恶魔核心
恶魔核心（英语：Demon Core）是一颗由钚制成的球体，在科学家测试其作为早期原子弹裂变弹芯的过程中，引发了两起致命的临界事故。该核心于1945年由曼哈顿计划制造，这项计划是美国在二战期间研发核武器的机密计划。核心本身处于亚临界状态，重量为6.2千克（14磅），直径8.9厘米（3.5英寸）。原计划将其运往太平洋战区，作为投掷于日本的第三颗核武器，但由于日本投降，该核心被保留下来，转而用于后续测试，并可能在未来冲突中投入使用。
两起临界事故分别发生于1945年8月21日与1946年5月21日，地点皆为新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯实验室。这些实验旨在测试核心接近临界状态的程度，方法是使用中子反射屏（由高密度材料构成的外层）来反射中子。然而，实验过程中核心意外达到临界状态，导致强烈的辐射释放。第一起事故中，物理学家哈里·K·达格利恩在调整钨制反射体时不慎使核心进入临界状态，最终因急性辐射综合症于数周后逝世。第二起事故中，物理学家路易斯·斯洛廷在手动操作铍制反射体时发生失误，导致核心临界并释放强烈辐射，他于九天后不治身亡，其他在场人员亦受到不同程度的辐射暴露。事故发生后，该核心于1946年夏季被熔解，其材料被回收并用于其他核核心。
制造
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与长崎市原子弹爆炸使用的胖子原子弹核心相似，恶魔核心在组装后是一颗质量6.2千克（14磅）、直径8.9厘米（3.5英寸）的实心球体，大小相当于垒球。它由三部分组成，皆以钚-镓合金制成：两个半球与一个反喷气环。该反喷气环的作用是在内爆过程中防止中子通量半球接合处向外喷气。然而，7月于阿拉莫戈多轰炸与射击试验场进行的“三位一体”核试验中，所使用的核心并未配备此环。[1][2]
精炼后的钚由华盛顿州的汉福德区运送至新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯实验室。根据一份8月30日的库存文件，当时洛斯阿拉莫斯已消耗“HS-1、2、3、4；R-1”（即三位一体与长崎原子弹的组件），并拥有“HS-5、6；R-2”，这些组件已完成并进入质量检验。此外，“HS-7、R-3”的材料则仍在实验室的冶金部门，预计9月5日前完成（文件未提及的“HS-8”是否已制造，以形成第四颗核心，尚不确定）。[3]冶金学家使用钚-镓合金来稳定钚的δ相（delta phase）同素异形体，使其能够透过热压成球形。此外，由于钚易受腐蚀，最终会在其表面镀上一层镍。[4]
1945年8月10日，美国陆军少将莱斯利·格罗夫斯致信参谋长乔治·马歇尔将军，通知他：
下一颗内爆型炸弹原定于8月24日之后的首个适合天气条件的日子投放。由于制造进度提前4天，我们预计将于8月12日或13日从新墨西哥运送最终组件。如果制造、运输及抵达战区后一切顺利，这枚炸弹应能在8月17日或18日后的第一个适当天气条件下准备投放。[3]
马歇尔在信件上加注：“未经总统明确授权，不得对日本投放。”这是依照时任美国总统哈里·S·杜鲁门的命令[3]。8月13日，第三颗原子弹的投放计划正式排定，预计8月16日准备就绪，并于8月19日投下。然而，8月15日日本宣布投降，使这项计划提前终止，当时核心仍在洛斯阿拉莫斯，准备运送至柯尔特兰空军基地的工作尚未完成。最终，这颗第三核心留在了洛斯阿拉莫斯实验室。[5]
第一次临界事故
[编辑]当核心组装后，其设计临界值为“-5美分”（−5 cents）[6]。在此状态下，核心与超临界状态仅有极小的安全余裕，任何增加反应度的外部因素都可能导致核心进入超临界，甚至进一步达到“瞬发临界”，引发短暂但剧烈的能量释放。[7]这些因素在一般环境中较为罕见，只有在特定条件下才可能发生，例如压缩金属核心（最终将作为引爆核弹的方式）、增加更多核材料，或是提供外部反射体，使散射出的中子反射回核心内部。洛斯阿拉莫斯实验室进行的关键性测试即是透过不同方式配置中子反射体，以测试核心距离超临界状态的程度。[6]
1945年8月21日，这颗钚核心释放出强烈的中子辐射，导致物理学家哈里·K·达格利恩丧生。当时，达格里安正在进行中子反射体实验，但发生了操作失误。当时他独自工作，而距离他约3至4米（10至12英尺）外的书桌旁[8]，仅有一名名为罗伯特·J·海默利（Robert J. Hemmerly）的警卫在场。核心被放置于一堆中子反射性的碳化钨砖之中，每增加一块砖，核心就更接近临界状态。在尝试再添加一块砖时，达格里安不慎将其掉落在核心上，导致核心进入超临界状态，引发自持的核链式反应。尽管达格利恩迅速将砖移开，但已受到致命剂量的辐射照射，并于25天后因急性辐射症候群去世。[9]
