十字路口行动的行动过程

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  1946年1月24日,白兰地公开以比基尼环礁为核试选址,并预计进行三次核试。首次核试代号Able,核弹于空中爆炸;第二次核试代号Baker,在水下引爆;第三次核试代号Charlie,在深水引爆。选取比基尼的主要考虑在于其远离民居,原住民少,潟湖广阔,风暴稀少,更有稳定风向及水流,且由美国控制。2月6日,海军派舰轰击比基尼环礁水道,但向原住民隐瞒意图。到2月10日美国马绍尔群岛总督到达比基尼,并以圣经出埃及记为喻,称美国将带领比基尼住民前往“应许之地”,成功诱使岛上全数167名住民同意搬迁。

  在核弹选用方面,核试两颗核弹均使用胖子的钚元素。Able使用的核弹代号为“吉尔达”(Gilda)。而Baker核弹则为“比基尼的海伦”(Helen of Bikini)。吉尔达核弹的钚内核在洛斯阿拉莫斯曾两次意外超越临界点,造成哈里·K·达格利恩(Harry K. Daghlian, Jr.)及路易斯·斯洛廷两名科学家死亡,使之被戏称为“魔鬼核心”(Demon Core)。

  靶舰方面,海军一共拣选了95艘各种军舰,当中包括两艘航空母舰、五艘战列舰、四艘巡洋舰、12艘驱逐舰、八艘潜艇、60艘各式登陆载具及运输舰,以及三艘驳船。为方便量度核爆破坏力如何随距离递减,海军将军舰密集布置,而没有重构现实下锚情况。各艘军舰均安装了量度仪器,监察气压、船只动向以及辐射。整场核试中,美国一共使用了200只猪、60只豚鼠、204只山羊、5000只老鼠、200只小鼠,以及带有不同种类昆虫的谷物,用活体辐射实验品,测试生物在高辐射下的基因变异。

  至于观察部队方面,海军一共派出150艘支援舰,为42,000人提供住宿、实验站或工作坊,当中超过37,000人隶属海军,另加37个女护士。观察舰队旗舰设于香格里拉号航空母舰,而其他人员则分散于不同舰只及地点,包括埃尼威托克环礁及夸贾林环礁(Kwajalein Atoll)。海军人员亦可以申请延长服役期一年,以留在环礁参与观赏核爆。

  高空摄影上,美军改装了八架B-17轰炸机,包括安装了自动摄影机、辐射探测器与及空气样本采集器。这些轰炸机可透过地面无线电遥控飞行,飞进人体无法承受的高辐射环境,以至核爆引发的蘑菇云顶部。地面的摄影设备亦由环礁外围的高塔遥控操作。总体而言,环礁内的镜头共可以拍摄超过50,000幅静画,及1,500,000呎长的动画影卷。其中一部摄影机更可在1秒摄取1,000幅影像。核试进行前,所有人员都撤离环礁,往东面18.5千米外的海面观察舰队,以远离辐射。纵使如此,起初直接观察核试者亦要戴上墨镜,以保护眼睛不被核爆强光所伤,但在Able核试前却取消了相关规定。军方指墨镜几乎没有任何保护功效,要求所有人在核试时背向核爆区,合上双眼,并双手掩脸以策安全。不过部分观察者并没有跟从指示,而大部分的舰上观察报告亦“令人失望”:船员往往只感受到轻微震荡,以及听到一声微弱的爆炸声。

