Sådan afmonteres en atombombe:Team tester med succes ny metode til verifikation af våbenreduktion

Hvordan verificerer våbeninspektører, at en atombombe er blevet demonteret? Et foruroligende svar er:Det gør de ikke, for det meste. Når lande underskriver våbenreduktionspagter, de giver typisk ikke inspektører fuldstændig adgang til deres nukleare teknologier, af frygt for at give militære hemmeligheder væk.

I stedet, tidligere traktater om reduktion af våben fra USA og Rusland har opfordret til ødelæggelse af leveringssystemerne til nukleare sprænghoveder, såsom missiler og fly, men ikke selve sprænghovederne. For at overholde START-traktaten, for eksempel, USA skar vingerne af B-52 bombefly og efterlod dem i Arizonas ørken, hvor Rusland visuelt kunne bekræfte flyenes opdeling.

Det er en logisk tilgang, men ikke en perfekt. Oplagrede nukleare sprænghoveder kan muligvis ikke leveres i en krig, men de kan stadig blive stjålet, solgt, eller ved et uheld detoneret, med katastrofale konsekvenser for det menneskelige samfund.

"Der er et reelt behov for at foregribe den slags farlige scenarier og gå efter disse lagre, " siger Areg Danagoulian, en atomforsker fra MIT. "Og det betyder virkelig en verificeret demontering af selve våbnene."

Nu har MIT-forskere ledet af Danagoulian med succes testet en ny højteknologisk metode, der kunne hjælpe inspektører med at verificere ødelæggelsen af ​​atomvåben. Metoden bruger neutronstråler til at fastslå visse fakta om de pågældende sprænghoveder - og, afgørende, bruger et isotopfilter, der fysisk krypterer informationen i de målte data.

Et papir, der beskriver eksperimenterne, "Et fysisk kryptografisk sprænghovedverifikationssystem, der bruger neutroninducerede nukleare resonanser, " offentliggøres i dag i Naturkommunikation . Forfatterne er Danagoulian, som er Norman C. Rasmussen adjunkt i nuklear videnskab og teknik ved MIT, og kandidatstuderende Ezra Engel. Danagoulian er den tilsvarende forfatter.

High-stakes test

Eksperimentet bygger på tidligere teoretisk arbejde, af Danagoulian og andre medlemmer af hans forskningsgruppe, som sidste år udgav to artikler, der beskriver computersimuleringer af systemet. Testen fandt sted på Gaerttner Linear Accelerator (LINAC) Facility på campus ved Rensselaer Polytechnic Institute, ved hjælp af en 15 meter lang sektion af anlæggets neutronstrålelinje.

Atomsprænghoveder har et par egenskaber, der er centrale i eksperimentet. De har en tendens til at bruge særlige isotoper af plutonium - varianter af grundstoffet, der har forskellige antal neutroner. Og nukleare sprænghoveder har et karakteristisk rumligt arrangement af materialer.

Eksperimenterne bestod i at sende en vandret neutronstråle først gennem en proxy af sprænghovedet, derefter gennem et litiumfilter, der krypterer oplysningerne. Strålens signal blev derefter sendt til en glasdetektor, hvor en underskrift af dataene repræsenterer nogle af dets nøgleegenskaber, blev optaget. MIT-testene blev udført med molybdæn og wolfram, to metaller, der deler betydelige egenskaber med plutonium og fungerede som levedygtige fuldmagter for det.

Testen virker, først og fremmest, fordi neutronstrålen kan identificere den pågældende isotop.

"Ved lavenergiområdet, neutronernes interaktioner er ekstremt isotopspecifikke, " siger Danagoulian. "Så du laver en måling, hvor du har et isotopmærke, et signal, der selv indlejrer information om isotoper og geometri. Men du gør et ekstra trin, som fysisk krypterer det. "

Den fysiske kryptering af neutronstråleinformationen ændrer nogle af de nøjagtige detaljer, men tillader stadig forskere at registrere en tydelig signatur af objektet og derefter bruge det til at udføre objekt-til-objekt-sammenligninger. Denne ændring betyder, at et land kan underkaste sig testen uden at afsløre alle detaljer om, hvordan dets våben er konstrueret.

"Dette krypteringsfilter dækker grundlæggende over de iboende egenskaber af selve det faktiske klassificerede objekt, " forklarer Danagoulian.

Det ville også være muligt bare at sende neutronstrålen gennem sprænghovedet, registrere disse oplysninger, og derefter kryptere det på et computersystem. Men processen med fysisk kryptering er mere sikker, Danagoulian bemærker:"Du kunne, i princippet, gør det med computere, men computere er upålidelige. De kan blive hacket, mens fysikkens love er uforanderlige."

MIT-testene omfattede også kontrol for at sikre, at inspektører ikke kunne omdanne processen og dermed udlede, hvilke våbenoplysninger lande ønsker at holde hemmelige.

For at udføre en våbeninspektion, derefter, et værtsland ville præsentere et sprænghoved for våbeninspektører, som kunne køre neutronstråletesten på materialerne. Hvis den består mønstringen, de kunne også køre testen på hvert andet sprænghoved beregnet til destruktion, og sørg for, at datasignaturerne fra disse ekstra bomber matcher signaturen af ​​det originale sprænghoved.

Af denne grund, et land kunne ikke, sige, præsentere et rigtigt atomsprænghoved, der skal demonteres, men bamboozle inspektører med en række identiske udseende falske våben. Og selvom mange yderligere protokoller skulle arrangeres for at få hele processen til at fungere pålideligt, den nye metode balancerer plausibelt både offentliggørelse og hemmeligholdelse for de involverede parter.

Det menneskelige element

Danagoulian mener at sætte den nye metode igennem testfasen har været et vigtigt skridt fremad for hans forskerhold.

"Simuleringer fanger fysikken, men de fanger ikke systemustabiliteter, " siger Danagoulian. "Eksperimenter fanger hele verden."

I fremtiden, han vil gerne bygge en mindre skala version af testapparatet, en, der kun ville være 5 meter lang og kunne være mobil, til brug på alle våbensteder.

"Formålet med vores arbejde er at skabe disse koncepter, validere dem, bevise, at de virker gennem simuleringer og eksperimenter, og derefter få de nationale laboratorier til at bruge dem i deres sæt af verifikationsteknikker, " Danagoulian siger, med henvisning til videnskabsmænd fra det amerikanske energiministerium.

Danagoulian understreger også alvoren af ​​nedrustning af atomvåben. En lille klynge af flere moderne atomsprænghoveder, bemærker han, svarer til den destruktive kraft af enhver våben, der blev affyret i Anden Verdenskrig, herunder atombomberne, der blev kastet over Hiroshima og Nagasaki. USA og Rusland har omkring 13, 000 atomvåben mellem dem.

"Begrebet atomkrig er så stort, at det [normalt] ikke passer ind i den menneskelige hjerne, " siger Danagoulian. "Det er så skræmmende, så forfærdeligt, at folk lukker det ned."

I Danagoulians tilfælde, han understreger også, at i hans tilfælde, at blive forælder øgede i høj grad hans følelse af, at der er behov for handling i dette spørgsmål, og hjalp med at anspore det aktuelle forskningsprojekt.

"Det satte en hast i mit hoved, " siger Danagoulian. "Kan jeg bruge min viden og mine færdigheder og min træning i fysik til at gøre noget for samfundet og for mine børn? Dette er det menneskelige aspekt af værket. "