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리틀 보이

Little Boy
리틀 보이
전후 리틀 보이 모델
유형핵무기
원산지미국
생산이력
디자이너로스앨러모스 연구소
제조사
  • 해군 총기 공장,
    워싱턴.
  • 해군 군수공장,
    미시간주 중앙선
  • 전문가 도구 및 다이 회사,
    미시간주 디트로이트
제작1945–1947
No. 건장한전시 1회 + 전후 5회
사양
덩어리9,700파운드(4,400kg)
길이10 feet (3.0 m)
지름28인치(71cm)

채움고농축우라늄
충전중량64kg
블라스트 수율15 kilotons of TNT (63 TJ)

리틀 보이제2차 세계대전 중이던 1945년 8월 6일 일본 히로시마시 폭격에 사용된 원자폭탄 종류의 이름으로, 전쟁에 사용된 최초의 핵무기입니다. 폭탄은 폴 W 대령이 조종한 보잉 B-29 슈퍼포트리스 에놀라 게이가 투하했습니다. 제509종합군 사령관인 티벳 주니어로버트 A 대위. 루이스. TNT 15킬로톤(63TJ)의 에너지로 폭발했으며 폭발 반경은 약 1.3킬로미터로 도시 전역에 광범위한 사망자를 냈습니다. 히로시마 원폭 투하는 트리니티 핵실험에 이어 역사상 두 번째 핵폭발이었습니다.

리틀 보이는 제2차 세계 대전 동안 맨해튼 프로젝트의 로스앨러모스 연구소프랜시스 버치 중령 그룹에 의해 개발되었으며, 그들의 버려진 얇은 인간 핵 폭탄을 재작업했습니다. Thin Man과 마찬가지로, 그것은 총 형태의 핵분열 무기였습니다. Thin Man은 플루토늄-239의 핵분열을 기반으로 한 반면, 우라늄-235핵분열에서 폭발력을 얻었습니다. 핵분열은 니트로셀룰로오스 추진제 분말의 전하를 사용하여 동일한 물질의 고체 실린더("표적")에 중공 실린더("총알")를 발사함으로써 이루어졌습니다. Little Boy는 비록 1kg 미만이 핵분열을 겪었지만 64kg(141lb)의 고농축 우라늄을 함유하고 있었습니다. 그 부품들은 아무도 완전한 디자인의 사본을 가지고 있지 않도록 세 개의 다른 공장에서 제작되었습니다. 형상화된 폭발물 전하의 정교한 조정이 필요했던 내폭 설계와는 달리, 총 형태의 설계는 거의 작동이 확실하다고 여겨졌기 때문에 히로시마에서 처음 사용되기 전에는 시험된 적이 없었습니다.

전쟁이 끝난 후, 추가적인 리틀 보이 폭탄을 위한 많은 부품들이 만들어졌습니다. 1950년까지, 단지 5개의 완전한 무기들이 만들어졌고, 이것들은 1950년 11월까지 폐기되었습니다.

명명

로버트 서버(Robert Serber)는 원래의 총기형 디자인인 씬 맨(Thin Man)이 1930년대와 1940년대에 인기를 끌었던 대시엘 해밋(Dashiel Hammett)의 작품을 기반으로 한 느와르 영화 시리즈의 이름을 따서 명명되었다고 주장합니다. "리틀 보이"는 그 자체로 "씬 맨"과 "팻 맨"의 초기 디자인 코드 이름에서 파생되었습니다.

최초의 원자폭탄이 어떻게 이름을 갖게 되었는지에 대한 설명은 크게 두 가지입니다.

로스 알러모스와 프로젝트 알버타의 물리학자 로버트 서버는 그 사실이 있은 지 수십 년 후, 제2차 세계 대전 동안 처음으로 두 개의 원자폭탄 디자인을 모양에 따라 이름을 지었다고 주장했습니다. 마른 남자와 뚱뚱한 남자. "Thin Man"은 길고 얇은 장치였고 그것의 이름은 Dashiel Hammett 탐정 소설과 The Thin Man에 관한 영화 시리즈에서 왔습니다. "팻 맨"은 둥글고 뚱뚱했기 때문에 1941년 영화 버전에서 시드니 그린스트리트가 연기한 해밋의 1930년 소설 "말티즈 팰콘"의 회전하는 캐릭터인 캐스퍼 구트먼의 이름을 따서 지어졌습니다. Little Boy는 Thin Man의 디자인에 기반을 두고 있기 때문에 다른 사람들에 의해 Thin Man에 대한 암시로 명명되었습니다.[1]

1945년 9월, 프로젝트 앨버타의 또 다른 물리학자 노먼 F. 램지는 그의 간략한 "프로젝트 A의 역사"에서 초기의 폭탄 탄도 실험 모양 설계가 "보안상의 이유"로 (특정되지 않은) "공군 대표"에 의해 "씬 맨"과 "팻 맨"으로 언급되었다고 주장했습니다." 1943년 가을 프로젝트 실버플레이트의 일부로 두 개의 원자폭탄 모양을 운반하도록 B-29를 개조하는 대신, 전화를 통한 그들의 통신은 "그들이 루스벨트(씬맨)와 처칠(뚱뚱맨)을 운반하도록 비행기를 개조하는 것처럼" 들렸습니다.[2][3]

이 이름들에 대한 또 다른 설명은 1950년대 프로젝트 실버플레이트의 미국 공군 기밀 역사에서 위의 두 버전의 화해 가능성을 암시합니다. "씬맨"과 "팻맨"이라는 용어는 로스앨러모스(즉, 서버)에서 온 누군가에 의해 처음 개발되었다는 것입니다. 하지만 실버플레이트의 장교들이 자신들의 프로젝트를 위해 자신들의 코드명("실버플레이트" 포함)을 채택할 때 의식적으로 실버플레이트의 장교들에 의해 채택되었습니다. Silverplate는 비밀 목적으로 B-29를 개조하는 것과 관련이 있기 때문에 Roosevelt와 Churchill의 차량을 개조하는 것과 일치하는 코드 이름을 의도적으로 사용하는 것이 그들의 요구에 잘 부합할 것입니다.[4]

발전

초기 건형 설계 작업

A series of doodles
1942년 7월 회의에서 탐구된 다양한 핵분열탄 조립 방법. 총기형 설계가 처음으로 기술되었고, 위에서 세 번째는 초기 내폭 개념이며, 마지막은 반응 과정이 자체 효율을 증가시키는 자기 촉매 개념을 보여줍니다.