  1946年7月1日上午9时,一架B-29轰炸机在目标舰上空投下23,000当量的吉尔达核弹。核弹原定在内华达号战列舰上空520英尺(160米)爆炸,但却意外大幅偏离目标710码(650米)之遥,最后在吉列姆号海军运输舰(USS Gilliam, APA-57)上空引爆。爆炸使吉列姆号及卡莱尔号(USS Carlisle, APA-69)即时沉没;两艘美国驱逐舰安德森号及林森号在一小时内沉没,而酒勾号轻巡洋舰则在次日沉没。由于核爆的破坏远低于预期,梦之城MZC部分传媒对此深表失望,而2日福莱斯特则称重型军舰只会在近距的水下核试,方会承受庞大损伤,而略提核弹偏离目标一事。 Able核爆阵列 沉没船只(由爆心海平面计算距离)编号 舰名 舰种 距离 5 吉列姆号 运输舰 50码(46米) 9 酒匂号 轻巡洋舰 420码(380米) 4 卡莱尔号 运输舰 430码(390米) 1 安德森号 驱逐舰 600码(550米) 6 林森号 驱逐舰 760码(690米) 严重损毁编号 舰名 舰种 距离 40 鳐鱼号USS Skate, SS-305 潜艇 400码(370米) 12 YO-160 石油驳船 520码(480米) 28 独立号 轻型航母 560码(510米) 22 克里坦登号USS Crittenden, APA-77 运输舰 595码(544米) 32 内华达号 战列舰 615码(562米) 3 阿肯色号 战列舰 620码(570米) 35 彭萨科拉号 重巡洋舰 710码(650米) 11 ARDC-13 浮动干船坞 825码(754米) 23 道生号USS Dawson, APA-79 运输舰 855码(782米) 38 盐湖城号 巡洋舰 895码(818米) 27 休斯号 驱逐舰 920码(840米) 37 兰德号 驱逐舰 1,012码(925米) 49 LST-52 登陆坦克 1,530码(1,400米) 10 萨拉托加号 航空母舰 2,265码(2,071米) 核爆引发的空气冲击波,是上述舰只沉没或受损的主因。至于在爆心1,000码(910米)范围内的船只,其受损程度极受舰体方位左右。如阵列图中6号的林森号驱逐舰,因整面右舷朝向爆心,使舰体横向承受冲击波,受损面积因此增大,故此在一小时内沉没。反之,在爆心东南面的船舰以舰艉朝向爆心,纵向面对核爆冲击波,受损面积较小;再加上阵列的军舰密集编布,又分散了冲击波力量,使该区军舰受损相对轻微,纵受重创仍不至于沉没。

  长门号战列舰是唯一一艘在爆心1,000码(910米)内、却未有承受任何严重损坏的大型舰只。由于长门号曾参与偷袭珍珠港,故美军刻意将长门号编在预定爆心内华达号(编号32号)附近,并以舰侧朝向内华达号。但由于空投失误,长门号承受的冲击波因此大大减低;再加上长门号的舰体本身较为坚固,而美军却高估长门号在战时遭受空袭的损修,令计算核试破坏时出现变量,使预期的重创没有出现。长门号最终要在第二次核试方告沉没。

  相比之下,萨拉托加号虽然远离爆心超过2,000码(1,800米),却受到严重破坏。萨拉托加号的重创并非由冲击波所引起,而是核爆使舰体燃油及武装起火爆炸所致。核试前美军为所有军舰注满现实所需的燃料与及弹药,以至分布在甲版及机库的舰载机,而航空母舰装载大量易燃的飞行燃料,且分布在舰体各处,使火势极为猛烈。更何况诸如长门号等战列舰拥有厚重装甲,而航空母舰的舰体却极为脆弱。最终萨拉托加号的大火被海军扑灭,以使其参与代号Baker的水下核试。

  按照广岛原爆的经验,核爆引发的冲击波倘若在每平方英寸施加超过5磅压力(即5psi,磅力每平方英寸),该范围内的物料将会自燃。Able核试引发的自燃区域直径约有3.2千米,萨拉托加号及大部分外围军舰均在其内。但由于海水并不会燃烧,而除航母以外,大部分军舰均能抵受爆炸以及火灾,故未有出现陆上原爆的自燃现象。

  为了减少辐射尘,Able核弹采取了和广岛及长崎的核弹同样的空炸引爆,其引爆高度被设定在520英尺(160米)。在空中引爆时,会被吸进核爆火球的地面物质较少,而因此产生的辐射性物质大部份则会被带进平流层之中,所以在核试地点产生的辐射尘相当有限。也由于核试辐射尘最终会被稀释到全球环境里,而非留在本地,因此被军方称之为“可自洁”的核试方法。 事实上,由于辐射尘较少,故此环礁的靶舰都未有变成放射性。核试次日海军人员已可登上大部分靶舰,搜集核试数据。

  不过,在核爆瞬间,接近爆心的船舰仍被大量中子及强烈伽玛辐射照射;而舰上的实验及外缘物料,亦有机会被中子激化(Neutron activation)而带有致命辐射。这些辐射联同核爆冲击波,使大量活体生物因此死亡。美军将57只豚鼠、109只小鼠、146只猪、176只山羊及3030只白老鼠,分别置于22艘目标舰内官兵的活动空间,以模拟军舰官兵。结果10%生物被冲击波即时杀死;另外15%生物被带有辐射的火球击伤,并在数日内死亡;最后又有10%生物在后续研究中因辐射而死。由于是次核爆只产生一次性辐射,再加上大量老鼠被刻意配置于致命范围以外,以研究辐射会否引致动物后代变种,整体生存率因此被拉高。

