放射性粉塵令美國探索新的核武器 爆炸能量全靠核裂變

核裂變反應(yīng)會產(chǎn)生許多放射性物質(zhì)，包括200多種放射性核素，還有核爆炸過程中產(chǎn)生的中子與大氣、土壤、建筑材料中的核素發(fā)生核反應(yīng)形成的中子活化產(chǎn)物等，以及剩余未起反應(yīng)的核素等。這些放射性元素會發(fā)生一系列的衰變，具有較強的放射性，主要為β射線和γ射線，會在反應(yīng)區(qū)域留下長遠的放射污染。而核聚變反應(yīng)是不會產(chǎn)生放射性元素的，因此不會造成長期的放射性污染。

“城堡行動”中“喝彩”核試驗引爆的氫彈“小蝦”

氫彈“小蝦”爆炸的場景

1954年3月1日，美軍在馬紹爾群島的比基尼環(huán)礁進行的“城堡行動”中進行了代號為“喝彩”的核試驗，引爆了一顆氫彈“小蝦”，其當(dāng)量高達1 500萬噸TNT，是投放在廣島的原子彈的1 000倍，它是美軍進行的歷次核試驗中當(dāng)量最大的一個核裝置。本次核試驗也是美國開展的首次氫彈試驗，其中核聚變反應(yīng)貢獻的能量為15%~40%。爆炸幾秒種內(nèi)火球就擴散到7.2千米寬，14.3千米高。1分鐘以后，蘑菇云升至距地面14千米的地方，直徑達到11千米。10分鐘后，蘑菇云就上升到大氣層內(nèi)39 000米高空，直徑達到100千米，方圓400千米內(nèi)都能看見。爆炸后，放射性核塵埃擴散到附近的朗格拉普環(huán)礁與烏蒂里克環(huán)礁，散布面積達到16 000平方千米。產(chǎn)生的放射性沉降物對試驗場及其周圍地區(qū)造成了嚴重污染，導(dǎo)致在附近海域作業(yè)的上百艘漁船及馬紹爾群島的兩萬多名原住民發(fā)生嚴重的輻射中毒。比基尼環(huán)礁附近的島嶼上甚至下起了“核雪花”，有的地方鋪滿的“核雪花”甚至達2厘米厚，導(dǎo)致共253人被迫疏散、尋求醫(yī)療援助。距爆心116千米的日本漁船“第五福龍丸號”上的23名船員也輻射中毒。

距爆心116千米處的日本漁船“第五福龍丸號”受到嚴重的放射性污染

為了應(yīng)對公眾對放射性塵降的恐慌，美國政府決定設(shè)計一種干凈的核彈。這種核彈的威力仍然十分巨大，能夠達到數(shù)百萬噸TNT當(dāng)量，而釋放的能量幾乎全部依靠聚變。美國隨后進行了多次熱核武器試驗，探索降低熱核武器中的裂變比重的方法。由于以前的大當(dāng)量熱核武器使用了裂變材料（未濃縮的天然鈾-238）制成反射層，其裂變作為主要的能量來源，因此，在“干凈”的核彈中反射層就不能用可裂變的材料，這種“干凈”的核彈為了達到同樣的當(dāng)量就需要非常巨大的體積。在相同的質(zhì)量下，用裂變材料鈾-238做反射層的“臟”的核彈的當(dāng)量要大于“干凈”的核彈。1956年5月28日，美軍在比基尼環(huán)礁進行的“紅翼鶇行動”中，代號Zuni的核試驗測試了一枚核彈“低音管”。在這枚核彈中，所有的鈾-238都用鉛或鎢來代替，當(dāng)量為350萬噸TNT，85%的能量都來自聚變，另外15%的能量來自裂變。在公開的核試驗結(jié)果中，聚變能量提供能量的比例最高的幾次是：1956年7月10日，美軍“紅翼鶇行動”中代號為“納瓦霍”的核試驗，爆炸當(dāng)量為450萬噸TNT，95%的能量都來自核聚變，核裝置使用了鉛代替鈾-238；1958年7月12日，美軍“壓縮餅干行動”中代號為“白楊”的核試驗，爆炸當(dāng)量為930萬噸TNT，95.2%的能量來自核聚變，核裝置使用了碳化鎢代替鈾-238；以及1961年10月30日，蘇聯(lián)引爆的5 800萬噸TNT當(dāng)量的“沙皇”（又稱“大伊萬”）炸彈，97%的能量來自核聚變，核裝置使用了鉛代替鈾-238。

美軍氫彈“小蝦”爆炸試驗中，距爆心116千米處的日本漁船“第五福龍丸號”受到嚴重的放射性污染

1956年7月19日，美國原子能委員會主席斯特勞斯說，“干凈的”核彈“從人道主義的角度來說...非常重要”。然而，在兩天以后，“低音管”核彈的輻射版本在“紅翼鶇行動”中的Tewa核試驗中引爆。這枚核彈的當(dāng)量是500萬噸TNT，以鈾-238作為反射層，其87%的能量來自裂變。這枚核彈的威力被刻意地降低了，以使放射性塵埃降落在一個很小的區(qū)域內(nèi)。從這次試驗中取得的數(shù)據(jù)最終促成了美國歷史上威力最大的核武器MK-41的列裝，這種核彈有三級，當(dāng)量2 500萬噸TNT，也是美國列裝的比威力（當(dāng)量質(zhì)量比）最大的核武器，它由空軍的轟炸機攜帶，但是從來沒有滿當(dāng)量測試過。