총기형 핵무기 설계는 맨해튼 프로젝트 동안 폭탄 설계를 연구하는 과학자들이 추구한 첫 번째 접근법이었습니다. 1942년, 우라늄-235플루토늄-239 중 어느 것이 동시에 추진되고 있는지, 혹은 두 연료 사이에 설계 작업에 영향을 미칠 중대한 차이가 있는지는 아직 알려지지 않았습니다. 1942년 5월 영국 과학자들과의 협력으로 원자폭탄의 설계가 어렵지 않을 것이며, 어려움은 연료의 생산에만 있을 것이라고 J. 로버트 오펜하이머가 이끄는 미국 과학자들은 확신했습니다. 1942년 여름, 이 프로젝트에 참여한 이론 물리학자들의 초기 계산은 일반 포병 포신이 핵분열성 물질 발사체에 충분한 속도를 부여할 수 있을 것이라는 아이디어를 강화했습니다.[5]

핵분열성 물질을 제조하는 시설이 건설되는 동안 프로젝트 초기에는 자가 촉매 조립, 초기 버전의 내폭 및 대체 총기 설계(예: 고 폭발물을 추진체로 사용하거나 두 개의 발사체로 "더블건"을 만드는 것)를 포함한 여러 다른 무기 설계가 추진되었습니다. 연료를 구할 수 있게 되면 총기 설계가 쉬운 엔지니어링 작업이 될 것이라는 믿음은 로스앨러모스에서 낙관론으로 이어졌지만, 오펜하이머는 1943년 초에 내폭을 연구하기 위한 작은 연구 그룹을 설립했습니다.[6] 1943년 3월까지 총기 디자인 개발을 위한 완전 무장 프로그램이 설립되었으며, 전문 지식은 E.L.에서 제공했습니다. 경험 많은 총기 디자이너이자 엔지니어인 로즈입니다. 통의 성질, 내외부 탄도, 총기 무기의 변조 등을 연구하기 위한 작업이 시작되었습니다. 오펜하이머 자신은 로즈에게 "현재 [1945년 5월] 우리의 추정치는 너무 근거가 부족해서 그것들을 제시하는 데 제가 책임지는 것이 더 낫다고 생각합니다."라고 말했습니다. 그는 곧 해군 대위 윌리엄 스털링 파슨스에게 일을 맡겼고, 그는 에드 맥밀런, 찰스 크리치필드, 조셉 허쉬펠더와 함께 이론을 실행에 옮기는 일을 맡았습니다.[7]

맨하탄 프로젝트앨버타 프로젝트의 일환으로 웬도버 육군 비행장에서 플루토늄 총 시험 케이스를 설치하여 상대적인 길이와 크기를 설명했습니다.

원자로에서 배양된 플루토늄의 불순물이 폭발 전에 발생할 가능성을 더 높게 만들 것이라는 우려는 총기 설계 작업의 많은 부분이 플루토늄 총에 초점이 맞춰졌다는 것을 의미합니다. 높은 발사체 속도를 달성하기 위해 플루토늄 총의 길이는 17피트(5.2m)로 좁은 직경을 가지고 있었는데, 이는 Thin Man이라는 코드명을 시사했습니다. 이것은 탄도가 항공기에서 떨어져 B-29의 폭탄 만에 장착하는 데 상당한 어려움을 일으켰습니다.[8]

1944년 봄, 로스 알라모스에 있는 에밀리오 G. 세그레와 그의 P-5 그룹은 오크리지에 있는 X-10 흑연 원자로에서 생산된 플루토늄의 첫 번째 샘플을 받았습니다. 그것을 분석하면서, 그들은 플루토늄-240 동위원소의 존재가 플루토늄의 자발적인 핵분열 속도를 허용할 수 없는 양으로 증가시킨다는 것을 발견했습니다. 플루토늄에 대한 이전의 분석은 사이클로트론에 의해 생성된 샘플로부터 이루어졌으며, 오염된 동위원소를 많이 가지고 있지 않았습니다. 그들은 만약 원자로에서 자란 플루토늄이 총 형태의 설계에 사용된다면, 그것은 대규모 폭발의 조건을 달성하기 전에 무기가 스스로 파괴되게 할 이라고 결론지었습니다.[9]

앨버타 프로젝트의 일환으로, 사령관 A. 물리학자 노먼 램지가 지켜보는 가운데 프랜시스 버치(왼쪽)가 폭탄을 조립하고 있습니다. 폭탄 내부를 볼 수 있는 진귀한 사진 중 하나입니다.

씬맨에서 리틀보이로

Pu-240 오염 문제가 발견된 결과 1944년 7월, 로스 알라모스의 거의 모든 연구는 내폭형 플루토늄 무기로 방향을 바꾸었고, 실험실 자체도 내폭 문제를 중심으로 완전히 재편되었습니다. 고농축우라늄을 연료로 독점 사용하기 위해 포형 무기에 대한 작업이 인민무력부(O) 하에서 계속되었습니다. 로스 알라모스의 모든 설계, 개발 및 기술 작업은 프랜시스 버치(Francis Birch) 중령의 그룹 아래 통합되었습니다.[10] 우라늄 총형 무기는 플루토늄 내폭형 핵무기와 플루토늄 총형 핵분열 무기에 비해 설계가 훨씬 간단했습니다. 고속포가 더 이상 필요 없게 되면서, 포신의 전체 길이를 극적으로 줄일 수 있었고, 이 덕분에 무기는 B-29 폭탄 베이에 어렵지 않게 들어갈 수 있었습니다. 내폭 설계에 비해 핵분열성 물질을 최적으로 사용하지는 않았지만 거의 보장된 무기로 여겨졌습니다. 얇은 인간에 비해 크기가 작기 때문에 "리틀 보이"라는 암호명이 붙여졌고 플루토늄 내폭 폭탄에는 "팻 맨"이라는 이름이 붙여졌습니다.[11] 또한 때때로 "마크 I" 핵폭탄 디자인이라고도 불리는데, "마크 II"는 버려진 씬 맨을, "마크 III"는 "뚱뚱 맨"을 의미합니다.[12]

