再访广岛

【德】麦考·帕默  著

郎伦友  译

第三章  第一节

3.1 土壤样品中的铀同位素

   除了铀235和铀238，铀还有几种低丰度的同位素，但它们对了解在广岛到底发生了什么或没有发生什么还是有价值的。阪口等人【57】检测到了铀236的丰度，是由中子俘获形成的，而不是由于发生裂变。然而一个复杂的因素是，铀236还可以通过钚240的放射性衰变生成，钚240是钚的第二丰度的同位素。由于铀236的衰变非常缓慢，所以比活度低，在这项研究中需要采用质谱分析法。

   从对炸弹的规格、铀235浓缩的程度、辐射量的估计出发，作者们估计在爆炸中应该有69克铀236生成，并且开始在受黑雨影响的区域进行寻找。（脚注2）在这一点上，你没有听他们说发现了铀235，可能不会感到意外；更确切的说，他们发现了一些铀236，但在与钚的水平以及从被认为没有受到“小男孩”影响的日本对照区采集的样品进行对照后，他们断定所有的铀236肯定都是来自地球的放射性尘埃。为了解释这个缺乏说服力的论点，他们假设黑雨只是传播了很小一部分在轰炸中产生的放射性物质。（脚注3）

   天然铀的主要成分铀238经过α-衰变，紧接着是两次连续的β-衰变；这些衰变产生铀234  。铀238的半衰期非常长（44.7亿年），而铀234的半衰期相对来讲比较短（24.6万年）。在稳定的情况下，铀234的衰变速度与它通过铀238衰变而产生的速度是一样的（见2.3.3一节）。因此，如果我们把一个天然铀样品放入一台辐射计量器里，测量得出的这两种同位素的活性应该相等。然而这种关系应该与浓缩铀的关系是不同的，不管怎么说，浓缩铀据信是用于广岛的炸弹的。因为铀234与铀235的原子在重量上接近，所以这两种同位素加在一起是比铀238富集的。假设在广岛的炸弹里，铀234像铀235一样被浓缩到它的自然丰度的100倍以上，而铀238减少5倍，炸弹材料铀234的活性（不是丰度）就应该超过铀238的活性大约500倍。因此铀234/铀238两者的活性比对于残余的炸弹用铀的探查就应该是一个非常敏感的问题。

     高田等人【56】对于这种探查方法进行了非常细致的研究，样品也是取自黑雨地区的土壤。这项研究令人特别感兴趣的是尝试从构成自然背景的铀中化学分离了炸弹产生的铀。炸弹的放射性尘埃应该只附着在固体矿物质的表面。与此相反，矿物本身的铀应该存在于矿物质内部。因此为了获取放射性尘埃，固体样品是用稀酸进行轻轻的浸洗的，这种稀酸应该只能从矿物颗粒表面脱下薄薄的表层；然后再用浓酸溶解残渣，回收背景物质。

   在用稀酸回收的那部分中，铀234的活性的确超过了铀238的活性——但只有大约1.15倍；相比之下，对于高浓缩的原子弹用纯铀来讲，预计这个倍数应该约为500  。这个微小的超出只是在黑雨地区的样品中检测到的，不是用从黑雨区之外的控制区采集的样品。（脚注4）在原子弹用的纯铀中，铀235的活性应该超过铀238大约30倍，但在所有的样品中仍然非常低。（见图3.2）

图3.2  用0.1N（当量浓度）硝酸从土壤样品中萃取的铀的α-射线光谱

（引自高田等人的著作【56】）

Counts per channel:每个通道的数量；channel number：通道编号

Control area E SE-6km：对照区（东东南6千米）；"black rain" area N WN-6km:黑雨区（西北 北6千米）

由不同的铀同位素释放的α-粒子，根据它们的能量特征加以区分，这种区分与X轴的“通道”相对应；每一种同位素的丰度用峰值以下的面积（不是峰值的高度）来表示。详见原文。

   正如我们以前提到的四十万等人【6】的研究一样（见1.2一节），我们有了由天然铀的同位素分布产生的很小但很明显的偏差的证据；这两项研究具有基本相同的重要性。原则上有两种解释——换句话说，不是极少量的高浓缩炸弹铀被自然背景冲淡得几乎为零，就是在扩散的人工材料中铀235程度比所声称的低许多。高田即使通过采取措施把铀浓缩到炸弹用的级别，但也未能检测到更高的浓缩程度，显然这妨碍了采取第二种选择。

   考虑到这份证据，以及当时一般的技术水平，（见下文3.5一节）我确信在广岛并没有释放高浓缩的铀235 。然而这里是如何证明我是错的：采集一份原始冰川的样品，检测它的铀235 和铀238 。这是对从加拿大埃尔斯米尔岛的样品做过的铯和钚的分析，该分析声称可以从1945年形成的冰层中检测到长崎原子弹的痕迹。【58】这样的一份样品应该基本上是没有陆地背景的，用高灵敏度的质谱分析法，“小男孩”的同位素特征应该是明白无误的。（脚注5）

【脚注】

2：注意，未裂变的铀235比这种铀236的数量几乎多上千倍，这些铀235应该是分散在铀236附近的，因此也在这项研究中被检测到。所以值得注意的是，这些作者们根本没有说明他们的样品中是否存在铀235  。

3：这些作者在该对照区还发现了总量比在广岛发现的高两倍的放射性尘埃。有这方面常识的读者肯定会理解这一章所阐述的内容，并跳过本章的其余部分，但没有这方面常识的读者则必须硬着头皮读下去。

4：正如高田等人【56】所指出的，这个真实的比率的测定由于土壤类型不同而使这两种同位素的细小差别变得很复杂，这是由于溶解度的不同引起的。不过，在本书中，这个细小的差别是无关紧要的。

5：少量的灰尘是存在的，所包含的自然铀可能使同位素的比重降到80%以下；但它应该比土壤中的比重高。