Серьезный качественный скачок в развитии ядерных вооружений произошел четыре с половиной десятилетия тому назад, когда процессы деления (расщепления) атомного ядра и ядерного синтеза (слияния атомных ядер) были объединены при создании термоядерного оружия, более известного под названием "водородная бомба". До сих пор высокие уровни температур и давления, необходимые для того, чтобы вызвать термоядерный взрыв в водородной бомбе, достигались лишь в результате атомного взрыва. По этой причине все виды термоядерного оружия нынешнего поколения имеют "первичный" узел реакции деления, который вызывает термоядерный взрыв "вторичной" ступени. Однако "чисто термоядерное" оружие, т.е., оружие, для действия которого пусковая реакция деления не обязательна, в течение долгого времени считалось разработчиками ядерного оружия "желательным", отчасти из-за того, что его применение не вызывало бы осадки, содержащие продукты деления.

Возможность создания чисто термоядерного оружия еще не доказана научно, но если технические трудности будут преодолены, принципы использования ядерного оружия как средства ведения войны могут радикально измениться, что создаст новую угрозу распространения и серьезно сократит шансы на достижение полного и окончательного ядерного разоружения.

Для термоядерного взрыва, в отличие от взрывов, вызванных цепными реакциями в расщепляющихся веществах, таких как плутоний, не требуется наличие минимальной критической массы. Таким образом, может быть создано чисто термоядерное оружие очень малой мощности, а его применение не будет вызывать осадков, что приведет к стиранию различий между обычными и ядерными зарядами. Тем не менее, поражающая способность этого оружия, благодаря нейтронному излучению и силе взрыва, будет огромной.

Например, зона поражения при применении одного чисто термоядерного боеприпаса с мощностью взрыва в 1 т, в тротиловом эквиваленте, будет примерно стократно превышать площадь зоны поражения при применении обычной бомбы такой же взрывной силы. Причина состоит в том, что поражающая способность чисто термоядерного оружия будет основываться, скорее, на интенсивном нейтронном излучении, нежели на действии самого взрыва. В действительности, радиус зоны смертоносного действия небольших чисто термоядерных боеприпасов на единицу взрывной мощности был бы намного больше, чем при использовании крупных атомных боеприпасов¹. Например, при взрыве бомбы в Хиросиме зона поражения на одну тонну в тротиловом эквиваленте составляла около 500 м² (ок. 600 кв. ярдов), т.е. в сотню раз меньше, нежели была бы, по имеющимся подсчетам, зона поражения на одну тонну в тротиловом эквиваленте при применении чисто термоядерной бомбы. Эта военная арифметика сулит крайне неблагоприятные последствия для режима нераспространения и процесса разоружения.

Взрывной термоядерный синтез (ВТС)²

В ходе реакции синтеза энергия выделяется при соединении двух легких ядер. (Напротив, при реакции деления энергия выделяется за счет деления ядер тяжелых элементов.) Основная причина выделения энергии состоит в том же, что и при реакции деления, - а именно, в том, что первоначально взятые ядра тяжелее, чем продукты ядерной реакции; разница в массе определяет высвобождаемую энергию.

Создание чисто термоядерного оружия (равно как и получение энергии путем синтеза) до сих пор было недостижимой целью, поскольку чрезвычайно трудно создать условия, которые позволили бы добиться достаточно большого количества ядерных реакций синтеза и "чистого" выхода энергии без использования пускового механизма деления. На небольшом расстоянии между положительно заряженными ядрами возникают электрические силы отталкивания. Если ядра должны быть сближены настолько, чтобы реакция синтеза стала возможной, то необходимо преодолеть эти силы. Это достигается путем нагревания топлива до сверхвысоких температур (отсюда понятие "термоядерный"), сравнимых с температурами внутри Солнца, или выше. В результате кинетическая энергия (энергия движения) ядер становится достаточно большой, чтобы преодолеть силы отталкивания³.

