Призывы возобновить испытания ядерного оружия вызывают тревогу и споры среди ученых

Когда 23 сентября 1992 года обратный отсчёт достиг нуля, поверхность пустыни вздыбилась, как будто её надул гигантский воздушный шар.

Но это был не воздушный шар. Ученые взорвали ядерное устройство на глубине сотен метров под пустыней Невада, эквивалентное тысячам тонн тротила. Возникший огненный шар достиг давления и температуры, значительно превышающих те, что наблюдаются в ядре Земли. В течение миллисекунд после взрыва ударные волны распространились наружу. Горная порода расплавилась, испарилась и раскололась, оставив после себя полость, из которой сочился жидкий радиоактивный камень, скапливавшийся на дне полости.

По мере снижения температуры и давления камни обрушились в образовавшуюся полость. Поверхность пустыни просела, образовав воронку глубиной около 3 метров и шириной с футбольное поле. Учёные, работавшие над этим испытанием, получившим название «Разделитель», не знали, что это был конец. Вскоре после этого Соединённые Штаты прекратили ядерные испытания.

Начиная с первого испытания ядерного оружия, известного как «Тринити», проведённого в 1945 году, более 2000 атомных взрывов сотрясали земной шар. Сегодня этот ядерный гул в значительной степени стих благодаря нормам, установленным Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, или ДВЗЯИ, заключённым в середине 1990-х годов.

Только одна страна — Северная Корея — провела ядерное испытание в этом столетии. Но исследователи и политики всё чаще задумываются о том, что хрупкое спокойствие вскоре будет нарушено.

Некоторые в Соединённых Штатах призывали к возобновлению испытаний, в том числе бывший советник по национальной безопасности президента Дональда Трампа. Согласно статье Washington Post за 2020 год, чиновники из предыдущей администрации Трампа рассматривали возможность проведения испытаний. И в ближайшие годы может возникнуть соблазн. Соединённые Штаты находятся в процессе масштабной, растянувшейся на десятилетия реконструкции своего стареющего ядерного арсенала. Испытания могли бы подтвердить, что старое оружие по-прежнему работает, проверить, что обновлённое оружие работает должным образом, или помочь в разработке новых видов оружия.

Тем временем две крупнейшие ядерные державы, США и Россия, по-прежнему ждут эскалации друг от друга. Если напряжённость усилится, испытание может послужить сигналом о готовности применить оружие.

Тестирование “имеет огромное символическое значение”, - говорит Фрэнк фон Хиппель, физик из Принстонского университета. “Во время холодной войны, когда мы постоянно стреляли из этих штуковин, это было похоже на барабаны войны: ‘У нас есть ядерное оружие, и оно работает. Лучше поостеречься’. Прекращение испытаний, по его словам, было признанием того, что “это [оружие] настолько непригодно для использования, что мы даже не испытываем его”.

По мнению ученых в реальных взрывах нет необходимости. “Что мы постоянно говорим на протяжении десятилетий, так это то, что нет никаких научных причин, по которым нам нужно проводить испытания”, - говорит Джилл Хруби, которая была администратором Национального управления ядерной безопасности, или NNSA, во времена администрации Байдена.

При этом испытательная площадка в Неваде, где когда-то регулярно гремели ядерные взрывы, не была полностью законсервирована. Там и сейчас в подземной лаборатории учёные проводят субкритические ядерные эксперименты, то есть эсперименты, в которых отсутствует самоподдерживающаяся цепная реакция, характерная для ядерного взрыва.

Многие учёные утверждают, что субкритические эксперименты в сочетании с компьютерным моделированием с использованием суперкомпьютеров предоставляют всю информацию, необходимую для оценки и модернизации оружия. Некоторые утверждают, что субкритические эксперименты даже превосходят традиционное тестирование в плане изучения некоторых нерешённых научных задач, связанных с оружием, например, с его старением.

Другие считают, что субкритические эксперименты и моделирование, какими бы сложными они ни были, не могут бесконечно заменять реальные испытания. Но до сих пор эксперименты и детальные оценки запасов подтверждали возможности ядерного арсенала. И эти эксперименты позволяют избежать серьёзных недостатков испытаний.

«Одно испытание в Соединённых Штатах может вызвать глобальную цепную реакцию», — говорит геолог Сулджи Парк из "Союза обеспокоенных учёных", некоммерческой правозащитной организации. Другие ядерные державы, скорее всего, последуют примеру и проведут собственные испытания. Страны, не обладающие ядерным оружием, могут начать его разрабатывать и испытывать. Одно испытание может спровоцировать всеобщую войну.