| 姓名 | 事故发生时年龄 | 职业 | 辐射剂量[8]（p. 20） | 后果 |
|---|---|---|---|---|
| 哈鲁图尼·“哈里”·克里科·达格里安 | 24 | 物理学家 | 200 rad（2.0 Gy）中子照射 110 rad（1.1 Gy）伽马照射 |
事故发生25天后死于急性辐射症候群，主要影响造血系统[8]（p. 22） |
| 罗伯特·J·海默利（Private Robert J. Hemmerly） | 29 | 特种工程部队警卫 | 8 rad（0.080 Gy）中子照射 0.1 rad（0.0010 Gy）伽马照射 |
1978年（事故33年后）因急性骨髓性白血病（AML）去世，享年62岁[8]（pp. 9–11,22） |
第二次临界事故
[编辑]1946年5月21日，物理学家路易斯·斯洛廷与其他七名人员在洛斯阿拉莫斯实验室内进行另一项实验，以透过调整中子反射体的位置来验证核心与临界状态的接近程度。[10]斯洛廷即将离开洛斯阿拉莫斯，他正在向阿尔文·C·格雷夫斯展示这项技术，后者将在一个月后的比基尼环礁“十字路口行动”核试验前进行最终测试。[10]
这项实验需要操作人员将两个铍制半球（中子反射体）围绕测试中的核心，并手动透过顶部极点处的拇指孔降低上半部分的反射体。随着反射体之间的距离变化，中子探测器会显示核心的中子倍增率。实验者必须保持反射体之间有微小间隙，使部分中子得以逸出核心，以防止超临界状态的发生。标准程序要求在两个反射体之间放置垫片，因为如果它们完全闭合，可能会瞬间形成临界质量并引发致命的功率跃升。[10]
然而，斯洛廷违反了标准程序，未使用垫片。在实验过程中，反射体的上半部分在某处直接接触下半部分，而在另一侧则仅靠斯洛廷手中的一把平头螺丝起子维持间隙。他透过旋转螺丝起子来调整间隙大小。斯洛廷以大胆的作风闻名，他在近十次实验中都使用这种方法，并常穿着标志性的牛仔裤与牛仔靴，当着一群观察者的面进行测试。[11]恩里科·费米据称曾警告斯洛廷和其他科学家，如果他们继续用这种方式测试，他们可能会在一年内丧命。[12]物理学家理查德·费曼形容这种与核链式反应“共舞”的行为为“撩弄龙尾”（tickling the dragon's tail）。[13][14]
事故当天，斯洛廷在降低上半反射体时，螺丝起子稍微滑出，使反射体完全闭合，核心瞬间进入超临界状态，释放出强烈的中子辐射。当下，一道闪光出现，斯洛廷迅速翻转手腕，将上半反射体甩到地板上。[15]从反射体完全闭合到斯洛廷移开上半部分，估计仅过了半秒钟。[6]斯洛廷在不到一秒内受到致命剂量的辐射——1,000rad（10 Gy）中子照射与114 rad（1.14 Gy）伽马辐射。他的身体挡住了大部分辐射，使其他人在场者的暴露量相对较少。他在九天后因急性辐射症候群去世。
站在斯洛廷肩后的格雷夫斯是距核心最近的其他人，他因斯洛廷的身体部分遮挡，受到较高但未致命的辐射剂量。他因严重的辐射中毒住院数周，最终幸存下来。然而，他在19年后（1965年）因心脏衰竭去世，享年55岁[8]。虽然他的死亡可能与辐射暴露有关，但也可能是遗传因素所致，因为他的父亲同样死于心脏衰竭。[16][17]
第二次事故发生后，美联社于1946年5月26日报导：“政府原子实验室（洛斯阿拉莫斯）因辐射意外导致四人受伤，经治疗后已出院，另有四人情况稳定，军方今日表示。该计划主任诺里斯·布拉德伯里博士称，这起事故发生于上周二，当时正进行一项涉及可裂变材料的实验。”[18]
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第二次临界事故的重现情境 -
第二次临界事故的重现情境 -
第二次临界事故的重现情境 -
“撩弄龙尾”的重现情境
医学研究
[编辑]后续针对当年事故中受影响人员的健康状况进行了研究。1951年发表了首份报告，而后美国政府于1979年提交了另一份更详细的报告[8]。其摘要如下：
| 姓名 | 来自 | 事故发生时年龄 | 职业 | 辐射剂量[8] | 后果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 路易斯・亚历山大・斯洛廷 | 加拿大马尼托巴省温尼伯 | 35 | 物理学家 | 1,000 rad（10 Gy）中子照射 114 rad（1.14 Gy）伽马照射 |
9天后因急性放射病并发肠道损伤死亡。[10] |
| 阿尔文·C·格雷夫斯 | 美国德克萨斯州奥斯汀 | 36 | 物理学家 | 166 rad（1.66 Gy）中子照射 26 rad（0.26 Gy）伽马照射 |
