Гражданская оборона

АНАЛИЗ

 

Станислав Родионов, Институт космических исследований РАН, Российский Пагуошский комитет

 

 

За последние несколько лет в западных и отечественных средствах массовой информации появилось много сообщений о хищениях радиоактивных материалов, в том числе и делящихся веществ, с предприятий ядерного комплекса России. К сожалению, иногда создается впечатление, что такая информация используется для того, чтобы выставить Россию в качестве основного потенциального виновника массового распространения ядерного оружия по всему миру, которое если еще не произошло, то вот-вот наступит.

 

Без сомнения, пропажа заметных количеств высокообогащенного урана (ВОУ) или плутония является неординарным событием, и усилия мировой общественности были давно уже направлены на недопущение подобных фактов: для этого и было создано МАГАТЭ, хотя нельзя забывать об отдельных таинственных "пропажах" стратегического ядерного сырья в западных странах, коррелировавших во времени, например, с появлением израильского ядерного оружия.

 

Хотелось бы обратить внимание на некоторые научно-технические объективные факторы, которые связаны с возможностью предотвращения угрозы ядерного распространения и на которые, как нам кажется, не обращается внимания, сколь-либо сравнимого с ажиотажем по поводу якобы "разбазаривания российского ядерного потенциала". Чтобы избежать недоразумений, следует подчеркнуть, что обнаружение фактов "ядерных краж" на территории России и других стран и широкое оповещение российской и международной общественности об этих фактах сами по себе являются чрезвычайно важными (хотя подобная деятельность охватывает лишь один из многих аспектов ядерной безопасности).

 

1. Рассмотрим в первую очередь вопрос о пороге на количество ядерного материала, которое считается опасным с точки зрения создания эффективного взрывного ядерного устройства страной или группой лиц, не имеющих еще соответствующего опыта. Как известно, МАГАТЭ ввело понятие "значимого количества" ядерного вещества, совпадающего с подобным определением порога1. Важны количественные критерии МАГАТЭ: это восемь килограмм плутония любого изотопного состав (единственное условие - содержание Рu-238 не должно превышать восьмидесяти процентов), восемь килограмм U-233 и двадцать пять килограмм урана с обогащением по U-235 не ниже двадцати процентов. С другой стороны, известно, что одна из первых атомных бомб - "Толстяк", сброшенная на Нагасаки, содержала 6,1 кг оружейного плутония. В дальнейшем технология создания оружия подвергалась доработке, что привело к уменьшению в нем количества делящегося материала. Общепринято сейчас, например, использовать четыре килограмма плутония и десять-пятнадцать килограмм ВОУ в качестве оценки реального содержания делящихся веществ в боеголовке. Отмечается также, что реальная эффективность боеголовки зависит от ее конструкции и от уровня используемой технологии обжатия ядерной взрывчатки (это справедливо для устройств "имплозийного" типа, используемых повсеместно, а устройства "ствольного" типа, не требующие столь высокой технологии, могут работать только на ВОУ).

 

В связи с этим представляют интерес новые уточненные оценки минимальных количеств ядерной взрывчатки, требуемых для обеспечения заданной мощности взрыва. Эти цифры относятся к сферически симметричному сжатию (имплозии) ядерной взрывчатки с разной степенью сжатия (т.е. с разными уровнями технологии: Н - низкий, У - умеренно высокий, В - высокий), причем рассмотрено два типа взрывчатки: плутоний оружейного качества (ПОК) и ВОУ (см. таблицу 1).

 

Таблица 1:

За последнее время было предано гласности много информации о конкретных конструкциях ядерных устройств. Достаточно напомнить, что технические сведения об устройстве первой американской бомбы "Троица", полученные из архивов КГБ, опубликовали в журнале "Вопросы истории естествознания". Правда, тираж быстро конфисковали, но какое-то время материалы находились в свободном обращении. Поэтому следует признать, что для потенциального нарушителя режима ядерного нераспространения технология создания оружия является гораздо менее сложным препятствием по сравнению с проблемой получения нужного количества ядерной взрывчатки. Кроме того, не всегда потребуется оружие типа "Толстяка" с относительно высоким энерговыходом двадцать килотонн. Например, для террористов достаточно будет шантажировать мир угрозой взрыва всего лишь килотонной бомбы, а для этого в зависимости от используемой технологии потребуется не шесть, в только один-три кг плутония оружейного качества. Отсюда видно, насколько "значимые количества" МАГАТЭ отстают от реальных условий. А ведь эти пороги МАГАТЭ определяют требования к материальному учету делящихся материалов на всех ядерных предприятиях, которые находятся под международным контролем и к чувствительности детекторов в местах ввоза-вывоза материалов на границах охраняемых зон. Если будет принято предложение 2 о резком снижении порогов до значений в один килограмм для плутония любого изотопного состава и до трех килограмм урана (с обогащением по U-235 не ниже двадцати процентов), то потребуются значительные финансовые вложения со стороны мировой общественности как для перевода инспекционного потенциала МАГАТЭ (или новой организации подобного типа) на более высокий уровень, так и для обеспечения повседневной деятельности инспектората, который вырастет качественно и количественно. Не проще ли для Запада не ломать голову над новыми проблемами, а попытаться авансом свалить всю ответственность на Россию?

