激光核聚变,是当前激光应用的一项重大前沿课题。利用脉冲强激光聚焦在可以进行核聚变的物质上,如果能使局部温度达到几千万摄氏度,就会引起核反应。这种实验如果。能获得成功,将开辟核聚变获取能量的新途径。
在这一领域中,中国走在世界的前列。
中国科学院上海光学精密机械研究所经过试验,完全证明了激光引发核聚变的能力。
在这次试验中,激光振荡器发出一束激光脉冲,以每秒30万千米的速度,顺利地打开“光门”,并分成两路冲进激光放大器系统。在不到百分之一秒的时间里,激光功率一下猛增了1亿倍。最后,两束功率各为1万亿瓦的激光脉冲同步到达真空靶室,经过精密光学系统会聚之后,准确击中直径只有01毫米的靶球,就在高功率激光击中靶球的一百亿分之一秒内,靶球温度从室温骤然升到一千万摄氏度以上,同时形成一千万个大气压以上的向心压力。这时靶球内由氢的两种同位素氘和氚组成的热核“燃料”便产生了核聚变反应,并释放出聚变核能。
1986年,中国建成了以钕玻璃为主体工作物质的强激光脉冲装置——“神光”装置,这是我国最大的高功率激光装置。
它的输出分两路,每路1000焦耳。脉冲时间为10-9秒,脉冲峰值功率可达1012瓦。具有世界先进水平。
“神光”装置的研制是一项大型综合性的科学工程,整个系统包括激光器、靶场、激光参数测试、能源、中心控制、实验室工作环境等14个分系统,有80多套高精度的仪器设备,涉及激光、光学、精密机械、光学材料、电子学与微机技术、超净工艺等众多的技术领域。这个装置内有15项新材料、新技术、新结构、新方法,是国内首次采用,多数指标达到国际水平。
我国激光核聚变的研究发展很快。1991年把“神光I”升级为“神光Ⅱ”,扩展基频能量为6000焦耳,三倍频率能量约为30000焦耳。目前已开始了三倍频率能量为40000焦耳的钕玻璃激光器“神光Ⅲ”的设计,计划2004年建成。
激光核聚变的发展,是衡量一个国家激光科技水平的标准。中国激光核聚变试验成功,并继续发展,前景广阔,可见中国在这一领域里已经走在世界的前列,为世界激光核聚变研究和发展提供了宝贵的经验。中国人将用激光核聚变这一高科技手段,为中国经济建设服务。
核试验转向
核军备控制领域的一个新的难题是,少数核大国已经从以往的核试验中掌握了大量数据和先进技术,从此可以更加隐蔽地将核武器试验从现场转入实验室。
例如,美国政府早在1993年11月就曾经指示有关部门制定一项“核武库管理计划”,该计划建议建立一批进行核试验的设施,以便在全面禁止核试验的情况下利用这些设施进行模拟试验,继续维持其核优势。
法国也为此作了相应的准备,建造了一座大功率的激光装置,以便今后的核试验能够进入实验室。
1997年7月,俄罗斯官员则表示,尽管经费不足,俄优先发展战略武器的计划仍进展顺利,21世纪俄罗斯仍将保持核大国地位,并且在这个月还从普列谢茨克航天发射场发射了一枚新型战略导弹。
这表明,原先的少数核大国,虽然表面言词冠冕堂皇,但核威慑力量决不会放弃,而且要继续完善。
早在1993年,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室主任就说过:“核试验要设法替代,但我们必须尽力把工作做好。”他们要求安装对武器部件进行非核试验的试验装置,以及能模仿核爆炸的超级计算机。他们甚至创造过一个新名词——虚拟爆炸。
美国的地下核试验分两类:一类是武器研制试验,爆炸新的核武器或者经过改进的核武器;另一类是“效应试验”,试验其他武器系统承受核爆炸辐射和热的能力。效应试验都是在试验场地下深处的水平隧道内进行的,在核武器和几百米或几千米外的地下试验站之间有真空管相连,核爆炸产生的辐射以光速传到试验站,被试验的物品——例如必须能在核战争期间继续运转的军用卫星的部件一就装在试验站中。相比之下,武器研制试验比较简单。这种试验则是在竖井中进行的,可能是为了试验一种武器的新部件,也可能是为了获取热核聚变的数据。这些数据必须赶在核爆炸摧毁仪器之前通过电缆传到地面上。
在美国里根和布什担任总统期间,美国国内反对核试验的压力就已逐渐增长,苏联解体后这种压力达到了顶点。克林顿1992年竞选总统时说,他支持全面禁止核试验,但他当政以后,其政府官员在禁止核试验问题上一直持不同的意见。
据说,他们主要的担心是,核武器储存的时间久了,由于诸如塑料和高效炸药等物质以及电子元件和其他部件受损,这些核武器可能会出毛病。为了使武器保持能用,美国就必须不断地检查储存武器的可靠性和安全性,并且还得保留一批骨干专家来分析问题和主持维修。因此,他们希望搞一些新的设施。
例如,他们特别想出资建造国家点火实验室,即巨大的激光聚变实验室。这些武器研究人员,希望提高对在核武器里使用的高效引爆器进行非核试验的能力。他们还希望获得更先进的高性能计算机,以便能精确地模仿核爆炸过程。到了1997年,美能源部宣布,它已经批准耗巨资建立一个激光中心,用于在不爆炸的情况下试验核武器。
政府方面说,需要用这套国家点火设备使美国既能保证核储备又不违反全球禁止核试验条约。它将用来模拟核弹头里的反应。
但是主张核裁军的人说,这套设备可能会带来比今天的核武器威力大得多的新一代核武器,使全面禁试条约的目标无法实现。
能源部说,这套设备将产生“相当于现有激光50倍的能量,并将首次在实验室的环境下生成接近太阳核心的物质状态。
尽管冷战已结束多年,但一份被公开的美国解密文件显示,美国仍在竭力开发新的核武器或修改现有核武器的设计。
这份来自能源部的文件是美国官方发展核武器的计划。文件透露,共有约25000人为这一高度机密的工业计划服务。这些实验室目前正在使用新的设计技术。其中对某些核弹头的工作包括逐步重新设计氢弹的核心部分一原子引爆装置。批评家指出,这文件表明政府正在破坏有关禁止大规模杀伤性武器开发的条约。
然而,有关政府当局则表示强烈反对,并坚持其工作是遵守国际公约的,能源部官员在接受媒体采访时否认了正在开发新武器的说法,表示文件中所说的工作只是将过时的设计现代化。此项工作的目标是延长核弹头的寿命,增加安全性和防御性,使新品种的武器能够投入使用,但武器的爆炸威力并没有增加。
可是,民间的保护自然资源组织不同意此说法,指出文件中所述的一些工作,明显意味着将增加核弹头的威力和准确性,使其能够深入到地下,以摧毁敌军的地下掩护体。一支由高技术设备和人员组成的队伍正在悄悄地进行热核武器的升级换代工作。
核爆炸新用
核爆炸最先在军事上应用,但核爆炸的研究不仅仅是为军事服务,更重要的是一种改造大自然的强有力的手段,将会长期地广泛地为人类的生存和发展服务。应该说,发展核爆炸的和平利用,才是我们研究这一领域的根本目的。
诺贝尔奖金的倡导人诺贝尔是新炸药的发明人,这一发明曾首先用于军事技术。但是,今天各种类型的炸药已广泛地应用于矿山、工厂、建筑等各生产领域,现代文明已很难离开炸药的使用。核爆炸是比炸药更为有效的经济的手段。当代核技术已很容易构造爆炸当量达几万吨;甚至几千万吨TNT的核爆炸。其成本只有化学爆炸的1/10或1/1000.
