【連載】再訪廣島【27】

再訪廣島

 

【德】麥考·帕默  著

郎倫友  譯

 

第三章  第四節

 

3.4 廣島放射性塵埃中同位素比例差異

 

  圖3.4B表明，在廣島轟炸產生的放射性塵埃中銫137對鈈（鈈239和鈈240）的比例有很大的差異。一個非常明顯的差異在四十萬等人【6】的報告中也提到了：在取自一塊石膏板的黑雨樣品中的銫137和由炸彈產生的鈾235的比例。（見圖1.2）這個同位素的比例應該是與炸彈裂變當量相稱的，作者們認為這一比例為1.2%；根據他們自己的計算，該比例的觀測值範圍為當量的0.62至8.1倍。同樣，高田等人【56】進行了土壤樣品的研究，該研究結果在第3.1一節進行過討論，表明鈾234的富集度與銫137的水平沒有明顯的相關性。（見圖3.5A）

 

圖3.5 廣島放射性塵埃中同位素比例的差異

 

A:234U/238U（ activity)：鈾234/鈾238 （ 活性）；137Cs(Bq/kg soil)：銫137（貝克/千克土壤）；black area：黑雨區；control area：對照區。

B:240Pu/239Pu (mol/mol)：鈈240/鈈239（摩爾/摩爾）；Fissioned nuclei/Pu (mol/mol)：裂變原子核/鈈（摩爾/摩爾）

A：廣島黑雨區室內外放射性塵埃中鈾234和鈾238的活性比與銫137活性的比。複製於參考文獻【56】。B：鈈240和鈈239的摩爾比與裂變原子核與鈈總量的摩爾比。【63】摩爾比是根據該參考文獻報告的活性比估算的。那條趨勢線的擬合沒有使用誤差值；如果使用誤差值，它的下降坡度更大。

 

  為了說明它們觀察到的同位素比例的明顯的差異性，四十萬等人提出，銫和鈾是在空氣中懸浮時通過“冷凝”而分離的，但他們沒有提供任何關於這個提議機製的細節。他們也沒有討論這種可能性：非均質同位素的豐度比將直接由爆炸產生，並持續到膨脹階段之後。

  在這種情況下，值得注意的是，由山本等人【63】進行的樣品研究表明鈈240與鈈239的比值有很大差異。（見圖3.5B）如果我們暫時放棄懷疑，假設兩種鈈的同位素確實來源於核爆炸，它們的不同比例不可能是由於在運動過程中的不同冷凝，因為任何此類影響都必須以相關元素的不同化學性質為基礎；因此，我們不能指望冷凝能分離出該元素的不同同位素。（而且四十萬等人也不認為它會這樣）因此我們必須將觀察到的鈈240/鈈239的比例的差異性歸因於爆炸本身的不均勻性。

  我們在前麵已經看到，鈈239是由鈾238通過一次中子俘獲產生的，而鈈240的形成則需要連續兩次的中子俘獲，這兩次中子俘獲必須來自不同的裂變。因此我們期待鈈240的比例應該與裂變和鈈的總量比例呈正相關，然而沒有觀察到這種情況。（見圖3.5B）。因此，由四十萬等人提出的冷凝機製的假設不僅要考慮鈾235和銫137之間的相關性的損失，而且還要考慮鈈240和銫137之間的相關性（代表裂變核的數量）。

  這種假設的分離機製到底有多少合理性？我在科學文獻中沒有看到過這方麵的問題；因此我將拿出我自己的推理。我假設，在核爆炸之後，產生的每個核素都將以多種電離狀態存在。這是每個離子的淨電荷，而不是該離子所屬的化學元素在中性狀態下的化學反應性。這尤其適用於它與水分子的結合，一旦溫度下降到相當低的程度，水分子就會開始與之結合。

  一旦一些離子成功地吸引水分子並保持了水合殼層，產生的氣溶膠顆粒就會清除其路徑中的額外離子，最終將凝結成更大的液滴。這兩個過程都傾向於混合不同的核素，而不是分離它們，差異冷凝似乎不適合解釋四十萬等人【6】研究的單個大黑雨滴之間同位素比例的非常顯著的差異。

 

第三章  第五節

 

3.5  長崎附近西山水庫沉澱物中的銫和鈈

 