설계 사양은 1945년 2월에 완료되었으며 부품을 제작하기 위해 계약이 체결되었습니다. 아무도 완전한 디자인의 사본을 가지고 있지 않도록 세 가지 다른 식물을 사용했습니다. 총과 부레는 워싱턴 D.C.에 있는 해군 총기 공장에서, 표적 케이스와 기타 부품은 미시간 중심선에 있는 해군 군수 공장에서, 꼬리 페어링과 장착 브래킷은 미시간 디트로이트에 있는 Expert Tool and Die Company에서 만들었습니다.[13] 우라늄 탑재체를 제외한 폭탄은 1945년 5월 초에 준비되었습니다.[14] 1945년 5월 1일 맨해튼 지역 엔지니어 케네스 니콜스는 두 번째 무기가 총기형이라고 가정할 때 농축 우라늄을 "8월 1일 이전에 한 개, 12월 중에 두 번째 무기를 위한" 농축 우라늄을 가질 것이라고 예상했습니다. 농축 우라늄을 위한 내폭 폭탄을 설계하는 것이 고려되었고, 이것은 생산 속도를 증가시킬 것입니다.[15] 농축 우라늄 발사체는 6월 15일에, 목표물은 7월 24일에 완성되었습니다.[16] 표적 및 폭탄 사전 조립품(핵분열 성분이 없는 부분적으로 조립된 폭탄)은 7월 16일 캘리포니아 헌터스 포인트 해군 조선소를 떠나 대형 순양함 USS 인디애나폴리스를 타고 26일 도착했습니다.[17] 표적 삽입물은 7월 30일에 공기를 공급합니다.[16]

비록 모든 부품들이 개별적으로 실험되었지만,[16] 리틀 보이가 히로시마 상공에 투하되기 전에는 총 형태의 핵무기에 대한 완전한 실험은 일어나지 않았습니다. 핵무기 개념의 시험 폭발은 플루토늄을 핵분열 물질로 사용하는 내폭형 장치가 유일했으며 1945년 7월 16일 트리니티 핵실험에서 발생했습니다. Little Boy 유형의 장치를 테스트하지 않은 데에는 몇 가지 이유가 있었습니다. 우선 핵분열성 물질에 대한 문제가 있었습니다. 오크리지는 한 달에 약 30 킬로그램의 농축 우라늄을 생산하도록 설계되었으며 리틀 보이 디자인은 폭탄 당 60 킬로그램 이상을 사용했습니다. 따라서 무기를 테스트하려면 무기 사용이 상당히 지연될 것입니다. (이에 비해, 핸포드 공장은 매달 약 20 킬로그램의 플루토늄을 생산하도록 설계되었으며, 각각의 팻 맨 폭탄은 약 6 킬로그램의 물질만을 사용했습니다.)[18] 총기 유형 설계의 단순성 때문에, 실험실 테스트는 그 부품이 스스로 정확하게 작동하는지 확인할 수 있었습니다. 예를 들어 더미 발사체가 더미 표적에 정확하게 "앉아" 있는지 확인하기 위해 총신을 격추할 수 있습니다. 이에 비해 내폭 설계에서는 압축의 필요한 동시성이 달성되었는지 여부에 대한 전면적인 테스트의 부재를 확인하는 것이 훨씬 더 어려웠습니다. 적어도 한 명의 저명한 과학자(Ernest O)가 있는 동안. 1945년 봄까지 Little Boy는 전면적인 테스트를 주장했고, Lawrence)는 거의 확실한 것으로 간주되었고, 1세대 내폭 폭탄보다 더 높은 수율을 가질 것으로 기대되었습니다.[19]

Little Boy는 다양한 안전 메커니즘을 통합했지만, 완전히 조립된 무기의 우발적 폭발은 매우 가능했습니다. 예를 들어, 만약 이 장치를 실은 폭격기가 추락한다면 속이 빈 "총알"이 "표적" 실린더 안으로 구동되어 중력만으로 폭탄을 터뜨릴 수 있지만(시험 결과 가능성은 희박하지만), 위험한 양의 방사선을 방출할 수 있는 임계 질량을 쉽게 만들 수 있습니다.[20] 그리고 B-29의 추락과 그에 따른 화재는 폭발물을 촉발시켜 무기가 폭발할 수 있습니다.[21] 물에 잠기면 우라늄 성분은 중성자 감속 효과를 받아 폭발은 일으키지 않지만 방사능 오염은 방출됩니다. 이 때문에 조종사들은 바다보다는 육지에서 추락할 것을 권고받았습니다.[20] 궁극적으로 파슨스는 B-29가 발사될 때까지 폭발물을 리틀 보이 폭탄에 넣지 않기로 결정했는데, 이는 폭발물이 발사될 군사 기지를 파괴하거나 손상시킬 수 있는 충돌 위험을 피하기 위함이었습니다.

설계.

"총" 조립 방법. 속이 빈 우라늄 발사체가 목표 실린더 위로 몰리자 핵폭발이 일어났습니다.
티니안에 설치된 두 개의 리틀 보이형 폭탄 어셈블리, 케이스가 열려 있습니다. L-1 유닛의 경우, 전경에는 시계 타이머, 레이더 퍼지 유닛 및 배터리를 위한 하드웨어가 들어있는 상자가 표시되고 중앙 건관 주위에 배열됩니다. 빼내는 와이어가 위에 보입니다. L-1은 1945년 7월 23일 핵연료를 사용하지 않고 시험발사를 하여 실전 타격 전에 무기의 조립, 취급, 사용 경험을 쌓았습니다(L-11부대 사용).