  部分生物在核爆后出奇生还,当中最著名的是一只编号311的猪,在核试前被放置在酒匂号上,核试后被发现在环礁游泳,而被美军救起。该猪最后与另一只生还的山羊,一同送到华盛顿国家动物园饲养。不过若果将动物当成人类推算,核爆仍将杀死大量军舰官兵。虽然内华达号有厚重装甲保护,但在舰体内外的山羊,分别在核试后四日及两日死亡。按照推算,意外远离爆心的内华达号仍将死伤枕藉。 Baker水下核试采用了21,000当量核弹(有指亦为23,000当量)。核弹被置于登陆舰(LSM-60)90英尺(27米)呎水深下(海床水深180英尺(55米)呎),位处靶舰阵列正中央。7月25日上午8时35分,核弹引爆。核爆过后,LSM-60登陆舰没有留下任何可辨认残骸,被判定遭核爆气化;另外八艘军舰在核爆后沉没,包括战列舰阿肯色号及长门号;航空母舰萨拉托加号;潜艇舟号、鲣鱼号及天竺鲷号;以及YO-160石油驳船。欧根亲王号重巡洋舰在核爆后严重受损,并在12月拖行期间沉没。是次核试的破坏力主要来自水压冲击波,而其辐射尘更几乎污染全部靶舰,使之具放射性。

  Baker核爆阵列 沉没船只(由爆心海平面计算距离,以码作单位)编号 舰名 舰种 距离 50 LSM-60 登陆舰 0码(0米) 3 阿肯色号 战列舰 170码(160米) 8 舟号 潜艇 363码(332米) 10 萨拉托加号 航空母舰 450码(410米) 12 YO-160 石油驳船 520码(480米) 7 长门号 战列舰 770码(700米) 41 鲣鱼号 潜艇 800码(730米) 2 天竺鲷号 潜艇 850码(780米) 11 ARDC-13 浮动干船坞 1,150码(1,050米) 36 欧根亲王号 重巡洋舰 1,800码(1,600米) Baker核爆对舰只的损害明显较Able为大,当中最受注目的,是位于爆心旁边的阿肯色号。核爆后阿肯色号几乎即时翻转沉没,而按照在核爆时的拍摄片段,阿肯色号上方的水墙出现一偌大黑影,故阿肯色号很可能在爆炸后被水墙吸起,然后舰艏可能触及海床,最后舰艉向后倒下,使舰体在礁湖翻沉。不过部分观察者则持相反意见:身在现场的白兰地认为黑影只是烟雾;而后期有作家则指是水墙空隙。不论如何,同年海军曾派潜水员到阿肯色号残骸,发现阿肯色号翻转于海床,舰艉朝向爆心,与吸起再翻转说吻合;舰体的主炮及上层建筑均不可见,且被一层辐射性淤泥掩盖。美国国家公园管理局的潜水员分别在1989与1990年故地重游,海沙仍然盖过舰体,但淤泥却已经消失。而潜水员也看到战列舰的前部12吋主炮。1990年潜水员再次返回阿肯色号前,曾到博物馆舰德克萨斯号预演,以了解阿肯色号舷侧防空炮塔的环境,方便重返现场。

  至于航空母舰方面,萨拉托加号的巨大烟囱在核爆后倾倒于飞行甲板;而舰艏与舰艉又遭到不同力度的水流拉扯,使舰体中央折断并大幅入水。白兰地曾下令拖船前往救援,但因辐射问题而作罢。萨拉托加号最终在核试后8小时沉没。随着辐射水平逐年下降,萨拉托加号现已成为其一潜水热点。至于早在Able核试受重创的独立号,因距离较远而未再受创,但受到严重辐射污染。由于长年清理辐射无果,独立号最终在1951年于法拉隆群岛凿沉。

  德国欧根亲王号重巡洋舰成功撑过两次核爆,但严重核污染使水兵无法登舰修补入水。同年9月欧根亲王号被拖往夸贾林环礁,途中在12月22日倾覆于浅海。时至今日,其右舷螺旋桨仍露出水面可见;而左舷螺旋桨则在1978年被打捞,现存于德国基尔的莱博海军纪念馆。

  鲣鱼号潜艇是唯一一艘被击沉的舰只,可在事后成功打捞浮出水面。及后该舰被拖往加州对开海面,两年后作靶舰击沉。至于三艘重创军舰:法伦号海军运输舰(APA-81,编号25)、休斯号(DD-410,编号27)及长鲨号(USS Dentuda, SS-335,编号24),均在核试后几近沉没,而海军则将三舰拖到海滩搁浅。由于三舰均在爆心1,000码(910米)以外,故此受损较为轻微;而长鲨号更在水下,受到较少辐射污染,最终更短暂重新服役。

