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国际 | 朝鲜的核试之路

2018-06-11 12:54 来源:80后整理 网友评论 0

不顾国际社会的制裁与反对,朝鲜在2016年1月6日上午9时30分于丰溪里试验场进行了第四次地下核试验。朝鲜政府称这是一次小型试验用氢弹。由于测得当量与2013年核试验类似,都在万吨级水平,“氢弹”主张受到国际社会广泛质疑。朝鲜试爆的可能是什么核装置,其核弹武器化进展如何,核试道路又能走多远?

“氢弹”:并不准确的说法

在推测朝鲜核技术之前,我们有必要对核武器做一个简单的介绍:原子弹产生巨大能量的关键是在极短时间内使核材料的原子核分裂,分裂产生的中子撞击其他原子核,让更多原子核分裂,产生链式反应。能使链式反应持续不断进行下去的裂变物材料最小质量被称为临界质量。

现代核武器的基础是采用内爆法的纯裂变原子弹,即使用常规炸药,从外向内爆炸压缩核材料,用炸药的能量做功,把处于次临界状态(即不能产生裂变反应的状态)的核材料压缩到密度尽可能高的球形,在减少裂变材料用量的同时满足超临界状态。

随后,人们发明了助爆或加强型原子弹,即在裂变材料球体内制出一个空腔,往空腔内注入少量氚氘气体。在链式裂变反应产生的高温下,氚氘发生聚变反应,即两个原子核在极高温度下聚合成一个较重的原子核,产生大量高能中子,这些高能中子又大大加强了裂变反应。助爆型原子弹可以比同级别非助爆型原子弹当量大出5至10倍,但在整个爆炸威力中氚氘聚变所产生的爆炸当量只占约2%。加强型原子弹的当量大约在千吨至10万吨甚至更高。除了增强威力外,加强型原子弹的一大好处是,在同当量下可以继续降低核装置的尺寸与重量,减少珍贵的裂变材料用量,进一步提高小型化水平。

人们一般所称的氢弹,则是把原子弹(多为加强型原子弹)作为“扳机”或“初级”,以原子弹裂变的能量使“次级”或“第二级”产生氚氘聚变反应。由于聚变反应的必要条件是由裂变产生至少百万度的高温,因此这氢弹也被称为两级“热核”装置。氢弹的当量可以做到无限大,出于实战考虑一般在十几万到百万吨级,各国第一次氢弹试验的当量都在百万吨以上。

不少分析猜测,朝鲜此次声称的“试验型小型氢弹”其实是加强型原子弹。虽然爆炸威力仍远不及一般意义上的氢弹,但加强型原子弹有利于小型化、轻量化。通过调节氚氘气体用量,还能灵活掌握爆炸当量。

核武小型化与2016年核试验

2016 年之前,已经有不少军控学者认为,经过2006、2009和2013年的3次试验,朝鲜可能已经掌握了原子弹的小型化。有分析认为,经过数年的爆轰试验,朝鲜或许已经达到了类似美国60年代初的MK7或MK12原子弹(重700/450千克)的水平。朝鲜则已多次宣称掌握了核弹小型化技术。

在原子弹中,常规炸药占据了核装置的大部分重量。核武小型化的关键是优化设计,通过不断的爆轰试验提高裂变材料的“快速装配”精度,降低常规炸药用量。据卫星图像分析, 朝鲜自2000年起密集地展开爆轰试验。韩国韩联社则称朝鲜已经进行过约一百次爆轰实验。

巴基斯坦核弹之父卡迪尔汗在2004年对巴国政府表示,他与同事在拜访朝鲜时曾经参观过“完美”的核装置,并称朝鲜向他提供了电子快速起爆装置的制造技术。2005年,曾供职于监督核项目的第二经济委员会的脱北者在与韩国情报局会谈时称朝鲜正在开发500千克重的核装置。美国情报机构在1999年断言朝鲜在研制总重700千克左右的核装置。目前美情报界估计,2006年朝鲜第一次核试验当量很低,是因为它一开始试图实现核弹小型化,导致爆炸部分失败。朝鲜也自称在第一次核试验中只用了2千克的核材料,试图达到4000吨当量。

在讨论小型化时,人们往往忽略了在2010年5月12日朝鲜疑似进行的小当量核试验。当年5月,瑞典核物理学家 Lars-Erik De Geer发现,位于日本、俄罗斯、韩国等国的全面禁止核试验条约组织(CTBT)探测器探测到了包含钡-140、镧-140和铈-141 的气体。这3核素都是氙产生裂变后的产物,而只有核爆炸才能在数秒内把数量可观的氙从裂变材料钚或铀中提取出来。