이 리틀 보이는 길이가 120인치(300cm), 지름이 28인치(71cm), 무게가 약 9,700파운드(4,400kg)였습니다.[22] 이 설계는 포법을 이용하여 농축 우라늄의 중공 아임계 질량과 고체 표적 실린더를 함께 초임계 질량으로 폭발적으로 강제하여 핵 연쇄 반응을 일으켰습니다.[23] 이것은 코다이트 분말의 원통형 실크 백 4개를 사용하여 우라늄의 한 조각을 다른 쪽으로 발사함으로써 달성되었습니다. 이것은 65% 니트로셀룰로오스, 30% 니트로글리세린, 3% 석유 젤리, 2% 카바마이트의 혼합물로 이루어진 무연 추진제로 튜브형 과립으로 압출되었습니다. 이로 인해 높은 표면적과 빠른 연소 면적을 얻을 수 있었으며 제곱인치당 최대 40,000파운드(280,000kPa)의 압력을 얻을 수 있었습니다. 전시 리틀 보이를 위한 코다이트는 캐나다에서, 전쟁 후 리틀 보이를 위한 추진제는 피카티니 아스널에서 얻었습니다.[24] 이 폭탄에는 64kg(141lb)의 농축 우라늄이 들어 있었습니다. 대부분은 89%까지 농축되었지만 일부는 우라늄-235가 50%에 불과했으며 평균 80%[23]의 농축도를 기록했습니다. 1킬로그램 미만의 우라늄이 핵분열을 겪었고, 이 질량 중 0.7그램(0.025온스)만이 여러 형태의 에너지로 변형되었는데, 대부분 운동 에너지이지만 열과 방사선도 마찬가지였습니다.[25]

조립내역

무기 안에서 우라늄-235 물질은 총 원리에 따라 두 부분으로 나뉘었습니다: "발사체"와 "표적". 발사체는 전체 질량의 60%(38.5kg[85lb])를 가진 속이 빈 원통이었습니다. 우라늄 고리 9개를 쌓아올린 것인데, 지름이 각각 6.25인치(159mm), 중앙에 4인치(100mm) 보어가 있고, 총 길이가 7인치(180mm)이며, 16.25인치(413mm) 길이의 얇은 벽 발사체의 앞쪽 끝에 함께 눌러진 것입니다. 발사체에서 이 고리 뒤의 나머지 공간을 채운 것은 강철 등이 달린 텅스텐 카바이드 디스크였습니다. 점화 시 발사체 민달팽이는 길이 72인치(1,800mm), 폭 6.5인치(170mm)의 매끄러운 구멍을 가진 총신을 따라 42인치(1,100mm) 밀렸습니다. 슬러그 "인서트"는 4인치 실린더로, 길이가 7인치이며, 1인치(25mm) 축방향 구멍이 있습니다. 이 민달팽이는 전체 핵분열성 질량의 40% (25.6kg 또는 56파운드)를 차지했습니다. 삽입구는 1인치 막대 위로 미끄러져 나온 발사체 고리보다 다소 두꺼운 6개의 세척기 같은 우라늄 디스크가 쌓여 있었습니다. 그런 다음 이 막대는 텅스텐 카바이드 플러그, 충격 흡수 모루 및 노즈 플러그 백스톱을 통해 전방으로 확장되어 결국 폭탄 케이싱 전면에서 돌출되었습니다. 이 전체 타겟 어셈블리는 잠금 너트로 양쪽 끝에 고정되었습니다.[26][27]

중공 전방 발사체가 표적에 도달하여 표적 삽입체 위로 미끄러지면 조립된 우라늄의 초임계 질량은 텅스텐 카바이드와 강철의 탐퍼와 중성자 반사판으로 완전히 둘러싸이게 되며, 두 물질의 총 질량은 2,300kg(5,100lb)입니다.[28] 발사체가 표적에 충돌함으로써 어셈블리 내부의 중성자 개시제가 활성화되었습니다.[29]

직관에 반하는 디자인

물질은 거의 반으로 쪼개졌고, 한쪽 끝에는 초임계 질량의 40%를 가진 고농축 우라늄의 고리가, 다른 쪽 끝에는 초임계 질량의 60%를 가진 약간 더 큰 고리의 다른 그룹이 더 작은 그룹으로 발사되었습니다. 초임계 질량을 폭발시키기 위해 4개의 폴로늄-베릴륨 중성자 개시제를 사용합니다.[30][31]

더 큰 조각의 중앙에 구멍이 뚫려 질량이 분산되고 표면적이 증가하여 더 많은 핵분열 중성자가 탈출할 수 있으므로 조기 연쇄 반응을 방지할 수 있었습니다.[32] 그러나 이 더 크고 속이 빈 조각이 텅스텐 카바이드 변조기와 최소한의 접촉을 갖기 위해서는 발사체여야 합니다. 발사체의 뒷부분만 폭발하기 전에 변조기와 접촉했기 때문입니다. 나머지 탄화 텅스텐 탬퍼는 임계 이하 질량 목표 실린더(설계자들은 "인서트"라고 함)를 공기 공간과 함께 둘러싸고 있었습니다. 이 배열은 최대량의 핵분열성 물질을 총 조립 설계로 포장합니다.[32]

1945년 이후 처음 50년 동안 리틀 보이 메커니즘에 대한 모든 출판된 설명과 그림은 작고 단단한 발사체가 더 크고 정지된 표적의 중심으로 발사되었다고 가정했습니다.[33] 그러나 중대한 질량 고려 사항에 따르면 리틀 보이에서는 더 광범위하고 속이 빈 조각이 발사체가 될 것입니다. 조립된 핵분열성 핵은 우라늄-235의 임계 질량을 두 개 이상 가지고 있었습니다. 이를 위해서는 두 부품 중 하나가 하나 이상의 임계 질량을 가져야 하며, 더 큰 부품은 형상 및 중성자 반사 텅스텐 카바이드 탬퍼와의 접촉을 최소화하여 조립 전에 임계 질량을 피해야 했습니다. 2004년, 정확한 모형을 만들기 위해 히로시마 원폭에 관한 모든 사진과 문서를 연구했던 일리노이 출신의 트럭 운전사이자 모형 제작자인 존 코스터 멀렌(John Coster-Mullen)은 이전에 출판된 계정을 수정했습니다.