现在先说说核爆炸应用于采油工业等积极方面的问题。
石油系统的人都知道,开采石油必须加热加压,目前常规作业为钻井,靠油井产油。但是当前的钻井技术还达不到高的石油采取率,据统计,采油率指标平均达不到40%~50%,在油气矿床边缘仅为10%~15%,更不能开采天然碳氢化合物的结晶水化物及沥青矿床,而且即令目前世界上最先进的钻井采油技术也只能采取已查明油、气储量的25%。
美俄试验的核弹采油气技术,明显地改善了岩石钻井系统的工作指标,显著地增加了受激井的出油率,据来自采油公司和利物莫尔实验室的报告,前苏联1965年对其某些油藏区进行过核爆炸,之后15年在这些实验区多采出900万桶石油,占可采储量的9%,使采油率增加35%,原来认为只有6年的经济开采价值的油床到80年代初仍有生命力。
采用核弹开采油气技术,根据油气储藏的介质及地质构造条件,其爆炸深度可达4公里左右,爆炸当量为29~43千吨TNT。地下核爆后可形成以爆炸中心为圆心,半径为80~100米的多孔介质机械变的区,如果介质较为均心的话,则变的区可分为I,Ⅱ,Ⅲ区,其中I区半径为25~35米的中心区,区内发育着径向和切向大裂缝,富集交叉裂缝,使区内岩石状态不稳定,且流体传导性高、因此I区便成为一个容器,适用于离析进入的液体和气体,堆积液体和固体的悬浮物。
这种新型采油方法经济实用,已引起许多国家重视,特别是美俄。因为一次核爆炸投资约1000万美元,即使按1981年油价,当年所产油价值就为4900万美元,而当前为1亿美元,是成本的10倍,有极可观的因而目前世界各先进国家正在大力开展核弹采油技术的研究并运用于实践。
地下核爆炸还是扑灭井喷的十分有效的手段。某次在一地发生强烈的井喷,各种手段均不见效,最后决定采用地下核爆炸,果然一举成功。据俄罗斯专家介绍,这次井喷,是可能污染波及全世界的一次大井喷。在所喷气体中,有20%的硫化氢,如任其喷发一年,将远比切尔诺贝利核事故造成的危害更为严重。所以,即便从世界上最激烈反对核试验的绿党所持观点来看,他们也无法批评人们采取核爆炸的手段来制止井喷。至于消灭化学武器或生物武器,使用地下核爆炸将是最为经济而有效的惟一手段。
还有人设想,利用核武器防止小行星或慧星袭击地球的问题。在使用这种手段时,必须令核武器适当地钻入“天外来客”的表层中,才能获得必要的令轨道偏离的动量,但如果计算不准,反而会引发新问题。
再说说利用核爆破技术实施中国南水北调巨大工程的设想。
中国科技界正在关注由西藏的雅鲁藏布江调水于大西北的设想。因为中国是水资源分布严重不均衡的国家,面积占国土的47%的大西北,仅占有全国水资源的7%,这为大西北的开发造成了严重的困难。不仅人的生存要水,发展农业要水,尤其是发展工业更需要大量的水。
因此,中国一些地理学家,便提出由雅鲁藏布江调出200亿立方米水给南疆的设想。这一设想的基本思想是:在雅鲁藏布江的“大拐弯”处,修建拱共高坝,打通长达80公里的泄洪通道,建造一个其发电能力为长江三峡库区发电能力的2~4倍的发电站,再利用这一巨大的电力提水并输向大西北。
毫无疑问,这是跨世纪的规模巨大而又有很高经济效益的重大工程。其重要技术难题有:高坝的修建,隧洞的挖掘,运河的开凿等等,由于这一工程的土石方作业量特别巨大,而且又在“深山穷谷之中,人烟绝迹之地”,按照常规作业,不仅存在技术上不可克服的困难,而且还很难有效。但是,如果能在这一调水发电的重大工程方案中,使用核爆破的技术,那就不仅使这一设想得以经济地实现,而且还将提前付诸实施。
由于雅鲁藏布江是中国第三大江,年经流量高达1600亿立方米,这一巨额的水量流经印度到孟加拉,年年为这两个国家造成严重的水害。所以,由雅鲁藏布江发电调水,不但能为南亚各国提供丰富的电能,而且还将大幅度减轻印度和孟加拉的水灾。所以,这将是有利于中国和南亚各国的一个国际性的重大项目。如果能再进一步设想,多调200亿立方米的水于大西北,还将可以为哈萨克斯坦的干旱地区提供充足的水源。
由于核爆炸的和平利用和军事利用具有的不甚相同的要求,军事利用所最关注的指标,是单位重量的爆炸当量,亦即所设计的核弹头要小而轻,爆炸当量要大,以便增加运载工具的机动性和命中率。但是和平利用核爆炸却可以不计及核装置的重量,因而在理论设计上就有充分的余地,来大幅度减少甚而能完全避免放射性对环境的污染。现代核技术已完全能设计出足够干净的安全且不污染环境的核爆炸。
下面谈一谈关于核爆炸与地震发生的相关研究。
1994年一条令人震惊的消息是前苏联克格勃一位高级领导人向新闻界透露的。他在1988年被任命领导制定苏联科学院的秘密研究计划,即借助地下爆炸的热核弹来重创美国和加拿大。
从20世纪60年代起,苏联地震学家们发现他们每次进行地下核爆炸后,在随后的几天内就会产生地震。前苏联的一些科学家坚信:1988年破坏美洲,造成45万人丧命的那次地震是由3500公里以外苏联新地岛上的地下热核爆炸引起的。为了研究地下核爆炸的效力,苏联人曾在4周内先后进行32次地下核爆炸。早在80年代初,苏联国内的地质学家们就构思一项制造强度更大的核弹的计划,这种核弹能够使构造板块造成猛烈的挤压和冲撞。
地震决不会紧接着核爆炸发生,而是在隔了若干天后才会产生,这就能使肇事者在发生毁灭性地震和海啸情况时自称无罪。
尽管如此,科学家仍意识到将很难把核爆炸所产生的效力特定地引向一个假定的目标。在成功命中8000多公里以外的目标之前,还需要做很多的研究工作。
人们还观察到,在任何一次地下核爆炸之后,两个月的时间内爆炸中心周围20~30公里范围内,通常发生多次的地面颤动,这是因为核试验瞬间释放的巨大能量引起地壳能量的连锁应变。地下核爆炸实际上就是人造地震,爆炸强度与地震震级存在近似的对应关系,当量为10万吨TNT的核爆炸相当于里氏61级地震。
这还与爆炸地点的地壳构造有关。石板块边界地带和地壳运动活跃的区域,爆炸引起的地震在强度和频率上均有加强。1995年夏天法国不顾国际社会的反对,在南大平洋恢复了核试验,爆炸地点莫鲁亚环礁就连续发生了多次地震。这再次表明人造地震是可能的。
在战略家看来,核爆炸引起的地震比核武器的直接杀伤效果更有威胁性。核爆炸使一切都化为焦土,核辐射使广大土地长时间不能生长生命,征服这样的地区又有什么意义呢?相反,受到严格控制的地下核爆炸引发地震,目的在于造成对方社会混乱、指挥失灵、人群恐慌;这就为地面占领创造了条件。
在现有技术条件下,作为武器的地震还难以实战。技术难题在两个方面,一是核武器的布设,很难深入敌对国领土纵深进行打击;二是人造地震效果的滞后,就是地震并不一定在核爆炸后立即发生,从而使核打击失去突然性。
再一方面,据1997年报道的科学家们的计算结果认为,核爆炸所产生的全部能量直接作用于地震的不超过2%~3%。这就是说,想要人为地在潜在敌人的领土上引起5~6级地震,就需要进行30~50次核爆炸。这就自然而然地出现一个问题;是否值得付出这么多努力来进行研究和试验工作?在万不得已的情况下引爆一颗原子弹不更简单吗?