«Это всё равно что зажечь спичку в комнате, полной динамита», — говорит Парк.

Растущая ядерная угроза

Ядерное оружие может уничтожить целые города одним ударом, но его существование преподносится как сила, способствующая миру. Считается, что ядерное оружие действует как сдерживающий фактор — другие страны будут воздерживаться от применения ядерного оружия или любых крупных атак, опасаясь возмездия. Эта идея настолько укоренилась в военных кругах США, что межконтинентальную баллистическую ракету, разработанную во время холодной войны, назвали «Миротворец».

После окончания испытаний мир, кажется, сделал медленный успокаивающий выдох. Количество ядерного оружия в мире сократилось с более чем 70 000 единиц в середине 1980-х годов до чуть более 12 000 сегодня. Это сокращение произошло благодаря ряду договоров между Соединёнными Штатами и Россией (ранее Советским Союзом). Ядерное оружие практически исчезло из поля зрения общественности.

Но теперь произошёл резкий скачок. Срок действия последнего оставшегося в силе договора о контроле над вооружениями между США и Россией, СНВ, истекает в 2026 году, предоставляя странам свободу действий в отношении количества развёрнутого оружия. Россия уже приостановила своё участие в СНВ в 2023 году и отозвала свою ратификацию Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, чтобы последовать примеру США и нескольких других стран, которые подписали, но так и не ратифицировали договор. (Отказавшиеся от участия страны не позволили договору официально вступить в силу, но государства всё равно его соблюдают.)

Запасы ядерного оружия России, между тем, огромны, а Китай, обладающий пока что третьим по величине запасом ядерного оружия, к тому же быстро наращивает его, намекая на потенциальное будущее, в котором будет три основные ядерные державы, а не две.

«Растёт ощущение, что это крайне опасный момент... Мы находимся в режиме, когда все рычаги управления ослабевают и ситуация очень нестабильна», — говорит Дэниел Хольц, физик из Чикагского университета и председатель совета по науке и безопасности «Бюллетеня учёных-атомщиков» — некоммерческой организации, которая стремится привлечь внимание к опасности ядерного оружия и другим угрозам. В январе группа установила свои «Часы Судного дня» на 89 секунд до полуночи — ближе к полуночи они ещё никогда не были.

Соединённые Штаты регулярно рассматривают возможность испытания ядерного оружия. «Этот вопрос задаётся каждый год», — говорит Том Мейсон, директор Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Лос-Аламосская национальная лаборатория — одна из трёх американских лабораторий по разработке ядерного оружия, наряду с Ливерморской национальной лабораторией в Калифорнии и Сандийской национальной лабораторией в Альбукерке. Каждый год директора этих трёх лабораторий координируют проведение детальных оценок состояния запасов, в том числе необходимости испытаний.

«До этого момента ответ был отрицательным», — говорит Мейсон. Но если возникнут научные проблемы, которые нельзя будет решить иначе, или если оружие начнёт неожиданно выходить из строя, эта оценка может измениться.

Если бы испытания были признаны необходимыми, то точное время, которое потребовалось бы на подготовку, зависело бы от причин, по которым они проводятся. «Если вы пытаетесь ответить на научный вопрос, то вам, вероятно, понадобится много оборудования, и это может занять время, — говорит Мейсон. — Если вы просто пытаетесь отправить сигнал или напугать потенциального противника, то, возможно, вам не понадобится столько оборудования; вы просто пытаетесь заставить землю содрогнуться».

Изучение ядерного оружия без испытаний

Испытательный полигон в пустыне Невады усеян кратерами, оставшимися после прошлых испытаний. Помимо 828 подземных испытаний, там было проведено 100 атмосферных испытаний. Полигон расположен всего лишь в 120 километрах от Лас-Вегаса. Радиоактивные осадки от атмосферных испытаний, которые прекратились в 1962 году, достигали близлежащих населённых пунктов. Этот вопрос до сих пор является предметом судебных разбирательств.

Перенеся испытания под землю, власти стремились сдержать радиоактивные осадки и ограничить их воздействие на здоровье людей. Перед подземным испытанием рабочие оснащали ядерное устройство научными приборами и опускали его в пробуренную на несколько сотен метров вглубь земли скважину. Затем скважину засыпали песком, гравием и другими материалами.

Пока персонал наблюдал за видеосъёмкой из бункера, заряд приводился в действие. «Вы видите, как земля взрывается, как поднимается пыль, а затем медленно оседает. И в конце концов вы видите, как образуется воронка. Она просто проваливается внутрь», — говорит Марвин Адамс, инженер-ядерщик, который был заместителем администратора оборонных программ NNSA при администрации Байдена. «Всегда были ставки на то, сколько времени пройдёт, прежде чем образуется воронка. И это могут быть секунды, а могут быть и дни ”.