 

2. Но появилась еще одна проблема, которую не так-то просто локализовать в одной отдельно взятой стране. Речь идет о том, что плутоний реакторного качества оказывается пусть не столь удобным, но все же достаточно подходящим материалом для ядерной взрывчатки. Этот факт, вообще говоря не новый для специалистов, в последние годы стал достоянием широкой общественности, хотя на него не обращается столь много внимание, как на кражу нескольких грамм плутония. Напомним, что реакторный плутоний характеризуется повышенным содержанием изотопа Рu-240 (свыше двадцати процентов) и более тяжелых изотопов по сравнению с оружейным плутонием (пять-шесть процентов Рu-240). Изотоп Рu-240 имеет высокую нейтронную активность, которая приводит к значительной статистической неопределенности в предсказании мощности ядерного взрыва из-за высокой вероятности появления нейтронов и поджига реакции еще до того, как масса плутония при имплозии сожмется до оптимальной плотности. Даже с оружейным плутонием вероятность преждевременного подрыва ("хлопка"), во всяком случае, для первых бомб была не очень малой. Как отмечают очевидцы, это обстоятельство придало особую подспудную интригу испытанию первой советской атомной бомбы, когда Курчатову и его коллегам грозила расправа в случае "хлопка".

 

Более детальный анализ3 показал, впрочем, что мощность "хлопка" ограничена снизу значением порядка одной кт независимо от уровня технологии и содержания Рu-240. Ситуацию подытожил Карсон Марк - американский физик, проработавший директором теоретического отдела в Лос-Аламосской национальной лаборатории в период наибольшей активности по разработке и усовершенствованию ядерного оружия (1947-1972 гг.):

- Реакторный плутоний при любом уровне выгорания является потенциально взрывчатым веществом.

- Трудности при разработке эффективной конструкции самого прямолинейного типа с использованием реакторного плутония не существенно выше, чем при использовании оружейного плутония.

- Необходимость в защите против распространения и неправильного использования выделенного плутония фактически одинаково относится к плутонию любой чистоты.

 

Кстати, один из американских конструкторов ядерного оружия сообщил в частной беседе с автором, что испытал бомбу на Рu-240 (в действительности речь шла скорее всего о реакторном плутонии).

 

Большое внимание уделил проблеме реакторного плутония, как ядерной взрывчатки, Комитет по международной безопасности и контролю над вооружениями при Национальной академии наук США. Вот некоторые его выводы4:

 

- Даже если преждевременный поджиг произойдет в самый неподходящий момент, мощность взрыва даже относительно простого устройства будет порядка одной или нескольких килотонн. Радиус разрушения от килотонной бомбы все еще составляет около трети от соответствующей величины для бомбы в Нагасаки, что делает такую бомбу потенциально опасной. Какой бы ни была концентрация "неудобных" изотопов, мощность не станет меньше. Если использовать технологию более высокого уровня, можно создавать оружие из плутония реакторного качества с гарантированной более высокой мощностью.

- Для потенциального нарушителя режима распространения ядерного оружия вполне возможно изготовить ядерное взрывное устройство из плутония реакторного качества, причем простая конструкция обеспечит мощность от одной до нескольких килотонн, а более совершенная - еще более высокую мощность. Хищение выделенного плутония оружейного или реакторного качества представляет очень серьезный риск для безопасности.

- При оценках угроз безопасности следовало бы учитывать, кто именно пытается приобрести плутоний и использовать его для небезопасных целей. Для террористов не важна разница между оружейным и реакторным плутонием. Малые страны, в чьи арсеналы плутоний попадает впервые, предпочли бы иметь оружейный плутоний для своего оружия, если бы имели возможность выбора.

 

И, чтобы завершить изложение особенностей реакторного плутония, приведем в таблице 2 оценки его эффективной критической массы (с теми же обозначениями, что в таблице 1). Они соответствуют высказанному утверждению5, что значение этого параметра лежит где-то посредине между соответствующими величинами для оружейного плутония и оружейного урана.

 

Таблица 2:

Известно, что в настоящее время6 запасы реакторного плутония во всем мире превышают запасы плутония оружейного качества, по крайней мере, в четыре раза (причем по отношению к российскому оружейному плутонию этот показатель вдвое выше), а в дальнейшем его будет все больше и больше как в абсолютном, так и в относительном исчислении. Это означает, в частности, что основным источником потенциальной опасности утечки стратегических ядерных материалов следует считать не предприятия российского комплекса ядерного оружия, а атомные электростанции, разбросанные по всему миру и производящие реакторный плутоний (только в России пока сохранились три реактора, служащие источниками плутония оружейного качества, но срок их действия ограничен несколькими годами в соответствии с российскими обязательствами).