但是,人们从中看到了问题的另一好的方面,就是低烈度的地下核爆炸使地壳能量得以逐步释放,从而避免了强烈的大地震。最有说服力的例子是哈萨克斯坦的阿拉木图,这个城市曾分别发生过74级和80级的大地震,地震学家认为以后的年代强地震仍然会发生;然而几十年来只有一些中小地震,据认为原因就在于附近的一座核基地连续30年运转,大大降低了当地的地震强度。
新技术探索
科学技术的发展过程中,会遇到困难,发生曲折和反复,是正常的,不足为奇。
在这世纪之交,围绕法国“超凤凰快堆”的争诊即是一例。这是以中国神话一种从自己的灰烬中获得永生的鸟的名字来命名的核电站,早在10多年前就曾并入法国电力公司的电网,虽正常运转时间不长,但作为技术探索,提供的经验却是宝贵的。
目前在俄罗斯、日本、印度等就有8座快堆,即快中子增殖反堆正在正常运行。
快堆同其他反应堆一样,从原理上就排除了发生原子爆炸的可能性。当然,不应当否认现在快堆发电还存在一些技术问题,但是,只要重视,问题是可以解决的。从根本上讲;快堆不仅具有固有的安全性,而且具有很好的经济性。与热堆核电站相比,快堆核电站对核燃料的利用率高出了60~70倍,同时快堆还能焚烧掉长寿命放射性锕系元素。快堆核电站和热堆核电站能相辅相成地为人类提供安全、经济和洁净的电能。有远见的国家,是不会忽视对快堆核电开发的,例1995年,日本的装机容量为28万千瓦的快堆“文殊号”就成功地进行了发电、供电试验。因此,日本政府。1997年6月宣布,要继续推进其开发快堆和核燃料再循环计划。
到2050年,中国的能源缺口将达10亿吨标准煤。人们已经体会到人类大量使用碳基燃料已经成为环境污染的重要因素之一,加速发展包括快堆核电站在内的核电事业,是解决上述矛盾的重要途径之一。在快堆技术发展上,中国也给予了高度重视,各有关主管部门给予了有力的支持,在1987年将快堆技术研究纳入了国家“863”高技术计划,列为该计划能源领域的最大项目,并计划不久将建成热功率为65兆瓦、电功率约20兆瓦的快中子实验堆。
近10年来,世界快堆处在低潮,主要原因,是从20世纪70年代后期开始,世界经济发展速度减缓,能源和电力增长速度也随之减缓,热堆核电站的发展相应减缓,因此作为热堆核电站后续者的快堆事业的发展也受到制约。但是,各国快堆发展也不平衡,各国根据自己不同的国情采取了不同的政策。在西欧的“超凤凰快堆”时起时落的争论不休中,中国作为一个核大国,仍作出开展快堆起步工作的决策是正当的。
可以预期,今后相当长的时期人类仍将利用裂变能。
目前核能利用存在的主要问题有:
(1)资源利用率低。工业应用的是热中子反应堆核电站,虽其发电成本低于煤电,但它以铀-235为燃料,天然铀中占993%的铀-238无法利用。
(2)燃烧后的乏燃料中除铀-235及钚-239外,剩余的高放射性废液含大量“少数锕系核素”(MA)及“裂变产物核素”(PP),其中有一些半衰期长达百万年以上,成为危害生物周的潜在因素,其最终处理技术尚未完全解决。
(3)反应堆是临界系数大于1的无外源自持系统,其安全问题尚需不断监控及改进。
(4)核不扩散要求的约束,即核电站反应堆中生成的钚-239受控制。
这4个问题中,以前两者更具实际意义。
利用快中子增殖堆可以使天然铀中的铀-238转化为钚-239,成为裂变燃料。用钚-239或铀-235装料启动运行数十年后,此系统可以靠铀-238达到“自持”,铀资源利用率可提高60~70倍。这虽然有利于资源的利用,但另3个问题则面临更严峻的挑战。而且快中子增殖堆的初始装料,要以从热中子反应堆乏燃料中提取的大量工业钚库存为依托,如热堆电站未发展到相当的装机容量,快堆是不可能具工业应用规模的,而此时高放射性废液的库存已极大。对高放射性废液的处置方法,目前是将其固化,经包装后埋入稳定的岩层中。这种“后处理一固化一深埋”的处置方式虽然可行,但从长远看它耒解决泄人生物圈的问题。
因此,理想的核系统应是以天然铀(或贫化铀)作为反应堆的基本装料,并使它所产生的放射性废物在系统中被嬗变为短寿命(半衰期为几十年)或稳定的核素。使系统输出的废料是短寿命低放射性废物。这就是目前世界核科技界大力研究的充分利用铀资源且放射性“洁净”的核能系统。这一系统的物理及放射化学基础在于:
(1)利用中子核反应使不可裂变的核转化为可裂变核,并在系统中形成一个稳定的可裂变核供应储备。
(2)利用化学分离流程,提取高放射性废液中的MA及PP,回送到系统中,在一定条件下,MA成为附加的能量供应资源,而PP则吸收中子而嬗变成为稳定核或短寿命核,即所谓的分离一嬗变(P-T)法。
核科技界认为最有前途的放射性“洁净”核能系统将由中能强流质子加速器(1~15吉电子伏,数十毫安或更高流强)与次临界装置(热中子或快中子)相耦合,结合“原址”放射化学分离流程(在厂区就近处置,避免与外界环境接触)所构成,一般文献中称之为ADS(加速器驱动次临界装置)。它由中能质子在重核上散裂反应产生的“外源”中子,使次临界装置起动,在把非裂变核转换为裂变核的过程中,一方面倍增中子、输出能量,一方面留一定的中子贮备,以嬗变自生的或输入的MA或PP。次临界装置的临界系数095左右,系统靠“外源”中子启动,因此原则上当加速器停止运行时,次临界装置即“熄火”,无临界事故问题。向这个系统输入的主要是天然铀等非裂变装料,输出的是电能及短寿命低放射性废物。加速器所耗电能占系统所产生电能的一小部分。次临界装置中所产生的MA及PP经“原址”放射化学分离后,在适当的条件下,在系统中被嬗变,因此没有向生物圈扩散的问题。如果设计适当,这个系统可运行相当长的时间(例如5~10年)而不必换料,因此该系统可有高的负荷因子。
中国已建成具有世界水平的北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器和合肥国家同步辐射实验室三种粒子加速器,因此要建立中能流强质子加速器是具备足够技术力量的。
当然,放射性“洁净”核能系统还有些问题尚待继续研究。
下面再略述一下聚变堆问题。
俄罗斯等地的受控热核反应堆没有一个取得成功,有的科学家甚至提出出有的热核反应装置根本不可能在短期内实现持续产生聚变能的目标。有鉴于此,美,国国会1996年将用于核聚变研究的拨款减少了33%,美国核聚变专家小组根据资金情况建议,关闭耗资10亿美元的普林斯顿反应堆,把有限的经费投入计划中的国际热核实验反应堆中去。这个由美、俄、日和欧洲主要国家共同投入资金和技术建造的核聚变反应堆计划将在2050年建成,核聚变科学界将它看成是世界核聚变研究取得突破的新希望。
由于国际热核实验反应堆还只是纸上谈兵,所以普林斯顿反应堆的关闭表明人类50年的核聚变能梦想将面临一个“无法预知的未来”。
俄罗斯著名理论物理学家、核能部长米哈伊洛夫认为,核能技术的成功来自其课题的具体和目标的明确,而核聚变能源技术问题“总是模模糊糊”。他认为,核聚变能源将来肯定会出现,“但只有到22世纪才会出现”。