1965年在滑雪时因心肌梗塞去世，并伴有甲状腺功能减退症及白内障。事故发生19年后逝世。[8] |
| 塞缪尔·艾伦·克莱恩（Samuel Allan Kline） | 美国伊利诺伊州芝加哥 | 26 | 物理学学生，后成为专利律师 | 拒绝参与后续医学研究，且无法获取自身当年的医疗记录。2001年去世，享寿81岁，距离事故发生55年。[8] | |
| 马里恩·爱德华·西斯利茨基（Marion Edward Cieslicki） | 美国宾夕法尼亚州芒特黎巴嫩 | 23 | 物理学家 | 12 rad（0.12 Gy）中子照射 4 rad（0.040 Gy）伽马照射 |
1965年死于急性骨髓性白血病，事故发生19年后去世。[8] |
| 德怀特·史密斯·杨 | 美国伊利诺伊州芝加哥 | 54 | Photographer | 51 rad（0.51 Gy）中子照射 11 rad（0.11 Gy）伽马照射 |
1975年因再生不良性贫血及细菌性心内膜炎去世，享寿83岁，事故发生29年后去世。[8] |
| 雷默·E·施赖伯 | 美国俄勒冈州麦克明维尔 | 36 | 物理学家 | 9 rad（0.090 Gy）中子照射 3 rad（0.030 Gy）伽马照射 |
1998年因自然原因去世，享寿88岁，事故发生52年后去世。[8][15] |
| 西奥多・珀尔曼（Theodore Perlman） | 美国路易西安那州新奥尔良[19] | 23 | 工程师 | 7 rad（0.070 Gy）中子照射 2 rad（0.020 Gy）伽马照射 |
1978年仍然健康，推测于1988年6月去世，享寿约65岁，事故发生42年后去世[8] |
| 帕特里克・约瑟夫・克莱里（Patrick Joseph Cleary） | 美国纽约市 | 21 | Security guard | 33 rad（0.33 Gy）中子照射 9 rad（0.090 Gy）伽马照射 |
1950年9月3日，作为美军第8骑兵团的一员在朝鲜战争中阵亡，事故发生4年后去世。[8][20] |
事故发生时，位于距离约6至7.5米（20-25英尺）处的两名技工——其中一人名为保罗・朗（Paul Long），另一人身份不详——未接受治疗。[21]
事故发生后，原名“鲁弗斯”（Rufus）的核心被改称为“恶魔核心”（Demon Core）[3][22]。此后，所有临界实验皆改为使用远端遥控设备与监视摄影机操作，并由幸存者之一的施赖伯设计，确保所有人员皆在四分之一英里（约400米）外操作。[15]
最终处置
[编辑]恶魔核心原计划用于“十字路口行动”的核试验。然而，由于第二次临界事故的发生，该核心需要等待辐射衰减，并重新评估内部裂变产物的影响，因其中部分元素会影响核裂变的效率。最终，另外两个核心被先行送往进行“Able”与“Baker”测试，而恶魔核心则计划用于第三次试验“Charlie”。然而，由于“Baker”测试引发了严重的放射性污染，且无法有效去污目标舰艇，“Charlie”测试最终被取消。
1946年夏天，恶魔核心被熔化，并回收其材料用于制造其他核弹核心。[22]
参考文献
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- ^ Coster-Mullen, John. Core Differences. Atom Bombs: The Top Secret Inside Story of Little Boy and Fat Man. 2010.
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- ^ Baker, Richard D.; Hecker, Siegfried S.; Harbur, Delbert R. Plutonium: A Wartime Nightmare but a Metallurgist's Dream (PDF). Los Alamos Science (Los Alamos National Laboratory). 1983, (Winter/Spring): 142–151 [22 November 2010]. （原始内容存档 (PDF)于17 October 2011）.
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外部链接
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