퓨즈 시스템

국립항공우주박물관스티븐 F에 전시된 리틀 보이 타입 원자폭탄의 무장 플러그. 우드바르-헤지 센터

퓨징 시스템은 가장 파괴적인 고도에서 작동하도록 설계되었으며, 계산에 따르면 580미터(1,900피트)였습니다. 3단계 연동 시스템을 채택했습니다.[34]

  • 타이머는 항공기의 안전을 보장하기 위해 예측된 낙하 시간의 4분의 1인 방출 후 최소 15초까지 폭탄이 폭발하지 않도록 보장했습니다. 폭탄이 떨어지면서 비행기에 연결된 전기 인출 플러그가 풀리면서 타이머가 작동했고, 내부 24볼트 배터리로 전환해 타이머를 작동시켰습니다. 15초가 지나면 폭탄은 항공기에서 3,600피트(1,100m) 떨어진 곳에 있게 되고, 레이더 고도계에 전원이 공급되어 책임은 기압계로 넘어갔습니다.[34]
  • 기압 단계의 목적은 레이더 고도계 발사 명령 회로의 활성화를 폭발 고도 근처까지 지연시키는 것이었습니다. 진공 챔버를 감싸고 있는 얇은 금속 막을 하강하는 동안 주변 기압이 증가함에 따라 점차 변형됩니다(예전 벽 기압계에도 여전히 유사한 디자인이 사용됨). 기압은 현지 상황에 따라 달라지기 때문에 정확한 점화 높이에서 폭탄을 터뜨릴 만큼 기압이 정확하지 않다고 여겨졌습니다. 폭탄이 이 단계의 설계 높이(약 2,000 미터, 6,600 피트)에 도달했을 때, 멤브레인은 회로를 닫았고, 레이더 고도계를 활성화했습니다. 외부 레이더 신호가 폭탄을 너무 일찍 터뜨릴 수 있다는 우려 때문에 기압 단계가 추가되었습니다.[34]
  • 최종 고도를 안정적으로 탐지하기 위해 2개 이상의 중복 레이더 고도계가 사용되었습니다. 고도계가 정확한 높이를 감지하면 발사 스위치가 닫히면서 브리치 플러그에 있는 3개의 BuOrd Mk15, Mod 1 네이비 건 프라이머가 점화되었고, 이들은 각각 2파운드(910g)의 WM 슬롯 튜브 코다이트가 들어 있는 4개의 실크 파우더 백으로 구성된 충전물을 터뜨렸습니다. 이것은 우라늄 발사체를 포신의 반대쪽 끝을 향해 초당 300미터(980ft/s)의 최종 탄두 속도로 발사했습니다. 약 10밀리초 후에 연쇄 반응이 발생하여 1마이크로초 미만으로 지속되었습니다. 사용된 레이더 고도계는 변형된 미 육군 항공대 APS-13 꼬리 경고 레이더로, "아치"라는 별명을 가지고 있으며, 보통 뒤에서 접근하는 다른 비행기의 전투기 조종사에게 경고하기 위해 사용됩니다.[34]

리허설

에놀라 게이 폭탄 만에 장전되기 전 티니안 섬의 폭탄 구덩이에 있는 어린 소년. 오른쪽 상단에 폭탄만 문의 한 부분이 보입니다.

L-1, L-1, L-2, L-3, L-4, L-5, L-6, L-7 및 L-11로 지정되었습니다. 이 중 L-1, L-2, L-5, L-6는 테스트 드롭으로 지출되었습니다. 1945년 7월 23일 L-1로 첫 낙하시험이 실시되었습니다. 그것은 나중에 빅 스팅크알려진 B-29에 의해 레이더 고도계를 테스트하기 위해 티니안 근처 바다 위에 떨어졌습니다. 제509종합군 사령관 티벳입니다. 7월 24일과 25일, L-2 및 L-5 장치를 사용하여 모든 구성 요소를 테스트하기 위해 두 번의 해상 낙하 테스트가 추가로 수행되었습니다. 티벳은 두 임무의 조종사였지만, 이번에 사용된 폭격기는 나중에 자빗으로 알려진 폭격기였습니다. L-6는 7월 29일 드레스 리허설로 사용되었습니다. 찰스 W 소령이 조종한 B-29 다음 목표. 스위니는 대기 중인 항공기에 폭탄을 싣기 위한 비상 절차가 실행된 이오지마로 날아갔습니다. 이 리허설은 7월 31일에 반복되었지만, 이번에는 L-6가 티벳이 조종하는 다른 B-29인 에놀라 게이에 재장전되었고, 폭탄은 티니안 근처에 떨어졌습니다. L-11은 히로시마 원폭에 사용된 조립품으로, 7월 31일까지 핵연료로 완전히 조립되었습니다.[35][36]

히로시마 원폭 투하

히로시마 미션 후 에놀라 게이, 하드스탠드 진입. 그것은 6번째 봄바타트 그룹 간에 있으며 꼬리 지느러미 바로 앞 동체에 82번 빅터가 보입니다.