Километровые кабели передавали информацию с оборудования в трейлеры, где данные записывались. Тем временем станции отслеживали сейсмические сигналы и радиоактивность. Позже в полости брили ещё одну скважину и брали образцы породы, чтобы определить особенности взрывов.

Сегодня такие испытания заменены экспериментами, в которых используются химические взрывчатые вещества для имитации взрыва радиоактивных материалов, лежащего в основе ядерного оружия, и проводятся на объекте под названием Главная подземная лаборатория докритических экспериментов PULSE.

Комплекс PULSE состоит из 2,3-километровых туннелей, расположенных на глубине почти 300 метров под землёй. Там установка под названием Cygnus делает рентгеновские снимки плутония, когда его взрывают с помощью химических взрывчатых веществ в ходе экспериментов. Рентгеновские лучи проходят сквозь плутоний и регистрируются с другой стороны.

Эксперименты являются частью программы США по управлению запасами, которая обеспечивает сохранность оружия с помощью различных оценок, экспериментов и компьютерного моделирования. В настоящее время PULSE расширяется, чтобы увеличить свои возможности. В 2033 году планируется начать эксплуатацию новой установки под названием «Скорпион». Она будет оснащёна 125-метровым ускорителем частиц, который будет направлять электроны на мишень, генерируя более интенсивное излучение, чем в «Сигнусе», что позволит учёным делать снимки на более поздних этапах имплозии. Более того, «Скорпион» позволит делать снимки в разное время, показывая, как меняется плутоний в ходе эксперимента.

Подкритические эксперименты помогают проверить компьютерные модели ядерного оружия. Эти модели затем используются для обслуживания и разработки реального оружия. Компьютер El Capitan, установленный с этой целью в Ливерморской национальной лаборатории в 2024 году, является самым быстрым суперкомпьютером из когда-либо созданных.

Такое сочетание вычислительных мощностей и передовых экспериментов необходимо для изучения всей сложности современного ядерного оружия, в котором материалы подвергаются воздействию самых экстремальных условий.

Чтобы высвободить как можно больше энергии, современное оружие не ограничивается только делением. В нём используется сложное взаимодействие между делением и синтезом — объединением атомных ядер. Сначала взрывчатка сжимает плутоний, который находится в полой сфере. Это позволяет начаться реакциям деления. Экстремальные температуры и давление, возникающие при делении, запускают реакции синтеза в водороде, высвобождая нейтроны, которые инициируют дополнительное деление. Рентгеновские лучи, испускаемые первой ступенью, сжимают вторую ступень, вызывая дополнительные реакции деления и синтеза, которые также подпитывают друг друга. Благодаря этим принципам было создано оружие, в 1000 раз более мощное, чем бомба, сброшенная на Хиросиму.

Лабораторные эксперименты можно проводить неоднократно, слегка изменяя параметры. Их можно спроектировать так, чтобы они не удались, что поможет определить границу между успехом и провалом. Испытания ядерного оружия, поскольку они были дорогостоящими, трудоёмкими и одноразовыми, были спроектированы так, чтобы они удались.

Есть ли необходимость в испытании ядерного оружия?

Такие эксперименты, в частности, направлены на решение проблемы старения плутония. С 1989 года Соединённые Штаты не производили значительного количества плутония, что означает, что зарядам в арсенале США несколько десятилетий, что вызывает вопросы о том, будут ли они работать.

Некоторые учёные опасаются, что из-за старения ядерного заряда многоэтапный процессы в ядерной боеголовке могут нарушиться. Например, если имплозия на первом этапе пройдёт неправильно, второй этап может вообще не запуститься.

"Плутоний стареет не только снаружи — подобно ржавеющему железу, — но и изнутри", - говорит Зигфрид Хекер, который был директором Лос-Аламосской национальной лаборатории с 1986 по 1997 год. «Он постоянно подвергается радиоактивному распаду. И это разрушает его кристаллическую структуру».

В результате распада образуется ядро гелия, которое со временем может привести к появлению крошечных пузырьков гелия в решётке атомов плутония. При каждом распаде также образуется атом урана, который проходит через материал и «выбивает из решётки всё, что можно», — говорит Хекер. «Мы не совсем понимаем, насколько велик ущерб… и как этот повреждённый материал будет вести себя в условиях удара и температуры ядерного оружия. Это самая сложная часть».