不过,米哈伊洛夫的这一看法和国际热核实验堆计划大相径庭。按照该计划委员会1996年夏天圣彼得堡会议的决定,1997年要确定这个实验堆的选址问题,2008年实验堆将建成,并开始运转,再过十几年将建设商业堆。担任该委员会主席的俄罗斯权威核物理学家、俄罗斯科学院前副院长维利霍夫1996年也曾再次预言,再过30~40年核聚变能源将成为现实。
无论如何,这项工作是要持之以恒开展下去的,因为它是解决人类未来能源的希望。
在中国,环流器实验技术实验室在核工业西南物理研究院于1997年通过了中国核工业总公司主持的验收。从而,中国第一个受控核聚变研究重点实验室即告建成。
核工业西南物理研究院1984年建成中国环流器一号,1995年建成中国环流器新一号以来,开展了大量研究工作,取得了大批科研成果。其等离子体电流、等离子体密度及温度、放电持续时间等参数,以及等离子体诊断技术、数据采集与处理能力和等离子体辅助加热技术等方面的综合能力均处于国际同类型同规模装置的先进行列。
空间核技术
空间技术与核技术是现代高技术的两大重要领域,而这两门技术的完美结合则是现代人类智慧的又——结晶。
核能源可以成为航天的动力。
自从1957年前苏联发射第一颗人造卫星以来,在宇宙空间,已有来自世界各国的4500颗卫星。至20世纪90年代中约有70颗卫星采用了同位素电池和核反应堆电源。美国于1965年4月发射的SNAP-10A卫星,虽只运行43天,却是世界上第一个利用核反应堆电源的卫星,这表明核反应堆电源是可以作为空间能源而加以利用的。
空间核反应堆能源的研究起步于美苏对峙的20世纪50年代。现在,从中国航天技术发展战略考虑,也只有空间反应堆电源才能满足航天事业发展的要求。
虽然各国都在积极发展空间核反应堆能源,但反应堆在使用中或在事故条件下是否对人造成危害?对地面或近地空间是否产生污染?是否会因发射、操作失误或失控而产生爆炸?
据文献记载,在美国发射的38个空间核电源中,共发生4起事故,但没有发生人身伤害后果。
前苏联的空间核能源发生了两起较大事故,但检测表明未造成放射性污染。
首先,对空间核能源应有使用评价。
与太阳电池-蓄电池组合电源不同,空间核能源与光照无关,可在强磁场和尘埃流等等恶劣环境下工作,适合于星际和深空探测。核电源具有抗辐射能力,适合机动飞行,可用于大功率、长寿命、低轨道的航天器。例如可作为多功能军用卫星和空间站电源。
空间核电源具有结构紧凑,造价低,寿命长的优点:一个电功率为100千瓦的空间核反应堆,堆的本体积仅为20余升。在造价方面,美国在大量试验的基础上估计,一个100千瓦的电力系统,采用核反应堆将比用太阳能节省约4/5的费用;法国曾对200千瓦系统进行比较,初次生产(包括研究开发费用)价格与太阳能系统相当,若重复生产,其价格只相当于大阳能系统的1/100.
空间核反应堆能源目前使用寿命目标为3~5年,计划21世纪初达到7~10年。
其次,再谈安全评价问题。
联合国和平利用空间科学技术委员会在1978年“宇宙-954事故”后,对原子能在空间的和平利用作过多次讨论。那次事故发生在1978年1月24日,前苏联军用卫星“宇宙-954号,因控制机构失灵坠人大气层,变成许多小碎片,散落在加拿大。
1992年,又进行了专门讨论,专家们认为只要采取下列措施,空间使用核能是安全的:
(1)卫星进入工作轨道前,反应堆不能启动;
(2)带核反应堆电源系统的卫星在低轨道使用时,必须有两套独立系统保证核电安全;
(3)反应堆的燃料除不能用钚-239外,其他浓度的核燃料未受限制。
前苏联在“宇宙-954事故”后进行了两年的研究,制定出一整套确保反应堆系统安全的措施:
(1)发射前任何情况下保证反应堆处于次临界(包括掉入水中、石油和沙漠中)状态;
(2)有两套独立的安全的工作系统保证核安全:当停堆(事故停堆或任务完成后停堆),能用电火箭将核电源推人高轨道;当此计划失败后,卫星掉到110~100公里时,由地面或仪表库单独发出指令,引爆核屯源,使核电源系统粉化,其可靠性为099995;当再一次失败时,卫星降到90公里时,空气的摩擦力将使核电源系统解体,燃料元件弹出,烧毁。保证掉到地球上粉尘的放射性活度极小,与地面本底差不多。
无论是美国还是俄罗斯,对反应堆的控制系统的设计都增加了安全性。
据美国和俄罗斯空间核反应堆的运行状况和安全分析结果,反应堆的主要危险来自于运载工具的飞行器本身非核电部分及反应堆冷却剂丧失事故。但即使发生事故,空间核反应堆的放射性污染不大,不会对环境造成超过允许剂量的污染。
有关空间核能源的另一个设想是,在月球建立能源基地。
美国科学家曾于1968年提出,在地球轨道上,发射巨大的太阳能电池卫星,利用它再将太空中获得的电力用微波送回地球。这一设想将在21世纪初成为现实。
日本材料科学技术振兴财团进一步提出了月面能源基地构思。根据这一设想,日本将于2010年,在月球表面上设置大型日镜对太阳光进行聚光,再由发电装置转换成电力,把所得电力变换成激光返回地球的输电装置。发电规模为500千瓦,地面接受其电力约1/10的50千瓦,这是第一阶段。
2020年以后为第二阶段,计划在月面设置发电规模为400000千瓦的原子反应堆,以静止轨道上的长中继卫星为中介,向具有150米抛物线聚光镜的地面接受电力基地供应激光,激光强度设想为3~5千瓦/平方米,可获得约6000千瓦电力,届时还将验证太空发电对环境和氧气的影响。
第三阶段定于2050年时实施,届时将在月面建立1000个100000千瓦的长期反应堆,可利用月球上的铀资源,实行发电,地面可获得20000千瓦/个的电力,共计20000000千瓦总电力。
第四阶段为2100年以后,再由核发电向太阳能发电转移,从而建立永久性的能源供应基地。
人类的智慧是无穷的,核能的前景永远是光明的。
交换核情报
美国和俄罗斯已于1995年互相提供有关各自的核武器库规模和组成情况的秘密资料。
这种交换在这之前是没有的。以前要是双方中任何一方的官员交换这种资料,那就会被判处长期徒刑。
美国关于秘密交换核武器资料的详细建议是1994年12月由副总统戈尔在莫斯科提出来的。以后双方的机构在华盛顿广泛讨论了这一建议。
根据这项建议,美国和俄罗斯军事官员将交换详细说明各方自1945年以来已制造多少弹头的资料,包括逐项列出各类导弹的数目。
这种交换包括一份清单,说明在两国正式履行里根政府和布什政府在任期间达成的武器协议之后,已经退役或预定要退役的弹头数目。
两国还要说出他们贮存可用于制造核武器的多余的裂变材料,但是他们不会透露武器存放的具体地点,也不会透露有关武器设计的任何情况。
为了完成这种交换,美国政府于1994年劝告国会修改1954年的原子能法,以便俄罗斯能够第一次得到保密的核资料,华盛顿以前只同英国、法国和德国这样一些亲密盟国秘密交换保密的核资料。
据美国官员们说,交换情报的目的是要帮助两国首都建立互相信任,相信他们的军方机构正在执行公布的拆除数千枚弹头的计划并确保从这些武器上取下的裂变材料不会落人未经授权的人手中。
那么,核武器是如何拆卸的呢?