В самой распространенной из воспроизведенных человеком реакций синтеза, которая приводит к выделению наибольшего количества энергии при термоядерных взрывах, участвуют два изотопа водорода: дейтерий (Д) и тритий (Т)⁴. Дейтерий - это нерадиоактивный изотоп, с одним протоном и одним нейтроном в составе ядра. Тритий, ядро которого состоит из одного протона и двух нейтронов, является высокорадиоактивным⁵. Продуктами реакции синтеза между этими двумя изотопами являются альфа-частица (ядро гелия) и нейтрон.

Общее количество энергии, выделяемой при одной реакции Д-Т синтеза, составляет 17,6 МэВ, большая ее часть приходится на кинетическую энергию нейтрона. На лабораторных установках ВТС удалось, не выходя на уровень термоядерной бомбы, добиться осуществления значительного числа реакций синтеза (от 10¹² до 10¹³ нейтронов за одно испытание).

Все схемы ВТС имеют два основных компонента: таблетку топлива и генератор. Топливная таблетка содержит топливо, обычно смесь дейтерия и трития, а также другие составляющие. Генератор передает энергию топливному компоненту с целью сжатия последнего до высокого уровня плотности и температур, необходимых для запуска реакции синтеза. Рассматривавшиеся до настоящего времени типы средств запуска включают лазеры, легкие и тяжелые ионные пучки, заряды взрывчатых веществ, источники электромагнитной энергии.

Соотношение между энергией, выделенной в процессе реакции синтеза, и энергией, переданной компонентом запуска, называется "усилением". Для научного обоснования осуществимости любой схемы синтеза этот показатель должен быть равным единице. Если усиление меньше единицы, налицо прямая потеря энергии и нежизнеспособность предлагаемой схемы синтеза.

Для создания чисто термоядерного оружия должны быть выполнены две основные научно-технические задачи. Во-первых, возможность создания такого оружия должна быть научно доказана. Во-вторых, создаваемые боеприпасы должны быть относительно небольшими по размеру, чтобы их можно было доставлять к цели. Национальный объект по экспериментам с возгоранием (National Ignition Facility, NIF), строящийся в настоящее время в Калифорнии, и аналогичный объект, строящийся близ Бордо во Франции (под названием "Laser Megajoule", LMJ), предназначены для того, чтобы научно доказать возможность чисто термоядерных взрывов. Хотя применяемые на таких объектах лазерные установки не могут быть уменьшены в размере настолько, чтобы использоваться при создании оружия, эти устройства предназначены для того, чтобы добиться усиления, превышающего единицу. Предполагается, что возгорание топливного компонента приведет к ряду малых термоядерных взрывов (см. ниже определение понятий возгорания и термоядерных взрывов).

Опыт, полученный в ходе этих экспериментов по осуществлению синтеза с помощью лазера, может быть использован при проведении экспериментов с применением других средств запуска, позволяющих уменьшить устройства до размеров боеприпаса. Например, результаты экспериментов, проводимых на калифорнийском объекте NIF, могли бы помочь выбрать оптимальное направление исследований с применением высокоэнергоемких конденсаторов или генераторов, основанных на комбинации взрывчатых веществ и электромагнитных источников энергии, которым можно было бы придать достаточно компактную форму для использования в военных целях. Эксперименты с подобного рода устройствами проводят Национальная лаборатория в Лос-Аламосе (в сотрудничестве с Россией) и Национальная лаборатория в Сандии (Нью-Мексико). Одним из результатов таких совместных усилий могут стать значительные успехи на пути создания чисто термоядерного оружия.

Влияние на процессы разоружения и нераспространения

Хотя выполнимость этой задачи еще научно не доказана, сами по себе научные исследования в области чисто термоядерных взрывов ставят множество серьезных вопросов. По меньшей мере, они являются тревожным свидетельством того, что государства, обладающие ядерным оружием, намерены продолжать совершенствование и наращивание своих арсеналов. Это уже оказало серьезное негативное влияние на процесс разоружения и усилия в сфере нераспространения. Отказ Индии подписать Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) был, отчасти, реакцией на проведение подобных исследований ядерными державами. В свою очередь, принятое ею впоследствии решение о проведении подземных ядерных испытаний было, в определенной степени, связано с выводом о том, что ДВЗЯИ превратился из недискриминационного механизма, созданного с целью содействовать успеху как процесса разоружения, так и усилий в области нераспространения, исключительно в "инструмент" нераспространения. Более того, представляется, что некоторые научные исследования в области синтеза являются нарушением ДВЗЯИ, о чем пойдет речь ниже.

