如何验证核弹头已拆除

翻译：sadaharu
原文：https://phys.org/news/2019-09-dismantle-nuclear-team-successfully-method.html

核武器核查人员如何验证核弹已被拆除?一个令人不安的答案是:在大多数情况下，他们不验证。当国家间签署核武器削减协议时，因为担心泄露军事机密，他们通常不会允许核查人员完全接触他们的核技术或者进入核施设。

相反，过去的美俄武器削减条约要求摧毁导弹和飞机等核弹头的运载系统，而不是核弹头本身。例如，为了遵守《削减战略武器条约》，美国切断了B-52轰炸机的机翼，并将其留在亚利桑那州沙漠，俄罗斯可以在那里目视确认飞机被肢解。

这是一个合乎逻辑的方法，但并不完美。储存的核弹头可能无法在战争中交付(这还只是表面上如此)，但它们仍有可能被偷、出售或意外引爆，给人类社会带来灾难性后果。

麻省理工学院(MIT)核科学家阿雷格·达纳古利安(Areg Danagoulian)表示:“我们确实有必要立即对这些危险的情况下手。必须要核查这些武器本身已拆除。”

现在，由Danagoulian领导的麻省理工学院研究人员成功测试了一种新的高科技方法，可以帮助核查人员核实核武器的销毁情况。该方法使用中子束来确定有关弹头的某些信息，其中关键的是，使用同位素过滤器对测量数据中的信息进行物理加密。

《自然通讯》(Nature Communications)杂志发表了详细介绍该实验的论文《经物理加密的中子核共振反应弹头验证系统》，作者正是麻省理工学院核科学与工程助理教授Danagoulian和研究生Ezra Engel。

高风险测试

这个实验建立在Danagoulian和他的研究小组的其他成员之前的理论工作的基础上，他们去年发表了两篇详细描述该系统计算机模拟的论文。测试在伦斯勒理工学院的Gaerttner线性加速器(LINAC)设施中进行，并使用了该设施中15米长的中子束发射器。

实验的关键因素是核弹头的几个特性。其一核弹头倾向于使用钚的特定同位素。此外核弹头的材料有独特的空间布局。

实验包括先发射水平中子束通过一个弹头，然后通过一个锂过滤器以打乱信息(以进行加密)，然后光束信号被发送到一个玻璃探测器，在那里记录代表弹头一些关键特性的特征数据。麻省理工学院的测试使用了钼和钨，这两种金属与钚具有重要的特性，是钚的可行替代品(钚是核武器中的常用核材料)。

测试之所以有效，首先是因为中子束可以识别出异常的同位素。

“中子在低能区内，在不同能级只与特定的同位素发生中子反应，”Danagoulian说。“通过上面的步骤你相当于已经用一个同位素标签(本身包含有同位素和核武器的几何形状信息的信号)来做这个测量了，但你还要做一个额外的步骤，对它进行物理加密。”

中子束信息的物理加密改变了一些确切的细节信息，但仍然允许科学家记录物体的独特特征，然后用它来进行物体之间的比较。这一改变意味着一个国家可以在不泄露其武器制造细节的情况下接受测试。

“这种加密过滤器基本上掩盖了被检测对象本身的内在属性(非核相关的属性)，”Danagoulian解释说。

也可以只发送中子束穿过弹头，记录所有信息，然后在计算机系统上加密(过滤掉非核相关的信息)。但物理加密的过程更安全，Danagoulian指出:“原则上，你可以用电脑来加密，但电脑是不可靠的。它们可以被黑，而物理定律是不可改变的。”

麻省理工学院的试验还包括检查以确保核查人员不能对这一过程进行逆向工程，以免推断出各国希望保密的武器信息。

为了进行武器检查，东道国将把一枚弹头交给武器检查人员，由他们对材料进行中子束试验。如果测试合格，他们也可以在其他用于摧毁的弹头上进行测试，并确保这些名义上已摧毁的弹头的数据特征与真实弹头的特征相匹配。

出于这个原因，一个国家一般不会拿出一枚真正的核弹头来拆除，而是会用一系列看上去一模一样的假武器来迷惑核查人员。因此新方法似乎能平衡有关各方必要的披露要求和必要的保密需求，虽然必须安排许多额外的协议，以使整个过程可靠地运行。

人类的因素

Danagoulian认为，对他的研究团队来说，将这种新方法付诸测试(来验证该方法的可用性)是向前迈出的重要一步。

Danagoulian说:“计算机模拟能够捕捉到物理现象，但不能捕捉到系统的不稳定性，实验才能真实捕捉到整个世界。”

在未来，他希望建造一个更小尺寸的测试设备，一个只有5米长，可以移动的，用于所有武器地点的测试设备。

Danagoulian说，“我们工作的目的是创造这些概念，验证它们，通过模拟和实验证明它们是有效的，然后让国家实验室在他们的一套验证技术中使用它们，”这是对美国能源部的科学家们喊话。

达纳古利安还强调了核裁军的严重性。他指出，几枚现代核弹头的威力，相当于二战中所有武器(包括投在广岛和长崎的原子弹)的破坏力。而美国和俄罗斯总共拥有约1.3万枚核武器。

“核战争的概念太大了，它(通常)不适合人类的大脑，”Danagoulian说。“这太令人恐惧了，太恐怖了，人们的大脑选择不去想象他们。”

在Danagoulian的案例中，他还强调，在他的案例中，成为父母极大地增强了他关于这个问题亟需付诸行动的信念，并帮助推动了当前的研究项目。

“这让我感到紧迫，”达纳古利安说。“我能运用我的知识、技能和我在物理学方面的训练，为社会和我的孩子做些什么吗?或许这项工作对全人类都是有意义的。”