Один из способов решить эту проблему — производить новые ядерные реакторы. В настоящее время предпринимаются значительные усилия по наращиванию производства. В 2024 году NNSA «нанесло алмазную гравировку» на первый из этих реакторов, что означает, что реактор был сертифицирован для использования в оружии. К 2030 году Соединённые Штаты планируют производить 80 реакторов в год. Но, по словам Хеккера, остаются вопросы и по поводу новых плутониевых реакторов, поскольку они производятся по обновлённой технологии.

Хекер, работавший в Лос-Аламосе в период испытаний и после них, считает, что ядерные испытания могли бы помочь ответить на некоторые из этих вопросов. «Я категорически не согласен с теми, кто говорит: «Нет никаких научных или технических причин для проведения испытаний. Мы можем сделать всё это с помощью компьютеров».

Но, по его словам, преимущества проведения теста будут перевешиваться большим недостатком: другие страны, скорее всего, вернутся к испытаниям. Китай, например, провёл всего 45 тестов, в то время как Соединённые Штаты провели более 1000.

Другие эксперты придерживаются аналогичной точки зрения. Ядерные испытания в прошлом преподнесли множество сюрпризов, например, более высокую или более низкую мощность, чем прогнозировалось, — утверждал физик Майкл Франкель, независимый научный консультант, и его коллеги в отчёте за 2021 год. «Слишком много всего пошло не так, слишком часто, чтобы в очередной раз пойти на это», — написали Франкель и его коллеги.

Что считается испытанием ядерного оружия?

Для многих учёных предпочтительны теоретические эксперименты, особенно с учётом политических последствий полноценных испытаний. Но грань между ядерным испытанием, запрещённым Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, и разрешённым экспериментом не всегда очевидна.

ДВЗЯИ - это договор о “нулевом выходе”, эксперименты не могут высвобождать энергию сверх той, которая вырабатывается химическими взрывчатыми веществами. Но, по словам экспертов “нулевого выхода не существует”. Даже в обычном куске плутония некоторое количество ядерного деления происходит спонтанно. Это ненулевой, но крошечный ядерный выход.

В Соединённых Штатах под нулевой мощностью понимается запрет на самоподдерживающиеся цепные реакции. В отчётах правительства США утверждается, что Россия проводила ядерные эксперименты, которые превосходят это определение нулевой мощности и высказывают опасения по поводу соблюдения Китаем этого стандарта. Эта путаница привела к взаимным обвинениям и росту напряжённости.

Даже если бы все смогли договориться о едином определении, мониторинг был бы непростой задачей. ДВЗЯИ предусматривает сейсмический и другие виды мониторинга, но для обнаружения испытаний с очень низкой мощностью потребуются новые методы контроля, например, измерение радиации, исходящей от защитной оболочки, используемой в эксперименте.

Однако испытания, которые явно нарушают правила, могут быть быстро обнаружены. Система мониторинга ДВЗЯИ может фиксировать подземные взрывы мощностью до 0,1 килотонны, что составляет менее одной сотой мощности бомбы, сброшенной на Хиросиму. Это включает в себя последнее испытание ядерного взрывного устройства, проведённое Северной Кореей в 2017 году.

Подземные испытания не гарантируют безопасности. Во время испытаний в Бейнберри в Неваде в 1970 году из-за непонимания геологических особенностей местности радиоактивный шлейф вырвался наружу, что привело к облучению рабочих на площадке.

Хотя американские учёные извлекли урок из этой ошибки и с тех пор не допускали таких серьёзных нарушений, этот инцидент показывает, что поспешное проведение подземных испытаний может повысить риск аварии.

Радиоактивные материалы могут распространиться и с грунтовыми водами. Несмотря на то, что испытания проводятся таким образом, чтобы избежать загрязнения грунтовых вод, учёные обнаружили следы плутония в грунтовых водах на площадке в Неваде. За 30 лет плутоний распространился с грунтовыми водами на много километров за ее пределы.

Вес общественного мнения — ещё одно препятствие. Во времена ядерных испытаний протесты на полигоне были обычным делом. Это сопротивление сохранялось до самого конца. В день испытания «Разделителя» в 1992 году четверо протестующих подошли примерно на шесть километров к эпицентру взрыва, прежде чем их арестовали.

Движение за разоружение продолжается, несмотря на отсутствие испытаний. На недавней встрече экспертов по ядерному оружию, Саммите по ядерному сдерживанию в Арлингтоне, штат Вирджиния, несколько протестующих собрались на улице в январский мороз, требуя, чтобы Соединённые Штаты и Россия навсегда отказались от ядерного оружия. Но этот вариант не был включён в повестку дня встречи.