潘特克斯是美国能源部一个高度保密的设施。此为美核武器拆卸中心。它因位于得克萨斯州锅柄状的狭长地区而得名。潘特克斯有近3000名雇员,过去负责组装核武器,现在主要负责拆卸核武器。
由于美苏军备竞赛终于结束,竞争者正在制订拆除核武库的计划。但并不见得很快哙终止核武器所引起的混乱局面。冷战国家在生产武器的竞赛中,放射性物质和有毒化学物质污染了土地、空气和水。据估计前苏联有高达15%的领土不适宜于人类居住。预计美国净化工作需要用数十年时间,并将至少耗资2000亿美元。此外,今后几年拆卸武器还会增加高浓缩铀和钚的存量。
美国能源部在过去的数十年里拆卸了约5万件武器。并非所有的武器都退役。有些武器拆开来进行测试。然后再重新组装起来。另外一些武器则改装成新武器。
武器是由警卫人员押运的装甲卡车运抵潘特克斯后储存在掩体里的。工作人员对武器进行检查,分成分装件,最后分解成多个零部件供再利用或销毁。工作人员把化学炸药和放射性物质分开。然后把武器中的钚核储存起来。
潘特克斯拥有每年拆卸大约2000件武器的能力。按照这个速度,该工厂很快将用完钚核的储存空间。因为这些钚核不再送出去用来制造新炸弹核心。现在已提出的建议是允许潘特克斯扩大钚核的储存空间,钚核将“暂存”在厂区6~10年。在那以后,可能把钚核迁往另一个储存点。
较大的危险发生在运输中。过去是用“白色列车”,现在则由70辆专用装甲卡车组成的车队,全副武装的卫兵押运。
用卡车运往潘特克斯的炸弹、弹头和炮弹送到一个叫4区的区域,暂时储存在由钢筋混凝土建成的“圈顶工事”掩体内。上面覆盖着厚厚的土层;然后送到有8个“隔舱”——屏蔽严密的大房间。墙壁是由2英尺厚的混凝土层中间夹着15英尺的土组成,人口处有1100磅重的门保护。地面上铺的是涂料屑片与聚氨基甲酸乙酯混合在一起形成的一种海绵状物质,这种物质一般不会引起炸药爆炸。
技术人员在其中的一个隔舱内操作一台大功率的X射线机。武器放在一个大转台上。通过屏幕可以检测武器瑕疵。
经X射线检查之后,武器便进入一个组装拆卸隔舱。在这个强化加固的舱内,工作人员把武器拆成分装件。例如,空军和海军飞机运载的B-61万能炸弹被拆成4个部分:头锥、装有放射性物质的中心部分、打开保险部分以及装有降落伞的尾部。
工作人员拆卸武器需用1天到3周不等的时间。然后把头锥送到堪萨斯城能源部的一个工厂;装有放射性物质和化学炸药的部分称为“物理组件”,另作专门处理;余下部分送回其他设施或“销毁”,以保护保密的设计信息。从要销毁的零部件上回收黄金和贵金属。
从武器上拆卸下来的钚核放在支架上,安装在钢容器内。将容器储存在潘特克斯60个圆顶工事的18个圆顶内,其余42个供储存武器用。
钚积存在潘特克斯的最终命运如何,五角大楼和能源部并不急于为他们储存的钚寻找一个长眠处,因为公众抗议很可能会限制政府重新使用制造可裂变物质工厂的能力。
对核弹头的运载工具如何处置呢?