К числу других возможных проблем относятся:

• вероятность того, что будет создано чисто термоядерное оружие - цель, которую уже давно ставят перед собой разработчики ядерного оружия;

• создание Соединенными Штатами (и, возможно, другими государствами, обладающими ядерным оружием) новых типов термоядерного оружия, основанных на механизме деления-синтеза;

• вероятность того, что США могут выйти из ДВЗЯИ со ссылкой на "высшие национальные интересы" для проведения испытаний либо оружия нового поколения, либо модификаций существующих моделей термоядерного оружия;

• распространение информации и компьютерных программ по физике термоядерных взрывов, поскольку в исследованиях, проводимых на большей части специализирующихся в этой области объектов, есть аспекты, не имеющие отношения к созданию оружия. (Например, астрофизические эксперименты будут проводиться на объекте NIF, эксперименты подобного рода осуществляются также на незасекреченных объектах в странах, не обладающих ядерным оружием, таких как Германия и Япония).

Официальные американские документы по планированию, разработанные в рамках Программы "поддержания" арсенала, показывают, что министерство энергетики намеревается сохранить и использовать возможности создания новых видов ядерного оружия. Совершенно ясно, что работающие на министерство энергетики ученые-исследователи будут проводить, по крайней мере, предварительные изыскания и разработки по чисто термоядерному оружию, как только будут собраны необходимые данные. Министерство энергетики мотивирует это тем, что иметь новейшие объекты необходимо не только для того, чтобы заинтересовать и удержать ученых, но и для того, чтобы дать им возможность применять их профессиональный опыт в сфере разработок оружия⁶. Необходимо отметить, что министерство энергетики отрицает тот факт, что в его планы входит разработка чисто термоядерного оружия. Однако научно-технические работы, которые проводит министерство энергетики, могут, тем не менее, привести к созданию такого оружия, так как они совместимы с НИОКР в области чисто термоядерного оружия.

Утверждается, что целью различных программ по термоядерным взрывам является поиск новых возможностей в области энергетики. Однако целесообразность создания устройств по выработке энергии должна быть доказана путем сравнения с другими подходами к решению проблем энергетики, особенно ввиду огромной стоимости таких устройств и большого количества времени, которое, по всей вероятности, потребуется для того, чтобы эти исследования принесли результаты (несколько десятилетий и более). Существуют гораздо более перспективные подходы к решению проблем энергетики, чем схемы ВТС⁷.

Являются ли исследования в области синтеза нарушением ДВЗЯИ?

Правомерность осуществления исследований в области синтеза, по условиям ДВЗЯИ, представляет собой сложный и пока не решенный вопрос. С ним связаны две основные проблемы: интерпретация текста договора и точное определение понятие "ядерный взрыв".

Положения ДВЗЯИ

Статья I Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний гласит, что:

1. Каждое государство-участник обязуется не производить любой испытательный взрыв ядерного оружия и любой другой ядерный взрыв, а также запретить и предотвращать любой такой ядерный взрыв в любом месте, находящемся под его юрисдикцией или контролем.
2. Каждое государство-участник обязуется далее воздерживаться от побуждения, поощрения или какого-либо участия в проведении любого испытательного взрыва ядерного оружия и любого другого ядерного взрыва.

Правительство Соединенных Штатов, как в своих предыдущих заявлениях, так и при представлении договора в сенат США для ратификации, заявляло, что эксперименты по ВТС не входят в сферу действия договора. Позиция США основывалась на интерпретации Договора о нераспространении ядерного оружия, в соответствии с которым запрещается использование "ядерных взрывных устройств" государствами, не обладающими ядерным оружием. Однако ДВЗЯИ ставит вопрос еще шире, вводя запрет на любые "ядерные взрывы", включая проведение "мирных ядерных взрывов" каким бы то ни было государством, и цель договора, таким образом, заключается в том, чтобы сдерживать развитие вооружений во всех странах.