에놀라 게이 무기사인 파슨스는 비행기가 이륙할 때 추락할 경우 우발적으로 폭발할 가능성을 우려해 비행기가 비행할 때까지 코다이트 분말 봉지 4개를 총부리에 싣지 않기로 했습니다. 이륙 후 파슨스와 그의 조수 모리스 R 중위. 젭슨은 항구 쪽의 좁은 캣워크를 따라 폭탄만 안으로 들어갔습니다. 파슨스가 프라이머 와이어를 분리하고 브리치 플러그를 제거한 후 파우더 백을 삽입하고 브리치 플러그를 교체한 후 와이어를 다시 연결하는 동안 젭슨은 손전등을 들고 있었습니다. 목표물에 접근하기 전에 Jepson은 내부 배터리의 전기 커넥터와 발사 메커니즘 사이의 3개의 안전 플러그를 녹색에서 빨간색으로 전환했습니다. 그 후 폭탄은 완전히 무장했습니다. 젭슨은 폭탄의 회로를 감시했습니다.[37]

1945년 8월 6일 리틀 보이가 폭발한 후 히로시마 상공의 버섯구름. 위쪽 버섯 머리와 줄기 사이의 분리가 보입니다. 이 사진과 애매모호한 물음표 모양은 맨해튼 엔지니어 지구 휘장의 영감으로 사용되었으며, 공격이 있은 지 며칠 만에 전 세계적으로 널리 재인쇄되었습니다.

폭탄은 1945년 8월 6일 08시 15분 (JST)에 투하되었습니다. 44.4초 동안 떨어진 후 시간 및 기압 트리거가 발사 메커니즘을 시작했습니다. 폭발은 고도 1,968 ± 50 피트 (600 ± 15 m)에서 발생했습니다. 나가사키에 투하된 팻맨보다는 위력이 떨어졌지만 히로시마는 평지인데 반해 나가사키의 하이포센터는 작은 계곡에 놓여 있어 히로시마의 피해와 희생자 수는 훨씬 많았습니다. 1945년 발표된 수치에 따르면 히로시마 폭발의 직접적인 결과로 66,000명이 사망했고 69,000명이 부상을 입었습니다.[38] 나중에 추정된 사망자 수는 14만 명에 이릅니다.[39] 미국 전략폭격조사는 폭격 당시 히로시마에 주둔하고 있던 일본군 2만4,158명 중 6,789명이 폭격으로 사망하거나 실종된 것으로 추정했습니다.[40]

폭탄의 폭발물 수율을 정확히 측정한 것은 이 무기가 실험된 적이 없기 때문에 문제가 있었습니다. 대통령 해리 S. 트루먼은 공식적으로 생산량이 TNT 20킬로톤(84TJ)이라고 발표했습니다. 이는 파슨스가 트리니티 핵실험에서 본 것보다 폭발이 더 컸다는 시각적 평가에 따른 것입니다. 18킬로톤의 TNT (75 TJ)로 추정되었기 때문에, 연설 작가들은 20킬로톤까지 반올림했습니다. 그 후 일본에 대한 폭탄의 영향이 줄어들 것을 우려하여 더 이상의 논의는 자제되었습니다. Luis Alvarez, Harold Agnew, Lawrence H. Johnston이 계기판 The Great Artee에서 데이터를 수집했지만, 이것은 그 당시에 수확량을 계산하는 데 사용되지 않았습니다.[41] 종전 후 더 많은 데이터가 확보되었을 때 폭탄 수율과 재래식 폭탄에 상응하는 것에 대한 더 엄격한 추정이 이루어졌습니다. 1985년의 한 연구는 폭탄의 양이 TNT (63 TJ)의 약 15 킬로톤이라고 추정했습니다.[42]

물리적 효과

미공군 영화 히로시마와 나가사키에 대한 원자폭탄의 일반적 영향

1945년 4월 선정된 히로시마는 원자폭탄의 피해가 없는 도시에 대한 영향을 관찰할 수 있는 청정 목표물 역할을 하기 위해 재래식 폭격을 면했습니다.[43] 손상은 나중에 연구될 수 있지만, 실험되지 않은 리틀 보이 설계의 에너지 수율은 폭탄을 투하한 비행기와 함께 대형으로 비행하는 비행기에서 낙하산으로 투하된 기구를 사용하여 폭발 순간에만 결정할 수 있었습니다. 이들 기기에서 전파로 전송된 데이터는 약 15킬로톤의 수율을 나타냈습니다.[42]

이 수율을 관찰된 손상과 비교하면 제곱 인치당 5파운드(34kPa) 치사 면적 규칙이라는 경험적 규칙이 생성되었습니다. 충격파가 그러한 과압 이상을 가진 지역에 있는 사람들은 거의 모두 사망할 것입니다.[44] 히로시마에서, 그 지역은 지름이 3.5 킬로미터(2.2 마일)였습니다.[45]

피해는 폭발, 화재, 방사선의 세 가지 주요 효과로 인해 발생했습니다.[46]

폭발.

핵폭탄의 폭발은 X선으로 가열된 공기(불덩이)가 충격파나 압력파를 사방으로 보내면서 발생하는 것으로,[47] 처음에는 번개에 의해 발생하는 천둥과 유사한 속도로 음속보다 더 빠른 속도로 발생합니다. 도시 폭발 파괴에 대한 지식은 주로 히로시마의 리틀 보이에 대한 연구에 기초하고 있습니다. 나가사키 건물도 비슷한 거리에서 비슷한 피해를 입었지만 나가사키 폭탄은 건물 일부가 헐벗은 구릉지를 넘어 도심에서 3.2km(2.0m) 떨어진 곳에서 폭발했습니다.[48]

1953년 핵실험시 프레임하우스, 5psi 과압

히로시마에서는 폭발 직후 지점으로부터 1.6킬로미터(1.0마일) 이내에 있는 거의 모든 것이 완전히 파괴되었는데, 그 중에서도 내진 보강이 심한 콘크리트 건물 50여 채만 서 있었습니다. 대부분은 창문, 문, 새시, 프레임이 찢어진 채 완전히 홈이 파였습니다.[49] 심한 폭발 피해의 둘레는 1.8km(1.1mi)에서 평방 인치당 5파운드(34kPa) 윤곽을 따라갔습니다.