不妨看看俄罗斯的情况。
众所周知,由于签署了第一阶段和第二阶段进攻性战略武器条约,俄罗斯应该在2003年以前同乌克兰和哈萨克斯坦一起削减并销毁约1200枚陆基导弹。还应销毁数百枚按计划应予削减的或使用保障期已到的潜艇弹道导弹。销毁这些导弹会对周围环境造成不良影响。对生态安全构成威胁的主要成分,是液体和固体的核燃料以及核弹头。
同时,属于销毁之列的导弹90%以上用的是液体燃料。其中使用氮四价元素作为氧化剂,该元素经过简单的化学加工可变成在化学生产中普遍使用的硝酸,尤其常用于化肥生产。作为燃料使用的剧毒物质庚基化合物的情况更为复杂,这种物质会造成人体神经麻痹或窒息。在这一点上,庚基化合物近似化学毒剂,它在水中的可溶性强,能够深入土壤,可以长久地保持自己的毒性。
目前在液体火箭中,燃料箱里还保存有成千上万吨剧毒的庚基化合物。问题随之而出:怎么处理?有三种有效处理庚基化合物的途径:按其直接用途使用,制造其他有益物质或销毁。利用其直接用途的建议是:安全保存期内的导弹的某些部分,可以用于向轨道发射各种用途的人造卫星。比如说,目前广泛使用于发射卫星的运载火箭“质子”的发动机就是靠庚基化合物工作的。
有效利用庚基化合物的第二种用途,包括对庚基化合物进行中和、解毒和转为安全的化学物质。但研究显示,中和庚基化合物的化学方法,尚未解决。
在抽出液体燃料火箭的燃料后,为了分解火箭外壳,须预先把它从发射井中运走,运到专门的工厂。要用热蒸汽彻底清除燃料箱和输送管道中的剩余燃料。同时,形成的所谓生产污水,还需进行再处理。
最近研制出了使生产污水变为无害物质的辐射化学方法。其显著特点是不会污染环境。使固体火箭燃料变废为宝,也是重要的科学技术问题。实际上这种燃料是带有某些能提高其动力性能并改善其物理、化学性质的添加剂的特种火药。在分解固体火箭时,机械性破坏(不引爆)和从火箭外壳里取出燃料是相当复杂而且危险的时刻。
最后,我们再来看一看炸毁导弹发射井的盛况。
中亚草原被巨大的爆炸声所震撼。前苏联时代设置在哈萨克斯坦的洲际弹道导弹SS-18的发射井和地下司令部,在高性能炸药的爆炸声中陆续被毁掉。这是根据第一阶段削减战略武器条约采取的具体步骤,炸毁发射井和地下司令部,同拆卸、运输和销毁核弹头与导弹一起,形成了冷战善后处理事宜的基础。
战格斯托贝地处作为前苏联最大的核试验场而遐迩闻名的塞米巴拉金斯克以南180公里。周围被寂静的大草原环抱,能够听到的只有鸟鸣和苍蝇的嗡嗡声。
1995年6月15日下午1时,对面的山丘上升起了红色信号弹。此后不久,在距离800米远的地方火焰冲天,火焰逐步向周围蔓延,一股股像蘑菇云那样的黑烟腾空而起。
地面出现了震荡。随着巨大的轰鸣声,圆盘一样的东西飞向天空,碎片雨点般地落下来。白烟柱升向200米高的上空,在空中飘舞。
炸毁在冷战时代为了与美国对峙而设置的洲际弹道导弹的发射井,转瞬之间便告结束。
看似圆盘飞舞的东西,原本是发射井五角形的钢掩装置。重量为120吨。旁边深40米的发射井遗迹,宛如突然张开了大口。
破坏一个发射井,需要使用约2吨的高性能炸药。士兵把缆绳系在身上,下到6米深的地方,把炸药放在6个地方。
在扩充军备的时代,战略火箭部队军官是前苏联军队尖子中的尖子。战略火箭部队管理的发射井设计得极为牢固,它能够经得起发射高热和敌人的轰炸。然而,时下他们的使命是研究发射井的结构,寻找其弱点,并通过自己的双手将其炸毁,使之不能使用。
引爆前,战略火箭部队一位师级大校对人们说:“请诸位好好看一看,花费30年时光才建成的体系是怎样毁于一瞬的。”
第二天,即1995年6月16日,虽然不允许人们参观地下司令部钓具体配置。但他们介绍,在各个团的地下司令部里,曾配有发射核导弹的钥匙,有值班军官坐在那里。涉及军队机密的装置,事先已全部拆走,与前一天一样,爆炸也是在瞬间完成的。
在销毁发射井之前,从导弹上拆下了核弹头,运送到俄罗斯。一座发射井要取出几十吨的毒性很强的液体燃料,运往哈萨克斯坦的拜克努尔宇航基地和俄罗斯。
导弹本身全部运往俄罗斯,在工厂内拆卸。
军事基地关闭。往昔,这座基地住着14万名军人及其家属,面积4平方公里。军人已经撤走,如今只剩下少部分人。
铀的同位素
铀有三种同位素,铀-234、铀-235和铀-238.
铀-235同位素是连锁反应极佳的原料。它很难得到,仅占铀材料的百分之一,甚至更少。
铀的另一种同位素是铀-234,它仅以极微弱的数量显现出来。因而,99%以上的铀是重同位素——铀-238.它有92个质子和146个中子。
让人遗憾的是,它像潮湿的纸一样。中子冲进铀-238的原子核后,就停在那里不动了。
当然,这并不是坏事,“天生我才必有用”。它还有着别的用途。只不过是,它不能让原子火焰“永照”。
那么,有没有别的元素或同位素能起作用呢?
有的!有一种名叫钚的元素,可以说是优良的原子燃料。
钚从原子核看,有94个质子和145个中子。
打个比方说,如果把铀-238放在原子灶上用中子来“烹调”它,就可以得到钚。
当中子冲击铀-238的原子核,并被“缠”在其中时,我们将得到一个有92个质子和147个中子的新的铀同位素。它的中子太多,所以是一个很不稳定的核子。不过,它不破碎。反之,它很快开始瓦解。其中一个中子会神奇地转变为质子,因而,会突然地从原子核中射出一个电子。
这样,我们就有了一个名叫镎的新元素,它有着93个质子和146个中子。但是,这个原子核仍然相当虚弱。有一个中子转变为质子,而冒出一个电子。这样一来,我们就得到了钚。
建核坟墓
俄罗斯总共需要拆卸的核弹头约18~2万枚。
必须考虑到,核弹头是有着非常巨大的潜在危险的东西,会对人和周围环境构成严重威胁。因此,存在一个规则:拆卸每一种弹头都应在它的生产厂家进行,并且要由安装弹头的专家们亲自拆卸。据美国专家估计,拆卸每一个弹头的费用因它的复杂性不同而定,从3万美元到15万美元不等。
大量拆卸核弹头会引起科技问题、经济问题以及与裂变核物质有关的生态问题。目前拆卸核火箭的一个薄弱环节就是要建设现代化的专门用于安全存放高浓缩铀和钚的仓库。
为保障核及生态安全,从弹头拆卸下来的由铀或钚构成的5~8公斤部件,都要放进专门的金属盒保存。同样,这些金属盒将放人充满惰性气体和某些防护物质的密封钢容器。这些容器应保存在位于地下深层的专门仓库里,仓库必须装备多套保卫、防御和消防系统,并要保持最佳的温度和湿度。
据估计,俄罗斯或美国的所有核弹头里总计约有100吨钚和500吨高浓缩铀。
在科技计划中,通过下列方法有效利用高浓缩铀的途径相对比较简单:把铀的浓度稀释加工到3%~4%铀-235;并用它制成核电站所需的释热元件。俄罗斯和美国之间签署了关于向美国出售500吨适合核电站使用的俄罗斯军用铀。