在排除其他爆炸源可能后,De Geer认为朝鲜在当年5月进行了一次小当量核试验,并得出5月10日早8时至12日下午2时的试验时间窗口。他的发现得到了世界其他科学家的支持,但是,在地震学研究方面一直没有得到印证。直到2015年初,《地震物理研究通讯》发表了中国科学技术大学地震实验室博士研究生张淼和纽约州立大学石溪分校地球科学部温联星教授的论文,称根据吉林省境内距离可疑核爆炸点200千米范围内的7个地震监测点的数据,通过新的小型地震事件鉴别方法,确认 2010年5月朝鲜在当地时间5月12日早9时08分进行了小当量核试验,这正处于气体分析研究推断的时间窗口内,地震学当量约2.9吨。之后,美国从事核弹研发与实验、并在核试验与小当量核试验上颇有建树的劳伦劳伦斯·利弗摩尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的两位科学家也在2015年发表论文确认了中国地震学家的研究。

根据军控文件,数吨当量的核试验可帮助科学家设计 具有更大当量-质量比的纯裂变装置,使核弹小型化到足以被导弹搭载。正如劳伦斯·利弗摩尔国家实验室称:为了进行小型化设计,要编写出能够准确预测当量的公式。小当量试验有益于研发国修正这些公式。几吨当量比只有几磅当量的实验更容易进行并测量,核装置的构型也将更接近最终设计。此外,小当量试验也很容易逃过国际监测。由于没有官方或组织承认,2010年核试验要加上“疑似”两字,但只有丰溪里地下核试验才能解释同时段发生的核爆放射性气体溢出和爆心为丰溪里的人造地震波。

如果把2010年的小当量核试验加入讨论框架,2009年的第二次核试验中,朝鲜或许加大了核材料或常规炸药的用量,保证了装置能够炸响,但尚未达到小型化。因此,朝鲜在2010年5月进行了吨级的小当量核试验,使科学家们能够纠正他们预测当量的公式,继续探索小型化的路径。而2013年初的核试验中则实现了朝方宣称的“小型、轻量化与大威力”。

如果果真如此,那么朝鲜2016年1月的“氢弹”试验可能是一次加强型原子弹试验,提高了其核武器威力与小型化水平。毕竟,这次核试验已经离朝鲜第一次核试验相隔10年。在试验之前的数月,韩国官方与美国军控人士也一直在暗示加强型原子弹的可能。更令周边国家担忧的是,现代二级、三级热核武器(即一般所说的氢弹)的初级大都由加强型原子弹构成。

当然,朝鲜官方的“氢弹表态”也可能只是战略欺骗,事实则是2016年引爆的也是一颗纯裂变装置。不过,即便不计入2010年的疑似核试验,2016年之前,对朝鲜核武器发展的保守预期也是它只需要再进行一次核试验能完成核装置小型化。因此,经过2016年的核试验,对朝鲜最低的技术预期是已经掌握了纯裂变装置的小型化,中高等预期则是已经或部分掌握加强型原子弹技术。

2015年10月10日,平壤,朝鲜举行阅兵庆祝劳动党建党70周年,图为阅兵式上的弹头

朝鲜的核未来

即便受到国际制裁与孤立,朝鲜政府仍走拥核道路。从2006、2009(2010)、2013、2016年的试验时间来看,朝鲜每隔两到三年会进行一次核试验,这间隔性或许说明科研进展更可能是进行试验的决定性因素,而非外界猜测的世界时局。如果继续按此节奏进行核试验,平壤必将在核武上取得愈加深入的进展。一旦掌握加强型原子弹,研制两级或三级热核武器,即真正的“氢弹”,可能被提上日程。

不过,朝鲜进行大当量核试验的条件非常差,其核试验比其他国家初期的核试验当量要小很多,这和其有限的国土面积是分不开的。丰溪里核试验场离中国边境不远。在以往的核试验中,中国边境城市都感受到了明显震感,一些市民感到恐慌。2016年试验的震波也影响多个边境城市,不少单位紧急清空了人员,有学校操场被震出裂缝。增大核试验当量必然会对边境地区产生更大影响。同时,更大当量核试验对放射性气体的密封也提出更高要求,一旦放射性气体大规模溢出会引起周边国家的强烈反弹。

另外一个制约因素是,丰溪里的试验坑道都是平洞。一般认为平洞适合进行万吨TNT当量以下的试验,以往试验已接近平洞允许的最大当量。但即便改用竖井进行更大当量核试验,因为国土狭小,也面临着地质灾害风险。对裂变与助爆武器来说,当量较小的试验也能验证技术,甚至是掌握较高核技术的一表现。一般氢弹当量动辄几十上百万吨,要有非常高的技术才能把初次试验控制在一万吨水平。比如,中子弹是一强化辐射功能的小型氢弹,它的“初级”或“扳机”当 量只有几百吨,总当量一般在数千吨级,是技术难度最高的核武器之一。