이후 주택과 다른 시험 건물들이 근처에 있는 핵무기의 시험 폭발은 5psi 과압 임계 값을 확인했습니다. 일반적인 도시 건물은 기압의 힘에 의해 짓눌리거나 넘어지거나 홈이 났습니다. 오른쪽 사진은 1953년 네바다 주의 한 실험 구조물에 핵폭탄이 만들어낸 5psi 압력파가 미치는 영향을 보여주고 있습니다.[50]

이런 종류의 구조적 피해의 주요 효과는 심각한 파괴 지역에서 동시에 시작되는 화재의 연료를 만들어냈다는 것입니다.

폭발의 첫 번째 효과는 불덩이에서 나오는 복사열을 동반한 블라인드 빛이었습니다. 히로시마 화구의 지름은 370미터(1,200피트)였으며, 표면 온도는 6,000°C(10,830°F)로 태양 표면 온도와 거의 동일했습니다.[51] 지상 0도 근처에서 가연성 물질들이 모두 화염에 휩싸였습니다. 히로시마의 유명한 익명의 희생자는 하이포센터에서 260미터(850피트) 떨어진 돌계단에 앉아 있었고, 주변의 돌을 영구적으로 탈색시키는 불덩이 열을 흡수한 채 그림자만 남겼습니다.[52] 화구열과 뒤집힌 난로와 용광로, 전기쇼트 등에 의해 폭발 피해 지역 전체에서 동시다발적인 화재가 시작되었습니다. 폭발이 있은 지 20분 후, 이 화재들은 화염에 휩싸였고, 모든 것을 가연성으로 소비하는 불노를 먹이기 위해 모든 방향에서 표면 공기를 끌어 당겼습니다.[53]

히로시마 폭발 및 화재 피해, 미국 전략폭격조사 지도

히로시마 산불의 지름은 약 3.2km(2.0mi)로 폭발 피해가 심한 지역에 근접했습니다. (USSBS[54] 지도 참조, 오른쪽) 폭발로 손상된 건물들이 화재에 연료를 공급했습니다. 구조용 재목과 가구들이 산산조각이 나 여기저기 흩어져 있었습니다. 파편으로 막힌 도로가 소방관들을 가로막았습니다. 가스관이 고장 나서 불이 났고, 수도관이 고장 나 소화전을 무용지물로 만들었습니다.[53] 나가사키에서는 화재가 단 한 번의 화염으로 합쳐지지 못했고, 화재 피해 면적은 히로시마의 4분의 1에 불과했는데, 이는 남서풍이 불을 도시 밖으로 밀어냈기 때문이기도 합니다.[55]

지도에서 볼 수 있듯이 히로시마 화재는 자연 방화구(강 수로)와 준비된 방화구를 뛰어 넘었습니다. 폭발 피해 지역 가장자리에 이르러서야 불의 확산이 멈췄고, 사용 가능한 연료가 부족해졌습니다.[56] 히로시마에 관한 맨해튼 프로젝트 보고서는 즉각적인 사망자의 60%가 화재에 의한 것이라고 추정했지만, "폭발 중심 부근의 많은 사람들이 폭탄 효과 중 하나 이상으로 인해 치명적인 부상을 입었다"고 경고했습니다.[57]

방사능

국소 낙진은 방사성 핵분열 생성물로 오염된 폭탄 분화구에서 나온 먼지와 재입니다. 그것은 분화구의 바람을 타고 지구로 떨어지며, 방사선만으로도 폭발과 화재로 인한 것보다 훨씬 더 큰 치명적인 면적을 만들어낼 수 있습니다. 공기가 폭발하면서 핵분열 생성물은 성층권으로 상승하여 소멸하고 지구 환경의 일부가 됩니다. 리틀 보이는 지상 580미터(1,900피트) 상공에서 폭발한 공기였기 때문에 폭탄 분화구도 없었고 지역 방사능 낙진도 없었습니다.[58]

그러나 강력한 중성자감마선의 폭발은 우라늄의 핵분열에서 직접적으로 비롯되었습니다. 그것의 치명적인 반경은 대략 1.3 킬로미터 (0.8 마일)였으며,[59][60] 화재 폭풍 지역의 약 절반을 차지했습니다. 즉각적인 사망자의 약 30%는 이 직접 방사선을 치명적으로 투여받았지만 방사선 부상이 명백해지기 전에 화재로 사망한 사람들이었습니다. 6,000명이 넘는 사람들이 폭발과 화재에서 살아남았지만 방사선 부상으로 사망했습니다.[57] 부상당한 생존자 중 30%는 회복된 방사선 부상을[61] 입었지만 평생 위험이 증가했습니다.[62][63] 현재까지 생존자 자녀들 사이에서 유전성 질환에 대한 방사선 관련 증거는 관찰되지 않았습니다.[64][65][66]

일본의 항복이 확정된 후, 맨하탄 프로젝트 과학자들은 피해를 더 잘 이해하고 특히 방사선 영향에 대해 일본 의사들과 소통하기 위해 히로시마 시를 즉시 조사하기 시작했습니다. 이 협력은 1946년 생존자들의 방사선 부상을 추적하기 위한 미국과 일본의 공동 프로젝트인 원폭피해자위원회가 되었습니다. 1975년에 이 연구는 방사선 효과 연구 재단으로 대체되었습니다.[67]

1962년 로스앨러모스의 과학자들은 "프로젝트 이치반"으로 알려진 리틀 보이의 모형을 만들어 정확한 방사선 출력에 대한 답이 나오지 않은 몇 가지 질문에 답을 제공했는데, 이 모형은 방사선 피폭과 이후의 건강 결과 사이의 관계를 해석하기 위한 벤치마크를 설정하는 데 유용할 것입니다. 그러나 모든 문제를 해결하지 못했습니다. 1982년, 로스 알라모스는 원래의 그림들과 제원들로부터 복제품 리틀 보이를 만들었습니다. 그런 다음 농축 우라늄으로 테스트했지만 핵 폭발을 일으키지 않는 안전한 구성으로 테스트했습니다. 발사체를 유압 리프트로 이동시키고 중성자 방출을 평가하기 위한 실험을 수행했습니다.[68]

