《奥本海默》没有告诉你的关于原子弹的一切

如今,大多数核武器的威力都远超“三位一体”试验的原子弹,或对日本使用的原子弹。
A still from the movie Oppenheimer showing the atomic bomb and Robert Oppenheimer next to one another
基里安·墨菲饰演 J. 罗伯特·奥本海默。环球影业

2023 年 7 月 21 日,克里斯托弗·诺兰执导的《奥本海默》广泛上映。该片讲述了 J. 罗伯特·奥本海默的故事,他是一位领导美国研制出世界上第一批原子弹的科学家。这部部分在新墨西哥州拍摄的电影,聚焦于奥本海默本人、他的个人关系以及他于 1954 年被吊销安全许可的经历,讲述了原子弹和早期冷战的故事。影片描绘了对这位科学家生活、成就和缺点的相当主流的理解。

由于诺兰的镜头几乎完全聚焦于基里安·墨菲饰演的奥本海默,原子弹的威力以及早期历史的许多方面在影片中被大大省略了。该片直接改编自凯·伯德和马丁·J·舍温于 2005 年撰写的奥本海默传记《美国普罗米修斯》(American Prometheus),该书对奥本海默进行了详尽的描绘。奥本海默曾负责原子弹研发的洛斯阿拉莫斯国家实验室,是原子弹项目的一部分而建立的,如今仍是美国核武器研究的重要中心。

要全面讲述原子弹的历史,就必须超越实验室和试验场地的界限。以下是影片中未能涵盖的关于核武器及其研发的三个细节。

如今的原子弹威力更大

任何原子弹的核心都是裂变反应。在这个过程中,一团放射性同位素,如铀-235 或钚-239,被高速压缩,打破同位素的原子键,并以巨大的力量向外释放中子。

裂变弹是《奥本海默》的中心。《奥本海默》中,为了阻止科学家们公开谈论原子弹生产,第一枚原子弹被命名为“小玩意”(Gadget)。它于 1945 年 7 月 16 日在“三位一体”地点进行了试验。

其爆炸当量相当于 20,000 吨 TNT,即 20 千吨。1945 年 8 月 6 日投掷在日本广岛的“小男孩”(Little Boy)原子弹当量为 15 千吨。投掷在日本长崎的“胖子”(Fat Man)原子弹当量为 20 千吨。这些武器造成了巨大的影响。在美国,“小玩意”的放射性沉降物对 如今下风向的居民 的健康仍有影响。

初步估计,广岛的死亡人数为 70,000 人,长崎为 40,000 人。后来的估计将广岛的死亡人数增至 140,000 人,长崎增至 70,000 人。《两种估计的方法论都是可靠的》,而且还可以加上那些被原子弹效应伤害但未当场死亡的数万人。

Genbaku Dome in Hiroshima
这是 2016 年看到的原子弹爆炸圆顶和广岛和平纪念馆。这座在 1945 年爆炸中屹立不倒的建筑现在是世界遗产。伊丽莎白·贝克 / 美国空军

这些数字是理解如此强大的裂变武器能杀死多少人的基准。考虑到原子弹爆炸的规模,如果在人口密集区附近使用,原子弹将不可避免地杀死平民。

另一种原子弹,在曼哈顿计划期间被称为“超级炸弹”(Super),旨在利用小型裂变反应引发更大的聚变链式反应。它也被称为氢弹,或更广泛地称为热核武器,美国 有史以来引爆的最大一颗 当量为 15 兆吨。苏联引爆的最大氢弹当量为 50 兆吨。

美国现有的核弹当量从 0.3 千吨到 1.2 兆吨不等,这意味着广岛和长崎爆炸的当量属于目前部署的武器中的较小范围。像“小玩意”、“胖子”和“小男孩”这样当量的武器有时被称为 “战术”核武器,尽管这是一个宽泛的词语,并非特别有用的术语。大多数美国核武器的当量更大,甚至大得多。如果美国在 21 世纪使用核武器,其威力可能比迄今为止战争中使用的唯一原子弹大一到两个数量级。