  贵为人类史上首次水下核试,Baker核试过程一直广受关注。在核弹引爆瞬间,一个高速膨胀的火球在引爆点出现,并在水下产生超音速的液压冲击波,将附近的船舰龙骨扯开;水下冲击波也被空中摄录机清晰拍摄纪录:当水下冲击波向外扩散时,海水颜色随之变为深色,犹如海上石油油污;而紧接在冲击波之后的海平面则即时变成一层白色。由于水的传声速度较空气快五倍之多,当冲击波在水下高速扩散时,后方海面即迅速染白,犹如一层白色薄面在海上高速向外延伸。

  核爆1毫秒后,火球引发的气泡同时抵达海床及海平面。气泡在海床炸开一个直径30英尺(9.1米)乘以2,000英尺(610米)的大坑,并将海水雾化,以圆顶状喷上半空。核爆后一秒,气泡将直径500英尺(150米)范围内、共2,000,000(二百万)吨海水及海沙喷上半空,并形成一道高6,000英尺(1,800米)、阔2,000英尺(610米)、但厚300英尺(91米)的水墙。最后当气泡上升至空中,便引发一道空气冲击波。由于冲击波后方的气压急降,使水汽即时凝结为云。这道凝结云(又称“威尔逊云”,以威尔逊云室为名)由海面迅速抬升,并掩盖了整道水墙,同时以圆盘状向外扩散,最后在气压逐步回升后方告消失。

  随着凝结云消失,水墙顶部开始变成花椰菜状,所有海水、海沙及水雾均耗尽动力,并即将随重力坠回海面。核爆并没有产生蘑菇云。同时,气泡大量吸起海水,使水下出现真空。当两旁海水涌入填补空间后,反向外面海水施加推力,从而引发类似海啸的海波。第一波海浪在核爆后11秒,已涌离爆心近1,000英尺(300米),浪高94英尺(29米)。当海浪涌到3.5英里(5,600米)外的海滩时,仍达15英尺(4.6米)高,并反复冲击九次之多。海滩的数架登陆坦克因此被冲上岸边,并被一层厚沙覆盖。

  核爆后12秒,水墙开始随重力下坠,形成一道高900英尺(270米)的巨型瀑布。这道瀑布从天而降,激起一度高辐射的海潮,淹过海面绝大部分的靶舰。这最终使靶舰受到极为严重的辐射污染。

  Baker核试的实验数据繁多,当中不少领域更是军方及科学界闻所未闻。核试后两个月军方甚至要再开会议,标准化研究项目的术语,并重新定义各报告的描述及运算。

  核试后首要分析数据为辐射物质。Baker是世上首个于爆炸点产生大量辐射尘及核裂变产物的核爆,此前的新墨西哥、广岛及长崎原爆均在高空,故此辐射物质相对明显较少。然而军方当时却低估辐射所引发的问题与危害。

  Baker核试一共产生约3磅(1.4千克)核裂变产物。这些污染物混合在水雾、水墙以及云团,最后大部分均返回潟湖,并随着潮汐及洋流带到其他地方。然而当水墙倒塌之时,部分受污染的水雾被再次激起,并随着辐射性海潮向外高速扩散,最后随风漂到测试场地以外。更危险的是,当这些水雾的水汽被蒸发以后,这些裂变产物便会变成透明,无法以肉眼看见,并继续随风扩散,威胁人身安全。

  除核裂变产物外,核爆同时令海水本身变成放射性。事缘Baker核爆的核分裂,向周遭环境喷气出两倍以上的自由中子。在空爆环境下,这些中子会被高热吸收,并随着核裂变产物及未分裂的钚带到平流层。然而关键在于,Baker进行的是水下核试,环境中子被礁湖海水吸收:倘若有一额外中子被打入海水中钠元素的原子核,该等钠元素便会变得放射性。一般而言,钠-23变成放射性的钠-24,会有15小时的半衰期。不过钠并不会如其他重元素沉入海底,而是维持液态,并可随海水继续污染其他军舰。而在核试后首六日,钠的放射强度将递减1,000倍,但仍足以损害进入环礁的人类健康。

  最后,核弹采用的钚-239亦引发严重危机。核爆后一共有11.6磅(5.3千克)的钚未有裂变,并与3磅(1.4千克)核裂变产物混合。 虽然钚的α粒子辐射无法穿透人体皮肤,但倘若为人体摄取,则会在骨髓中富集,成为剧毒。更重要的是,工作人员的胶片剂量计(Film badges)及盖革计数器均无法探测钚元素;而钚-239的半衰期长近24,200年。换言之,一旦人体意外摄取钚-239,其一生都无法解毒。