В рамках переговоров по ДВЗЯИ велись обширные дискуссии по вопросу о разрешении некоторых видов атомных взрывов. Первоначально США хотели, чтобы ДВЗЯИ предусматривал возможность проведения гидроядерных испытаний с мощностью взрывов до четырех фунтов. Однако в 1995 г. они изменили данную позицию, отстаивая "нулевое" значение договора (формулу "нулевой мощности"), - именно тот вариант договора, который и был принят. К сожалению, понятие "нулевой мощности" не было точно определено, хотя в протоколе переговоров по вопросу о гидроядерных взрывах четко указано, что оно предполагает мощность намного ниже четырех фунтов в тротиловом эквиваленте. В итоге, государствам-участникам ДВЗЯИ не разрешается проводить гидроядерные опыты. Однако США и Россия полагают, что им, в соответствии с договором, разрешено продолжать "подкритичные испытания" с использованием как плутония, так и неядерных взрывчатых веществ, поскольку плутоний при этом не достигает уровня критичности.

Как показывают результаты нашего исследования, объекты NIF и LMJ, а также все другие объекты, предназначенные для разработки технологии термоядерных взрывов мощностью даже в несколько фунтов в тротиловом эквиваленте, являются нарушением режима ДВЗЯИ. Даже строительство этих объектов является незаконным, так как ДВЗЯИ предусматривает не только запрещение взрывов, но их предотвращение. Участникам договора также запрещено "организовывать, поощрять или в какой-либо форме участвовать" в осуществлении любых ядерных взрывов. Данные объекты предназначены как раз для организации ядерных взрывов. Только имеющее юридическую силу, постоянное и поддающееся проверке обязательство, в соответствии с условиями ДВЗЯИ, не применять тритий в качестве топлива на подобных установках могло бы сделать их строительство законным. Однако в этом случае эти установки станут бесполезными, поскольку их единственное предназначение состоит в том, чтобы добиться возгорания термоядерного топлива.

Определение "ядерного взрыва"

Для уточнения смысла Статьи I ДВЗЯИ требуется дать четкое определение понятия "ядерного взрыва". Несомненно, что ядерные взрывы, произведенные на сверхкритическом уровне, - хотя их мощность относительно мала, как и мощность всех современных ядерных боеприпасов, - являются нарушением договора. Но это еще не дает нам возможность установить конкретный порог мощности, при превышении которого другие виды ядерных реакций, например, "подкритичные", становятся незаконными. Таким образом, найти точное определение очень трудно.

Взрыв определяется такими параметрами, как общее количество высвобождаемой энергии, плотность энергии и время, в течение которого эта энергия выделяется. Время - это фактор, который, возможно, определить легче всего. Хотя точное время реакции при взрыве не определено, мы используем миллисекунду как оптимальную величину для того, чтобы отделить режим стационарного состояния от режима взрыва⁸. Так принято, поскольку предполагается, что все ядерные взрывы, которые могут иметь последствия с военной точки зрения, происходят намного быстрее, чем за одну миллисекунду. Для определения понятия "ядерного взрыва" требуются также другие физические критерии:

Критичность: Как мы уже отмечали выше, США использовали порог критичности для определения ядерных взрывов расщепляющихся материалов. В соответствии с этим определением, считается, что "подкритичные" испытания с использованием бризантных взрывчатых веществ и расщепляющихся материалов, проводимые на испытательном полигоне в Неваде, могут быть разрешены по условиям ДВЗЯИ.

Удельный выход энергии: В отчете 1987 г. Лаборатории Лос-Аламоса о моратории на испытания 1958-1961 гг. говорится, что "никогда не существовало официального определения понятия ядерного взрыва, но мы считаем оптимальным определение, основанное на критерии удельного выхода атомной энергии, сравнимого с удельным выходом энергии собственно бризантного взрывчатого вещества или превышающего его, т.е. около одной килокалории на грамм"⁹. Другими словами, выделение ядерной энергии в виде взрыва не является собственно взрывом, если только количество высвобождаемой энергии не больше, чем энергия, используемая для инициирования взрыва.