 

3. Следующая проблема может возникнуть в связи с возможностью сделать плутоний оружейного качества практически "невидимым" для пассивных радиационных детекторов, что резко усложнит контроль за обнаружением возможных хищений этого основного ядерного материала. Напомним, что плутониевые боеголовки обладают заметным нейтронным излучением, которое можно достаточно надежно заметить на расстоянии порядка сотни метров7. (Нейтронное излучение от боеголовки с ураном оружейного качества примерно в тридцать тысяч раз ниже.) Известно, что один кг плутония оружейного качества каждую секунду испускает около пятидесяти шести тысяч нейтронов, из которых пятьдесят пять тысяч приходится на Рu-240 и шестьсот десять на Рu-239, а остальные - на другие изотопы плутония (главным образом Рu-238 и Рu-242). Но в самом Рu-239 из 610 нейтронов только двадцать возникают из-за спонтанного деления, а остальные обязаны реакции (a,n), в основном, на ядрах кислорода, которого достаточно иметь в количествах порядка 0,2% по весу.

 

Как показывают оценки8, при мощности нейтронного излучения порядка 1000 с-1 обнаружение боеголовки находится на пределе возможного, а при понижении этой мощности еще на порядок величины становится вообще невозможным при помощи стандартных детекторов за относительно короткое время прохождения через контрольный пункт.

 

Понижение нейтронного излучения от плутониевой боеголовки до уровня в несколько сот с-1 потребовало бы снижения концентрации Рu-240 в 400-4000 раз, а Рu-238 и Рu-242 - в 20-200 раз. На один-два порядка величины следовало бы понизить и концентрации примесных легких элементов, ответственных за (a,n)-реакции. 

 

Очистка от нежелательных элементов достаточно проста, но очистка от нежелательных изотопов плутония сложна и, как часто утверждают, дорога. Требуемая степень очистки может быть достигнута методикой лазерного разделения в атомных парах. Например, запланированный в США завод разделения специальных изотопов (SIS) позволит при одном проходе через секцию лазерного разделения превратить плутоний реакторного качества в оружейный плутоний, понижая концентрацию Рu-240 в два-три раза, а концентрации других изотопов плутония в два-шесть раз9. Для требуемой степени очистки Рu-239 необходимо осуществить шесть-восемь прохождений через разделительную секцию, то есть стоимость Рu-239 высокой чистоты окажется в шесть-восемь раз выше стоимости плутония оружейного качества, получаемого на заводе SIS. Последняя величина семь лет тому назад оценивалась в двести тысяч долларов/кг, но были указаны реальные пути (в частности, повышение мощности лазера) для ее уменьшения. Из приведенных цифр видно, что цена велика, но не катастрофически.

 

Подобная процедура может быть осуществлена на предприятиях ядерного комплекса любой страны, где существует атомная энергетика. Совсем не исключено, что кое-где уже накоплен запас "чистых" плутониевых компонентов или определенного количества чистого изотопа Рu-239.

 

С технической точки зрения, для нейтрализации эффектов чистого Рu-239 потребовался бы повсеместный переход на "активные" методы контроля с применением нейтронных источников, которые будут индуцировать деление в плутонии и вызывать хорошо заметное нейтронное излучение (это характерно для контроля над любыми делящимися материалами). Подобная модернизация подразумевает дополнительные (и достаточно большие) расходы на создание значительного числа генераторов нейтронов и на подготовку квалифицированного персонала для их обслуживания. В рамках текущего международного контроля за ядерным нераспространением (т.е. в рамках МАГАТЭ) такая перспектива не кажется реальной, что снова заставляет думать о необходимости кардинальных реформ МАГАТЭ с резким увеличением финансового бремени на государства, реально заинтересованные в том, чтобы повысить ядерную безопасность во всем мире.

 

4. Свежи в памяти примеры долгих дискуссий относительно происхождения того или иного образца делящегося материала, отнятых у похитителей. Казалось бы, проблема не будет стоить выеденного яйца, если представители военных лабораторий стран-владельцев ядерного оружия предоставят международному контрольному органу (в рамках того же МАГАТЭ, например) сведения о характерных особенностях образцов своих стратегических ядерных материалов. Подобное предложение о "ядерных отпечатках" было сделано в свое время академиком В.И.Гольданским, причем подразумевалось, что эта информация будет носить конфиденциальный характер. Однако оно не вызвало никакой официальной реакции со стороны западных партнеров. Это не может не указывать на желание определенных кругов в других странах помешать прояснению ситуации и сохранить мутной воду, в которой остается надежда что-нибудь выловить.

 

 

Автор благодарит за поддержку Российский гуманитарный научный фонд (проект 94-06-19343).