  Baker核试后,美军先派遥控船舰进入潟湖,并探测辐射。接着美军开始尝试清洗靶舰辐射,包括使用舰载灭火龙头、灭火泡沬、拖把、肥皂以至碱水,但只有首轮喷气稍有成效。再加上海水的钠已具放射性,使美军支援舰用以洗刷船身的海水均带有辐射,不但全无清洗之效,其水雾溅到舰上水兵时,更使水兵受辐射污染。起初美军按照曼哈顿计划经验,限定每人每日最多可摄取0.1伦琴(0.1 roentgens,即0.1R),但由于辐射量过高,首日美军只能登上离爆心最远的五艘靶舰。在钠的首六日半衰期间,一共有4,900人登上受严重污染的靶舰。而核试10日后,美军则批准人员登上所有舰只。

  辐射对活体生物的影响,很快便为美军所见。在Able核试中,辐射源主要来自核爆瞬间,并没有造成环境辐射;但Baker核试却使绝大部分军舰均受辐射污染,使生物从居住环境摄取并累积辐射。Baker核试后首数日,大部分军舰均不宜人类登上,而分散各舰的猪及老鼠则几乎全数因辐射死亡,只有少量老鼠幸存,

  生物实验为当时美国媒体关注焦点。9月白兰地曾向传媒指“用作实验的动物所承受的痛苦,几乎是微不足道的。它们要么变得衰弱、要么回复健康、要么无痛地死亡。”不过,因“魔鬼核心”意外临界而死亡的两名科学家,其死亡过程极为痛苦;但由于军方当时仍将意外列为机密,再加上公众对辐射危害所知甚少,故此未有在大众引起即时反弹。

  然而,军方内部亦开始对辐射有所警惕,并质疑军方的安全措施。在Baker核试以前,海军全无清理核辐射经验,亦对清理期间对人体的危害一无所知。海军亦没有预计辐射水雾会淹盖几乎全部军舰,低估其破坏程度。在欠缺经验、装备及危险意识下,美国水兵往往采用传统的清洗方法,且全无保护装备。

  十字路口行动原定进行第三场代号Charlie的核试,在比基尼外海深水引爆。不过自7月25日Baker核试后,船舰清理辐射几乎全无进展,更不可能拖到外海再作排列。到8月3日,负责于行动监视辐射的科学家史丹佛·瓦伦(时为陆军上校)认为核试已对众多水兵构成严重危险,并要求即时中止清理。瓦伦指出,当水兵在舰上清理时,辐射物随即污染人体皮肤、衣服甚至肺部。当水兵返回支援舰洗澡及洗衣服时,这些辐射物又随之转移到支援舰,并随水兵带到各地。瓦伦同时质疑水兵没有按照安全指引行事,部分消防船因过于靠近靶舰,而反过来受到污染,而被迫弃用。更有甚者,支援舰多次进出受污染水域,其舰体亦会累积辐射。8月6日至9日之间,有67人摄取过量辐射;而盖革计数器亦不敷应用。

  海军部分官兵起初对此警戒不足。在水兵眼中,拯救曾经并肩作战的军舰是其首要任务。比如温莱特号驱逐舰的老兵因重新登上旧舰,而摄取过量辐射,要即时送返美国。纽约号战列舰的舰长更指斥瓦伦的量度数据有偏差,并希望将纽约号驶回美国。再加上钠在核试后持续半衰,令辐射读数下降,又使水兵误以为清理有效。然而瓦伦最担忧的,是水兵仪器无法探测的钚。倘若船舰已受钚污染,则水兵可能已曝露于钚的环境之中。

  白兰地为此在威奇托号重巡洋舰举行会议,并召集近1,400名军官听取瓦伦报告。到8月9日,白兰地终于得悉水兵使用的盖革计数器无法探测钚-239,而当日科学家却在欧根亲王号的舰长室物料样本发现了钚。这使白兰地怀疑钚可能已遍布所有军舰。8月10日,瓦伦向白兰地呈交一幅X光相片,相中的刺尾鱼因受严重辐射污染,其身体竟然向外发出X光。白兰地阅毕相片,即时下令中止所有清理活动。第三轮核试因此取消,而十字路口行动亦在同日即时终结。美军最终在1955年才在棚屋行动(Operation Wigwam)进行深水核试。