   由於投在長崎的炸彈（胖子）與後來幾十年中進行試驗的大多數核彈一樣，使用的是鈈239，在這種情況下把當地的放射性塵埃與環球放射性塵埃的同位素信息區分開來不太容易。不過有一個進行彌補的條件：據報道，長崎放射性塵埃最嚴重的地方在西山町水庫周圍，是位於爆炸中心大約3公裏的一個小型水體。齋藤庫布等人【65】對該地放射性塵埃沉積物進行了時間測定，對這座水庫水底的沉積物進行了分析。他們發現，鈈和銫的峰值在435——440厘米的最低處（見圖3.5A）；這些沉積物肯定是最早的放射性塵埃。

 

圖3.5 長崎附近西山町水庫沉積物中的放射性塵埃

Activity(Bq/kg):活性（貝可/千克）；Sediment depth(cm)：沉積物深度；Charcoal particles per cm³：每立方厘米炭顆粒數；Fission yield（%)：裂變產額（%）。

 

A：鈈和銫的活性及炭顆粒與沉積物的深度。B：鈈及估計裂變產額與沉積物深度。數據引用自齋藤庫布等人【65】報告中的表格1和圖2  。詳見下文。

 

   全部沉積物岩心隻有一層含有可見炭顆粒，對此這些作者們含糊其辭地把它歸因於來自燃燒的城市煙塵的沉積。然而令人感興趣的是這一層是在大約450厘米的深處發現的，這項研究結果是在那次轟炸63年後公布的。這裏的沉積物是以平均每年接近7厘米的速度積累的，假設這個速度是比較均勻的，10——15厘米的間隔相當於兩年的時間間隔。

   這份研究報告的作者們承認，峰值是分散的，盡管如此，他們仍然把放射性歸因於長崎炸彈的塵埃。但是除了聲明將對分散的原因需要“進一步研究”之外，沒有加以任何解釋。考慮到炭顆粒的大小是肉眼可見的，我們可以假定它們在沉積物中是不能移動的；所有的分散都是通過放射性同位素向上遷移造成的。然而這樣的遷移是非常不可能發生的，原因如下：

   1，這種遷移缺乏驅動力。在幹燥的土地上，同位素可能會隨滲透的水穿透土壤向下輸送；而且考慮到這座水庫已經蓄水了，那裏就不會再有水從地下向上移動。

   2，鈈和銫的峰值與炭層是接近的，但實際上並沒有重合。如果放射性緩慢地從炭層過濾出來，那樣放射性的峰值範圍應該更大，而且同炭層有更多的重合。

   3，由阪口等人【57】報告的發現表明，被水帶著滲透的鈈比銫的速度快得多；因此在這座水庫裏，鈈的峰值應該比銫的峰值向上層移一些，然而這兩種同位素的峰值所在層是重合的。

   如果我們檢測一下沉積物中鈈與銫的比率，就會發現另一個不相符的地方。根據三種同位素鈈239、鈈240和銫137的半衰期，用這個插圖可以估算出給定的沉積物層麵的年份以及銫137每次裂變反應的產額（約6%），我們就可以計算出長崎炸彈裂變的產額。長崎炸彈的放射性塵埃是包含在那一層麵裏的。在圖3.5B中，計算出來的裂變產額與沉積物的深度以及鈈的含量進行對照。我們看到在360厘米和390厘米之間有一個鈈的活性穩定區，在這個區域裏，最有可能含有那場戰爭之後進行的原子彈試驗產生的放射性塵埃，我們看到的裂變產額在20——40%的範圍內。然而當我們向更深層進行觀察，達到被認為是長崎炸彈的高峰值時，裂變產額卻降到了5%以下。

   根據標準的說法，【4】長崎的炸彈（胖子）含有6.2千克鈈，據說其中有1千克發生了裂變，這相當於16%的裂變產額。因此，從據稱含有“胖子”沉降物的沉積物層中觀察到的同位素比率可以看出，裂變產額最多不過5% ，與官方的說法是不一致的。（腳注8）

   如 前所述，對於所觀察到的差異，有一個政治上不正確、但實際上很直接的解釋：炭顆粒和放射性之所以在沉積物的不同層麵中被發現，是因為它們是在不同的時期進入水庫的。因此放射性並不是“胖子”傳播的；這也說明了同位素比例不相符的原因，這個比例與所聲稱的炸彈的裂變產額不相符。

 

【腳注】

 

8：估算的裂變產額實際上並不受所推測的鈈的延遲擴散的影響；把含有鈈和銫137的最底層的年代確定為1945年，這使得測量值與官方的說法無法吻合。