Возгорание: Другим критерием, чрезвычайно полезным для определения термоядерного взрыва, является возгорание. Оно было определено двумя различными способами:

1. Создание самораспространяющейся волны горения в топливной таблетке. Эта концепция в некоторой степени аналогична концепции критичности применительно к атомным взрывам¹⁰.

2. Усиление, равное единице. Иными словами, количество энергии, высвободившейся при реакции синтеза в топливной таблетке, равно или превышает количество энергии, переданное генератором¹¹.

Мы считаем, что минимально удовлетворительным, с точки зрения оценки соблюдения ДВЗЯИ, определением взрывов является определение их как реакций, при которых в системах ВТС достигается усиление, равное единице. Преимущество этого предложения состоит в том, что оно не ограничивается какой-либо конкретной технологией или произвольно взятым уровнем мощности, а основывается на сравнении количеств использованной и полученной энергии. Чтобы осуществление реакций синтеза не было нарушением договора, они должны сопровождаться выделением меньшего количества энергии, чем то, которое передано топливу от генератора. В этом случае не будут достигнуты условия, при которых можно научно доказать осуществимость чисто термоядерных взрывов.

Любое определение термоядерного взрыва, основанное на возгорании, оставило бы "лазейку" для разработки чисто термоядерного оружия, хотя оно и соответствовало бы букве ДВЗЯИ. Дело в том, что огромная исследовательская работа в области разработки вооружений может проводиться при усилении чуть ниже единицы - т.е., чуть ниже порога возгорания. Следовательно, было бы полезным установить иные ограничения, которые сдерживали бы разработку новых видов оружия. Два следующие ограничения были предложены экспертами, обладающими опытом в области ядерного оружия:

Ограничение Гарвина: Это предложение, выдвинутое Ричардом Гарвином, долгое время работавшим консультантом по проблемам ядерного оружия в различных правительственных учреждениях США, сводится к тому, чтобы выделение нейтронов должно быть ограничено 10¹⁴ нейтронов за одно испытание. Это соответствует взрыву 0,1 г бризантного взрывпочти достигнут при проведении экспериментов по синтезу с использованием магнитного поля (10¹³ нейтонов) и, по имеющимся сведениям, в ходе исследовательских работ с применением бризантных взрывчатых веществ в России (10¹⁴ нейтронов), с помощью этого ограничения можно было бы "заморозить" эту программу до тех пор, пока не будет полностью изучен вопрос о термоядерных экспериментах¹². В случае принятия этого предложения будут также ограничены, - но не запрещены, - испытания на объектах, подобных NIF.

Ограничение Киддера: Рэй Киддер, в прошлом ведущий специалист по проблемам оружия и один из пионеров в области исследований реакций синтеза с применением лазера, предлагает запретить использование трития в системах, запускаемых прямо или косвенно с помощью бризантных взрывчатых веществ. На объектах, где цель работ состоит в том, чтобы добиться возгорания или горения в топливных таблетках типа Д-Т, достижение этого результата в топливе вряд ли будет возможным без использования трития, поскольку осуществление за один запуск достаточного количества других реакций синтеза, например, реакции типа Д-Д, чрезвычайно затруднительно¹³. Компоненты, "запускаемые" с помощью бризантных взрывчатых веществ, по всей вероятности, будут иметь ключевое значение для уменьшения размеров устройств чистого синтеза, что является необходимым шагом на пути к созданию чисто термоядерного оружия. Именно поэтому предлагается ввести запрет на использование трития в сочетании с бризантными взрывчатыми веществами. Однако такой запрет никак не будет ограничивать исследования реакций, запускаемых с помощью лазера или ионного пучка, или даже плазменного шнура, используемого на объекте в Сандии, - каждый из которых может быть с успехом использован для разработки чисто термоядерного оружия. Устройство с плазменным шнуром также может быть уменьшено в размере и, таким образом, стать пригодным для создания оружия (см. "Объект Z-pinch").

Каждое из предлагаемых ограничений в отдельности оставляет значительные "лазейки". В сочетании же друг с другом они могут поставить надежный барьер на пути создания термоядерного оружия, в то же время позволяя некоторые виды исследований в области синтеза. Это позволило бы продолжить все исследовательские работы в области синтеза с исользованием магнитного поля, а также большую часть экспериментов на существующих лазерных объектах, таких как лазерная установка NOVA в лаборатории в Ливерморе. Однако многие новые или планируемые объекты станут тогда незаконными.