涉及了复杂且昂贵的供应链

洛斯阿拉莫斯是《奥本海默》故事的核心,也是原子弹理论、设计和组装的核心。奥本海默选择这个地点是因为他喜欢新墨西哥州北部,美国陆军同意使用成为洛斯阿拉莫斯的那个高原,因为实验室的进出可以很容易地得到控制。陆军的部分征地方式是 拒绝向此前使用该高原的家庭发放牧场许可证,并提供少量现金支付,或者在某些情况下直接征用土地——强迫居民离开。

洛斯阿拉莫斯只是一个节点,位于一个更广泛的、为设计和制造原子弹而建立的工业的顶端。一些工作是在大学实验室完成的。其他部分,特别是铀浓缩或钚生产领域,则必须在其他地方进行。田纳西州的橡树岭市是为了方便从收购的天然铀-238 中富集铀-235 同位素而建立的。在华盛顿州的汉福德工程厂,陆军委托建造了反应堆生产钚。汉福德工程厂的环境危害早在 1949 年就被发现可能存在,但直到 1980 年代 公众调查 才被揭露。

在铀能够精炼之前,它需要从地下提取。一些铀存在于矿山外的储存堆中,因为在战争前,与镭(铀衰变产生的)相比,人们对铀的需求并不高。第二次世界大战期间,流亡的比利时政府 将刚果的 Shinkolobwe 矿场的铀出售给美国。开采放射性物质对矿工有害,比利时雇主让 Shinkolobwe 的矿工日夜不停地工作,几乎没有留下关于 这次行动的人员伤亡情况 的书面记录。

美国境内的纳瓦霍保留地也有铀矿。这项工作对矿工及其家属的健康影响很大程度上被隐瞒了,直到 1970 年代末在新墨西哥州爆发灾难才得以暴露。《原子遗产基金会》记录称:“1979 年 7 月 16 日,丘奇岩铀矿 发生了美国本土最大规模的放射性物质泄漏。南侧处理池的围墙发生了巨大的、二十英尺的破裂——很可能是由水泥中无数六英寸的裂缝造成的。”“作为围栏以防止放射性废物进入池塘的围墙,直接位于 Puerco 河较大支流 Pipeline Arroyo 旁边。总共有 1,100 吨固体放射性废物和 9300 万加仑的液体废物最终流入了河流。”

历史是复杂的,并非井井有条

美国制造原子弹很大程度上是出于对纳粹德国正在进行的原子弹研究的担忧。当时的想法是,如果美国先制造出原子弹,就可以率先在战争中使用。然而,德国的决策最终并未导致任何有效的原子弹生产,而当洛斯阿拉莫斯接近完成“小玩意”时,德国已经投降了。

第一枚原子弹的试验和使用发生在德国投降与日本无条件投降之间的窗口期。这段时间差常常被用来论证投掷原子弹是结束战争的直接选择,否则战争就不会结束。一种流行的战后叙事认为,杜鲁门总统是选择投掷原子弹,而不是发动大规模地面进攻。

历史比这种说法要复杂得多,这种说法本身就是战后的辩护。值得注意的是,杜鲁门总统在接替富兰克林·德拉诺·罗斯福后,继承了一个接近测试的原子弹项目,并且该项目正在生产军队预计使用的武器。正如 亚历克斯·韦勒斯坦等历史学家所争论的,从未有过一个具体时刻做出了投掷原子弹的单一决定。

韦勒斯坦在《纽约客》上发表的一篇文章中写道:“长崎,最后一颗炸弹”,“长崎被轰炸的第二天,杜鲁门发出了他关于原子弹的第一条肯定命令:未经他明确授权,不得进行任何进一步的打击。他从未下令投掷炸弹,但他确实下令停止投掷它们。”

2023 年 7 月 21 日更正:本文已更新,以纠正关于投掷在广岛和长崎的两枚原子弹名称的错误。

2023 年 7 月 24 日更正:本文已更新,以纠正关于 20 千吨当量计算的错误。

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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