为了彻底避免地质灾害与环境风险,或可进行高空导弹核武器试验,即把核导弹打向大洋并在高空引爆。但这激进的方式也会受到国际社会强烈反对。因此朝鲜领导层在权衡利弊、考虑两级热核武器的技术和试验难度后,也许会止步于加强型原子弹。这或许正是朝鲜大张旗鼓地宣传已经掌握氢弹技术的原因。

在核弹载具方面,朝鲜战略火箭军已确定服役的投掷能力最强的火箭是火星-7,它可以把约 700千克载荷投掷到约1500公里处,足够覆盖日本大部分地区、驻日美军基地和韩国全境。不少学者此前曾推测,经过多年研发,朝鲜可以把一个核弹头装在火星-7上。此外,朝鲜还在积极推进弹道导弹潜艇的发展,力图获得更为机动、隐蔽的导弹发射平台。

朝鲜称其研制“氢弹”的目的是对抗美国的军事威胁,也确实出了研发洲际导弹的潜力。仅从推力上说,2012年版的银河-3火箭有潜力把约700千克的载荷投掷到约距朝鲜8000公里的美国部分西岸地区。如以现有技术进行针对洲际导弹的优化,银河-3或有能力把约900千克或更重的载荷投掷到8000 千米处。投掷重量的增加,意味着核弹小型化和载入弹头研制难度的降低。

从卫星照片和信息看,朝鲜可能在研制火星-13型小型远程导弹和大型洲际导弹/重型运载火箭系统。这些火箭需要采用更高能量推进剂的新型发动机。这对依赖于性能较低的“飞毛腿”发动机科技的朝鲜来说,是一个很大的挑战。此外,平壤还需验证远程导弹弹头载入技术。有军控学者认为,即便不进行弹头载入试验,只要采用50年代的“钝体弹头”设计,也可使洲际导弹具备战斗力,只是这样的武器系统可靠性会很低。不进行全面验证进行部署确实是一个可能,在朝鲜导弹历史上也有过先例。但我猜测,如果执意研发远程导弹的话,测试载入弹头将是必不可少的环节。根据以往规律,朝鲜在核爆后会进行远程火箭试射。今后一段时间也将是新型火箭或银河-3(包括改进型)发射可能的窗口期。

2016年1月6日,平壤,朝鲜民众收看电视台关于第一枚氢弹成功试验的新闻报道

半岛无核化阻力巨大

随着核武器发展的深入,其开发的战略目的也在不断变化。当具备某些核武器研究生产要素时,可将其用做谈判砝码,获得政治妥协、安全保证或经济援助。这初级的核战略的缺点是,在经过几次后,收益开始递减,对手对谈判感到厌烦。

近年来,朝鲜的核武系统已经从外交砝码变成了一区域性威胁,甚至构成了对美国的(潜在)威胁。其核战略也相应进入了更高层面,即通过拥有若干核装置,并初步的投掷能力/潜力,显示发动核战争的可能,让相关强国相信局势严重恶化的可能,在危机爆发后进行调停,迫使韩国在武装冲突中保持克制。这战略的缺点是,它有着误判局势的可能,把平息冲突的希望寄托在大国的干预意愿上。

发展中的核计划说明,朝鲜的核战略或正向确保报复 (assured retaliation)和最低核威慑的方向进发,其终极目标是保证政权的外部军事安全。在此情况下,朝鲜至少需要小规模的、可用的核武库。此核战略灵活性不够,不能抵消人民军在常规军事冲突中的劣势。但由于难以在很短时间内清除所有核载具与弹头,即便朝鲜的核能力非常有限,对手在制定武力颠覆政权或强力统一计划时,都不得不考虑使用核武的可能。因此,确保报复战略可较为有效地保证对外军事安全。

二战后,核武器的目的不仅是使用,而且更多的是让对手相信自己在定条件下使用核武器的能力与意志。一旦国际社会相信朝鲜的“拥核”主张,将使地区局势更加复杂。这是相关与周边国家不愿看到的。

有观点认为,发展核武器是消耗巨大的非理性行为。但朝鲜有很强的不安全感,认为不发展导弹核武器,必须全面升级常规军事力量,对朝鲜这样的穷国来说这更是一个花钱的无底洞。以现代战争中至关重要的空军为例,假设有国家能够现代战斗机给平壤,三代战斗机的单机采购费用动辄好几千万美元。这还不包括全寿命期内的维修保养、航电升级、燃油消耗、导弹武器等耗材的采购和相关辅助设备和机的费用。为保持作战能力还要常年进行高质量的训练和从初级教练机开始的航校培训。即便投入巨资保持一支高素质的小型空军,在面对美韩联军强大的优势时,也会在开战的前几天内损耗殆尽。相比而言,核武器的研发反倒更加便宜,有高得多的效费比与威慑力。

目前看来,国际社会推动半岛的无核化阻力巨大。

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