处理军用钚的问题更加复杂。目前无论是美国还是俄罗斯,在有效利用和消除钚的方面,都没有掌握生态上安全、经济上可承受的工艺。由于钚是剧毒品,而且它的半衰期长(24万年),处理钚的难度就更大了。2~3克的钚在1平方公里的面积上扩散,就会使当地居民的生活在未来几千年受到不良影响。
另一个问题是作为战略武器的核潜艇用的动力反应堆。
前苏联海军从20世纪60年代初开始大量装备核潜艇,使前苏联成为世界上拥有核潜艇最多的国家之一。冷战结束后,绝大多数前苏联的核潜艇由俄罗斯继承。不过,此时落到俄罗斯手里的核潜艇其核威慑战略作用所剩无几。
因为前苏联当时只求在数量上取得压倒优势而仓促发展的第一、二代核潜艇,无论是性能还是质量,都不敢恭维,再经过几十年的风吹浪打,海水侵蚀,已经大多陈旧不堪,已到了非淘汰不可的地步。据俄罗斯海军知情人士透露,俄罗斯太平洋舰队已有大批老式核潜艇领取了“退休证”,停靠在俄罗斯远东地区的波斯特瓦亚湾。由于旷日持久地停靠在港湾内,又没有资金和人力进行维修保养,这些核潜艇从外壳到主体构件大多发生破坏性锈蚀。核潜艇的心脏——核反应堆,虽然没有直接浸在海水中,但也锈蚀得十分严重。为了防止核反应堆引起核泄漏,俄海军专家向这些核反应堆里注入了大量强力防腐剂,以减缓锈蚀。但谁都清楚,这种治标不治本的缓兵之计是无法彻底解决问题的。
几十年前核潜艇刚刚问世时,前苏联和美国的核潜艇专家们设计的处理退役核潜艇的方案几乎完全一致:将废旧核潜艇整个沉到大洋深处了事。但随着科技进步,人类环保意识日益增强,将废旧核潜艇沉没海底的方案已行不通了。
俄罗斯海军在波斯特瓦亚湾旁边建造了一座拥有成套大型技术设备的专业化核潜艇拆船厂。在这儿,废旧核“心脏”是这样被摘除的:专业工人先卸下核反应堆外部的活动钢板,再拆下核反应堆调控装置的防辐射外壳,然后将原先进行核反应的复杂的管路拆下,小心地装进专用防辐射装载缸里。最后再把装载缸移到早已停靠在核潜艇一侧的修理船上的贮藏库里,并运到专门堆放核废料的地下埋藏点永久存放,或称”核坟场”。
被摘除了“心脏”的废旧核潜艇的“尸体”被运到另外一座工厂。在这里,庞大的艇体被切割成若干部分,然后把拆下来的各种有用金属、橡胶等加以回收利用。据统计,平均一艘核潜艇可拆下300吨橡胶,而拆下来的钢铁,如制成钢板则可装满两列火车。可见,废旧核潜艇的利用,其经济效益是明显的,从保护生态环境上讲,其意义也是很大的。
但这种“理论”上的“良性回收利用法”却令财政上捉襟见肘的俄罗斯海军部门徒呼奈何。
事实证明了拆卸和消除核潜艇放射性污染的工作规模。目前已有150艘核动力船、舰闲置在港口。根据第一阶段和第二阶段的进攻性战略武器条约,到21世纪初,这些船舰的数量将达到200艘,其中包括150艘核潜艇。每艘舰艇上有1~2个核反应堆。现有的处理设备,每年只能有效解决2~3艘核潜艇。
分解并取出反应舱、清除已用过的反应燃料并运往加工、存放地等作业,从生态角度看是最复杂的作业。为了保障运输安全,特别设计了专门的火车厢,里面装着带有释热的容器。这样的车厢和容器,可以保障在发生事故、火灾和破坏活动时的安全。
由于缺乏足够的仓库,俄罗斯暂时不能完全放弃把核潜艇的一些核废料留在海洋底部的做法。
这样,最后的下策是建核坟墓。
例如,俄罗斯海军专家已经决定,为1989年沉于挪威北部、躺在1600米深公海海底的淤泥中的俄“共青团员”号核潜艇,建造一个特殊的“坟墓”,以防舰艇内的放射性物质辐射出来。造墓用的是能够吸收钚的特殊材料。
俄民防、紧急情况和消除自然灾害后果部的一位官员说,用水下机器人建成这个墓大约需要1个月的时间。他说,艇内核反应堆是安全的,没有放射现象发生。100年后反应堆自然熄灭。
寻找新出路
在早先的非市场经济国家,宏观管理体制及“罕转民”的运行机制较差。先以中国为例。
中国在20世纪50~60年代,逐步形成了一套科技管理体制。当时,需要研究什么项目,几乎就成立什么部院。此后,又成为国家一个个独立的产业部门。例如,为实施原子能原子弹工程(当时称“596工程”),中国建立了第二机械工业部;为实施火箭导弹航天工程,中国建立了第七机械工业部。需要研究什么学科或课题就成立什么研究所或研究室。例如,二机部北京401研究所(对外称中国科学院原子能研究所,即今中国原子能科学研究院),101研究室是反应堆实验室;201研究室,是加速器实验室。每个部、所、室,都是一个庞大的机构;例如,二机部有30万职工队伍,5万科技人员;401所且不说在“文革”以前,就是将放射性同位素应用、放射生物与放射医学、堆工程、受控热核反应以及高能物理等部分先后分出以后,在20世纪70年代,该所主要研究领域还有核物理、放射化学与放射化工、堆科学以及同位素制备等,共有21个研究室,连家属及临时工在内超过10000人。每个研究所都已形成了相当的规模,并牢牢地扎根于所在地区,“割据”成一大块独立的自然经济式的科学城区,构成了一个“小社会”。必须指出,像401这样的院所,在我国并非凤毛麟角,中央各部委及中国科学院约有1000家(750所高等院校不算在内)。长期以来,他
中国的这种管理体制是模仿前苏联而逐步形成的。因此,中国和苏联解体后的俄罗斯等国,当今天面临经济转轨时,在核工业等领域首先就有一个如何寻找出路的问题。
俄罗斯有座城市叫谢韦尔斯克,但人们在地图上却无法找到它。它的占地面积不小,直径达数十公里,人口约10万。街道、广场、住宅、工业区……都呈封闭状。到处是哨兵、警卫、巡逻犬、警戒线。进入该市的一切车辆、行人及物品都要接受严格检查。
这座城市笼罩着浓厚的神秘色彩。这简直是座与世隔绝的城市。
谢韦尔斯克的秘密不久前才逐渐被披露,可以公开说出它的位置,离托木斯克大约半小时的路程。它于1954年建成,城内有西伯利亚化工联合工厂,该工厂的主要产品是用于制造核武器的钚,即原子弹“芯”。这就是这座城市的秘密所在。
这里的一切都编成了代码,没有真正的名字。
昔日,通过铁路把谢韦尔斯克生产的钚运到另外一座秘密的城市阿尔扎马斯,在这里制造原子弹,订货单源源不断。生产线年复一年地运转,为国家制造核武器。
谢韦尔斯克的工厂目前处在半停产状态。钚的订货量只剩下原来很小的一部分。现在也不再把钚运往任何地方了,直接贮藏在仓库里。这里贮存的钚足可以数次毁灭地球。
是美国人“挽救”了这座城市,他们决定向这里购买原子弹“芯”。于是,传送带现在开始反向工作:阿尔扎马斯不断地向谢韦尔斯克运送原子弹。在谢韦尔斯克工厂的一个专门车间里拆卸这些原子弹,从中提取钚。想要进入这车间必须经过原子能工业部长的许可。
工厂要对钚进行“稀释”,使其成为核电站可以利用的普通燃料。美国人购买钚的目的就在于此。
美国人的合同签了30年,他们要购买500吨昂贵的燃料,谢韦尔斯克因此能够定期发工资,而且没有遣散专家。大家现在都能相当平静地看待未来。