Заключение

Хотя результаты нашей технической оценки указывают на то, что деятельность на таких объектах, как NIF и Laser Megajoule, является нарушением ДВЗЯИ, официальной интерпретации положений ДВЗЯИ применительно к термоядерным взрывам до сих пор не существует. Поэтому США и другие страны продолжают подобную деятельность, исходя из того, что их планы соответствуют букве ДВЗЯИ. Необходимо, чтобы на конференции по рассмотрению действия ДВЗЯИ было дано официальное заключение, которое давало бы определение понятия "взрыва" применительно к целям договора и на основании этого определения ввело ограничения на проведение исследовательских работ. При этом нужно учитывать вышеизложенные факты, а также то, что целью ДВЗЯИ является сдерживание процесса создания новых видов оружия. Ясно, что интерпретация договора, которой ныне придерживаются США и некоторые другие государства, неприемлема. В соответствии с ней, взрывы, осуществляемые на объектах NIF и Laser Megajoule, вполне законны. Если такая интерпретация будет принята, проведение термоядерных взрывов никак не будет ограничено в рамках ДВЗЯИ, что может серьезно подорвать режим договора, с точки зрения долгосрочной перспективы, и, возможно, лишит его всякого смысла.

Объекты, подобные NIF, и эксперименты по синтезу с использованием магнитных полей создают угрозу режиму ДВЗЯИ и процессу разоружения в целом. Если возгорание будет достигнуто в лабораторных условиях, лаборатории по созданию оружия и министерство энергетики (или аналогичные им организации в других странах), вероятнее всего, будут настойчиво добиваться продолжения исследований и начала предварительных разработок по созданию оружия нового поколения (даже если цель при этом будет состоять всего лишь в том, чтобы разработчики сохранили свой профессиональный интерес и рабочие места). Если удастся добиться возгорания, эта деятельность получит широкую политическую поддержку и, скорее всего, будет щедро финансироваться.

Даже если оружие как таковое не будет создаваться, эта деятельность создаст серьезную угрозу режиму ДВЗЯИ со стороны различных сил как внутри, так и за пределами ядерных государств, ведущих такие разработки. С внутриполитической точки зрения, те же самые силы, которые могут добиться возобновления испытаний оружия нынешнего поколения, могут также добиться и проведения испытаний новых видов вооружений (в целях замены старых и, предположительно, менее безопасных и надежных видов оружия). С внешнеполитической точки зрения, сведения о том, что ядерные государства осуществляют деятельность по разработке нового термоядерного оружия, могут заставить другие государства рассматривать это как движение в сторону, противоположную процессу разоружения. На самом деле, как уже отмечалось неоднократно на страницах данного информационного бюллетеня, этот сценарий уже был воплощен в реальность в случае с ядерными испытаниями, проведенными Индией и Пакистаном.

Рекомендации

Цель нижеследующих рекомендаций, взятых в совокупности, состоит в том, чтобы предотвратить создание чисто термоядерного оружия:

• Возгорание топлива при реакции синтеза должно использоваться для определения понятия термоядерного взрыва при оценке соблюдения ДВЗЯИ. Это должно привести к запрету на проведение любых экспериментов с возгоранием, а также планирование или строительство любых объектов, предназначенных для того, чтобы добиться возгорания. Представляется, что это - минимум, необходимый для соблюдения положений ДВЗЯИ. Строительство объектов NIF и LMJ должно быть остановлено.

• Общее количество высвобождаемой энергии синтеза должно быть ограничено 1014 нейтронов за одно испытание (как предложено Ричардом Гарвином). Это позволит предотвратить попытки получения информации, имеющей отношение к созданию оружия, путем увеличения мощности механизма запуска и выхода энергии синтеза, оставаясь при этом ниже уровня возгорания.

• Должно быть запрещено применение трития во всех системах, в которых используются бризантные взрывчатые вещества (как предложено Рэем Киддером).