재래식 무기 등가물

적대 행위가 끝난 후, 윌리엄 페니, 로버트 서버, 그리고 조지 T를 포함한 맨해튼 프로젝트의 설문 조사 팀이 있었습니다. 레이놀즈는 폭발의 영향을 평가하기 위해 히로시마로 보내졌습니다. 물체와 구조물에 미치는 영향을 평가한 결과, 페니는 수확량이 12 ± 1 킬로톤이라고 결론 내렸습니다.[69] 나중에 챠링을 기반으로 계산한 결과 13~14킬로톤의 산출량을 알 수 있었습니다.[70] 1953년 프레드릭 라인스(Frederick Reines)는 생산량을 TNT 15킬로톤(63TJ)으로 계산했습니다.[41] 프로젝트 이치반 데이터와 그레이트 아티스트의 압력파 데이터를 기반으로 1960년대 수확량은 16.6 ± 0.3 킬로톤으로 추정되었습니다.[71] 1985년 로스앨러모스의 한 과학자가 실시한 검토에 따르면 기존의 폭발, 열 및 방사선 데이터와 당시 무기 효과 모델을 기반으로 산출량의 최적 추정치는 20%(±3kt)의 TNT 15킬로톤(63TJ)이라는 결론을 내렸습니다. 이에 비해 나가사키 원폭의 최적값은 TNT 21킬로톤(88TJ)으로 10%(±2kt)의 불확실성으로 평가되었으며, 이는 후자에 대한 더 나은 데이터를 가지고 있기 때문에 불확실성의 차이입니다.

Little Boy는 TNT 15킬로톤 정도의 에너지로 폭발했지만, 1946년 전략폭격조사에서는 2.1킬로톤의 재래식 폭탄에 의해 동일한 폭발과 화재 효과가 발생했을 수 있다고 추정했습니다: "1.2킬로톤의 소인탄을 실은 B-29 220발, 400톤의 고폭격 폭탄, 그리고 500톤의 personnel 파편화 방지 폭탄이 있습니다." 표적이 2차원 평면에 걸쳐 퍼져 있었기 때문에, 단일 구형 핵폭발의 수직 성분은 크게 낭비되었습니다. 더 작은 폭발의 클러스터 폭탄 패턴은 목표물과 더 에너지 효율적으로 일치했을 것입니다.[72]

전후

2015년 런던 제국 전쟁 박물관에 전시된 히로시마에 사용된 리틀 보이 폭탄을 위해 만들어진 5개의 케이스 중 하나
1944-1946년 오크리지의 Y-12 전자기 농축 공장에서 로스앨러모스까지의 U-235 누적 수송량 그래프

전쟁이 끝났을 때, 비효율적인 리틀 보이 디자인이 다시 요구될 것이라고 예상하지 못했고, 많은 계획과 도표가 파괴되었습니다. 그러나 1946년 중반까지 핸포드 사이트 원자로는 위그너 효과로 인해 심각한 고통을 겪고 있었습니다. 새로운 코어를 위한 플루토늄은 더 이상 없고, 이미 생산된 코어를 위한 개시제를 위한 폴로늄은 더 이상 없을 것이라는 전망에 직면하여, 맨해튼 프로젝트의 책임자인 레슬리 R 소장. 그로브스는 해결책을 찾을 때까지 임시 방편으로 리틀 보이즈를 준비하라고 명령했습니다. Little Boy 어셈블리를 사용할 수 없었고, Little Boy의 포괄적인 다이어그램 세트를 찾을 수 없었지만 다양한 구성 요소의 도면과 예비 부품의 재고가 있었습니다.[73][74]

샌디아 기지에서는 앨버트 베델 대위, 리처드 마이어 대위, 바비 그리핀 등 세 명의 육군 장교가 리틀 보이를 재현하려고 시도했습니다. 그들은 티니안에서 프로젝트 앨버타와 함께 일했던 리틀 보이 전문가인 할로우 W. 러스(Harlow W. Russ)의 감독을 받았고 현재 샌디아(Sandia)에 있는 로스앨러모스 연구소 Z 부서의 Z-11 그룹의 리더였습니다. 점차 정확한 도면과 부품의 위치를 찾아내고 어떻게 함께 갔는지 알아냈습니다. 결국, 그들은 6개의 Little Boy 어셈블리를 만들었습니다. 케이스, 배럴 및 구성 요소를 테스트했지만 폭탄에 사용할 농축 우라늄은 공급되지 않았습니다. 1947년 초, 위그너 효과로 인한 문제는 해결의 길로 접어들었고, 세 명의 장교는 재배치되었습니다.[73][74]

해군 군수국은 1947년 핵 능력이 있는 록히드 P2V 넵튠 항공모함에서 사용할 25개의 "수정된" 리틀 보이 기계 조립품을 생산하기 시작했습니다. 부품은 아이다호주 포카텔로와 켄터키주 루이빌에 있는 해군 군수공장에서 생산했습니다. 1948년까지 10개의 발사체와 목표물을 만들 수 있는 충분한 핵분열성 물질을 얻을 수 있었지만, 6개의 발사체를 만들 수 있는 충분한 발사체는 없었습니다. 그러나 1948년 말까지 실제 핵분열성 성분은 생산되지 않았고, 단지 두 개의 외부 케이스만 사용할 수 있었습니다. [75] 1950년 말까지, Little Boy 조립품은 단지 5개의 완전한 Little Boy 조립품이 지어졌습니다. 1950년 11월까지 모두 은퇴했습니다.[76]

스미스소니언 협회는 1986년까지 리틀 보이(농축 우라늄 제외)를 전시했습니다. 에너지부는 박물관 내부 부품을 제거하기 위해 무기를 가져갔기 때문에 폭탄을 도난당해 핵분열성 물질로 폭발시킬 수 없었습니다. 정부는 1993년에 비워진 상자를 스미스소니언에 반환했습니다. 세 개의 다른 무장해제된 폭탄들은 미국에 전시되어 있습니다; 또 다른 폭탄은 런던의 제국 전쟁 박물관에 있습니다.[33]

메모들

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참고문헌

외부 링크