现在整个俄罗斯都发生了变化,这里同样也受到了影响。过去要花2个月时间才能办妥进入该市的许可证,现在只须不到一周。但进入该市依然需要办理一系列手续。
俄罗斯的另一个核秘密城市则有着另一番景象。
位于莫斯科以东400公里的莫尔多维亚森林中有一个叫阿尔扎马斯-16的禁区,这就是近50年来,俄罗斯联邦的主要核武器设计中心。
在3号试验场的四周修建了6米高的土堤,土堤外又种植了高大的松树和白桦树。多次的核爆炸就在这里进行。前苏联第一颗原子弹就是在阿尔扎马斯-16设计的;世界最大当量为1亿吨的氢弹也在此设计,并于1961年在此进行了爆炸试验。前苏联第一枚洲际弹道导弹弹头和第一枚弹头分导重返大气层运载工具,也都诞生在这里。
前苏联氢弹计划创始人之一安德烈·萨哈罗夫曾在这里工作过20年。全俄罗斯约有3000名脑子里装有核武器设计思想的科学家,其中有一半是在阿尔扎马斯;另一半是在车里雅宾斯克。
被称为“阿尔扎马斯-16”的区域有10万居民,因为有不少犹太核科学家,因而又被称作“新耶路撒冷”。这是俄罗斯10个绝密城市中最神秘的一个,也是俄罗斯军界、工业界集团的主要堡垒。
建设阿尔扎马斯-16的工作是从1946年开始的,
那里本是俄罗斯的一个叫做萨罗瓦的小镇。到1949年夏天,他们已经制造出一颗准备在塞米巴拉金斯克试验的原子弹。
当年在阿尔扎马斯-16工作的物理学家们认为,如果试验失败,他们几乎肯定会受到严厉惩罚。他们的担心是正确的。
20世纪90年代公开的档案披露,当时的苏联领导人之一的贝利亚已拟好了一份如果原子弹试验失败,将被处决或监禁的主要物理学家的名单。但是原子弹爆炸成功了,这些物理学家全都得到了勋章。
前苏联科学家们知道怎样保守秘密。整个20世纪70年代,阿尔扎马斯-16城所有居民的证件上都是用同一个地址:莫斯科十月大地街1号36号楼。那只是莫斯科的一座普通的公寓楼。后来,当那里的居民得知曾有10万人“居住”在他们的楼里后都大吃一惊。
实际上,阿尔扎马斯-16城里的杰出科学家都住在宽敞的别墅里。城里最漂亮的一座别墅是为著名物理学家萨哈罗夫建造的。不过他拒绝住进去。
这里的居民住在铁丝网后面。所有安全措施都像是在国境线上,地上撒了沙子以显示脚印,边界哨兵配备着冲锋枪和军犬,日夜守卫着这个国中之国。
过去几年俄罗斯发生了翻天覆地的巨变,而阿尔扎马斯-16城却依然如故。
这样,阿尔扎马斯-16的处境就很困难了;到了1993年,阿尔扎马斯-16城的居民有3个月拿不到工资。他们聚集在市体育馆,扬言要罢工。后来在政府答应支付部分欠款后,才避免了工作人员的这场罢工。有的科学家说:“太让人难过了,我觉得我们成了我们国家不需要的人了。”另外一些人则盼望有朝一日权威物理学家能比列车员挣得多。
冷战结束后,俄罗斯经济出现衰退,严重地威胁着阿尔扎马斯的生存,居住在这里的10万居民要重新寻求出路。
后来阿尔扎马斯和美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国立实验室谈判,同意联手共同进行核合作研究。在3号试验场进行了首次爆炸装置起爆试验,结果证明,俄罗斯拥有最好的爆炸装置,而美国拥有最好的监测设备。双方已进行了18次联合实验。据报道,20世90年代中期,洛斯阿拉莫斯实验室和美国能源部所属的其他实验室已提供阿尔扎马斯每年运营经费的10%,约500万美元,双方合作的领域是反应堆安全和清除污染等技术。
由于双方合作顺利,使阿尔扎马斯许多核武器专家能安心留下来。
拥有9500名造诣较高的科学家和工程师的阿尔扎马斯市,环境优美,自然条件独特。近年来,除与美国合作外,也在“军转民”上寻找出路,其“军转民”产品已占总产值的10%~15%,这个比例今后计划要提高到50%以上。
作为威慑力量的核武器,过去,它已经为寻求和平,沟通人类感情和国家之间的理解,并为保卫世界和平作出了贡献。目前,正在从它至高无上的全盛时期跌落下来。
带有放射性的核能正在人类社会生活中寻找新的位置。但核能无论定位如何,其价值将是永恒的,由于其蕴藏的巨大能量,今后它将为造福人类立新功。
就中国而言:
第一颗原子弹爆炸成功后的几天,周恩来总理就询问有关河西走廊上空放射性烟云的情况。正是在周恩来总理的关,心下,我国早在1964年,就考虑到核试验从大气层转向地下发展的趋势,制定了平洞、竖井试验场的各种方案。
国家卫生部1975年组织大批医务工作者对敦煌、酒泉等地区进行了大规模的居民健康调查。调查结果显示,中国进行有限的核试验至今没有发现对居民健康有不利的影响。卫生部的实测数据还表明,全球性的放射性污染,主要是由于当时的苏联与美国进行核爆炸引起的。他们两家的核试验造成的核污染占总污染量的90%以上。
20世纪60年代,有一次核试验前,投弹飞机正在准备起飞。国务院的会议厅里,周总理仔细询问了核爆炸云的走向,当他确信放射性烟云的下风不可能到达某国上空时,他才批准了核爆炸试验。
强烈的责任感、历史感和忧患意识萦绕在中国核决策人员的心头。
1986年,国际和平年。这年春天,中国政府宣布:中国已多年未进行大气层核试验,今后也将不再进行大气层核试验。秋天,人们在第一颗原子弹爆炸中心竖起一块花岗岩纪念碑。
蘑菇云从罗布泊上空消失了。大漠深处,当年大气层核试验的指挥部变成一堆废墟,驻扎过试验大军的营盘成了黄羊的乐园。
有人曾发出这样的感慨:如果当初我们不搞原子弹、氢弹、导弹,而把那些人力、物力用来建造高层公寓和立交桥,用来制造汽车和家电,岂不更好?
中国的政治家及军事科学家们是这样回答的:
“这当然是美好的愿望。可是如果我们没有原子弹、氢弹,没有火箭,卫星,我们能有今天的地位吗?我们能有这样一个和平安宁的环境来搞建设吗?”
是的,昨天,为了不再任人欺凌,为了国家的独立、主权和尊严,我们铸造起和平盾牌;今天,为早日实现最终消除核武器的崇高目标,中国向世界宣告:暂停核试验。
现在,世界进入了一个新的格局,世纪之交的最大的挑战是经济和科技的挑战。
中国改革开放以来,特别是确立社会主义市场经济体制以后,国防科技工业最先感受到现实涌来的时代大潮。长期处于神秘状态的核技术已经撩开了面纱,和船舶、航空、航天工业一样走向民间。
核电的光明正在走进寻常百姓家。中国已形成从核电科研、设计、试验,到各种大型设备加工制造、施工、安装、调试等完整的核电体系。
核技术在农业上的应用,每年为国家增产粮食40亿公斤。核技术应用于医学,也在中国得到发展,现在全国每年接受核医学治疗的病人达400万人次。
作为在核领域中耕耘的广大科技人员,也正在从“造原子弹的不如卖茶叶蛋”的困境中走出来。
中国的核能及核技术正在转向。
核武器中的“弹芯”,可以让它变成蘑菇云,危害人与生物圈;但是,经过稀释加工后,也可以让它向人类输送电力,造福于社会,原子弹里能够飞出“核凤凰”。