Table of Contents

Грядущий сдвиг: как новые технологии обогащения меняют глобальную ядерную безопасность

Устойчивая эволюция технологии ядерного обогащения является не просто техническим вопросом для инженеров и физиков. Она представляет собой фундаментальный вызов договорам, нормам и оценкам разведки, которые лежат в основе глобальных усилий по нераспространению в течение полувека. По мере того, как обогащение урана-235 становится дешевле, быстрее и труднее обнаруживать, стратегические расчеты как для ядерных государств, так и для стремящихся к этому государств меняются. Политики должны теперь бороться с миром, где барьер для производства оружейного материала ниже, чем когда-либо, даже когда международное сообщество пытается адаптировать свои механизмы проверки и контроля над вооружениями к этой новой реальности.

Основы обогащения: почему технологии имеют значение

В своей основе ядерное обогащение представляет собой процесс увеличения доли расщепляющегося изотопа урана-235 , превышающего его естественный уровень примерно на 0,7%. Для гражданской ядерной энергетики обогащение обычно останавливается на уровне 3-5% U-235 ; для военно-морских силовых установок и исследовательских реакторов оно может достигать 20% (высокообогащенный уран, или ВОУ. , когда концентрация превышает 20%, материал считается пригодным для использования в качестве оружия , и более 90% он считается оружейным. Технология, используемая для достижения этой концентрации исторически — газовые центрифуги — была хорошо понята, дорогостояща для разработки и относительно медленна. Что более важно, центрифужные каскады требуют больших объектов с отличительными особенностями, такими как вибрационные сигнатуры, конкретные схемы энергопотребления и наблюдаемые системы охлаждения. Эти характеристики сделали их восприимчивыми к обнаружению спутниковыми снимками

Новые технологии обогащения коренным образом изменяют ландшафт обнаружения. Делая обогащение возможным в небольших, более тихих и легко затененных объектах, они подрывают уверенность в том, что инспекторы могут идентифицировать скрытые программы, прежде чем они произведут значительные количества расщепляющегося материала.

Новые технологии обогащения

Лазерное обогащение: революция SILEX

Наиболее преобразующей недавней разработкой является лазерное разделение изотопов , в частности, процесс разделения изотопов лазерным возбуждением (SILEX). Первоначально разработанный в Австралии и позже коммерциализированный компанией Global Laser Enrichment (дочерняя компания Silex Systems) в Соединенных Штатах, SILEX использует настроенные лазеры для селективно ионизации атомов урана-235 в потоке гексафторидного газа урана. Затем ионизированные атомы собираются электромагнитно, оставляя нежелательный Уран-238 позади.

Ключевым преимуществом лазерного обогащения является его значительно меньший инвентарь — количество урана, присутствующего в каскаде обогащения в любой момент времени. Центрифугальный каскад может содержать несколько тысяч килограммов газа; система SILEX может потребовать всего несколько сотен килограммов. Это не только снижает капитальные затраты, но и радикально уменьшает площадь объекта. Лазерный обогатительный завод может теоретически поместиться внутри склада или даже морского контейнера, работающего в почти безмолвии и с потреблением энергии, сравнимым с небольшой фабрикой, а не с электрической нагрузкой городского масштаба. США, Япония и некоторые европейские страны активно исследуют и внедряют эту технологию, но ее фундаментальные принципы не являются неотъемлемой собственностью. По мере распространения знаний риск распространения возрастает.

Передовые дизайны центрифуг

Даже без лазерного обогащения ускоряются усовершенствования в традиционной технологии газовых центрифуг. Следующее поколение центрифуг, таких как конструкция IR-8 в Иране и новые модели, производимые Urenco в Европе, работают с гораздо более высокими скоростями вращения - до 70 000 оборотов в минуту или более - достигая сепаративных рабочих единиц (SWU) на машину, которая в несколько раз выше, чем старые модели. Эти машины могут производить уран оружейного класса менее чем за год, когда они расположены в каскаде из нескольких сотен единиц. Компактный характер этих современных центрифуг позволяет их группировать в меньших залах, потенциально уменьшая наблюдаемую подпись. Более того, современные материалы, такие как композиты из углеродного волокна, делают роторы легче, сильнее и более устойчивыми к саботажу - такие как атака Stuxnet, которая повредила центрифуги первого поколения Ирана. Чистый эффект заключается в том, что определенный пролифератор теперь может производить значительное количество ВОУ в гораздо более короткие сроки, с гораздо меньшей инфраструктурой, чем это было возможно двадцать лет назад.

Электромагнитные и химические методы пересмотрены

Хотя не новые, улучшенные варианты более старых методов также представляют риски. Калутроны и процессы химического обмена были возрождены в некоторых государственных программах, потому что они не требуют высокоточной инженерии центрифуг. Например, Северная Корея, как полагают, использовала комбинацию центрифуг и старых методов электромагнитного разделения. Эти методы потребляют огромное количество электроэнергии и производят менее чистый продукт, но они могут быть построены с менее специализированным промышленным оборудованием, что делает их привлекательными для программы аварий. Проблема распространения здесь заключается в том, что государство может построить несколько небольших, малоэффективных линий обогащения параллельно, производя достаточное количество ВОУ для одного устройства, избегая при этом необходимости в большом, обнаруживаемом центре.

Последствия для глобальной безопасности

Крах доверия к обнаружению

Наибольшая угроза, создаваемая новыми технологиями обогащения, заключается в подрыве доверия к обнаружению. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) в значительной степени опирается на комбинацию спутниковых снимков, отбора проб окружающей среды, доступа к записям объектов и проверок с коротким уведомлением. Небольшая защищенная установка для лазерного обогащения может быть скрыта в пределах законного промышленного объекта - химического завода, металлообрабатывающего цеха или даже склада на военной базе. Образцы отбора проб окружающей среды изменятся: старые центрифуги будут выделять следовые количества гексафторида урана в окружающую почву и воду; лазерные системы, которые работают при более низком давлении и с меньшим количеством отходов, могут испускать гораздо меньше обнаруживаемых подписей. МАГАТЭ потребуется разработать совершенно новые методологии мониторинга, такие как развертывание газовых анализаторов в режиме реального времени или размещение датчиков, защищенных от подделок, на ключевом оборудовании, но сами эти меры требуют сотрудничества с принимающим государством, от которого, вероятно, откажутся распространители.

В результате способность международного сообщества сдерживать и обнаруживать обман по Договору о нераспространении (ДНЯО) может уменьшиться. Если государство может производить достаточно ВОУ для горстки оружия на объекте размером всего в несколько сотен квадратных метров и может сделать это за несколько месяцев, классический сценарий обмана — когда государство эксплуатирует секретный объект в течение многих лет — становится гораздо труднее контролировать. Сроки ядерного прорыва сокращаются от лет до месяцев или даже недель.

Оружие без ядерных испытаний

Еще одним фактором, усиливающим новые риски обогащения, является параллельное развитие передовых возможностей по обогащению . Обогащение боеголовок класса ВОУ — это только один шаг; сборка геометрии боеголовки, проектирование высоковзрывной линзы и интеграция электроники остаются значительными препятствиями. Однако современные суперкомпьютеры, коды моделирования и точное производство означают, что государство может проектировать и проверять ядерное устройство, не проводя испытания полной мощности. Так называемая стратегия «нулевого выхода» — когда государство не тестирует свое первое оружие, но полагается на моделирование и подкритические эксперименты — уже хорошо понята в кругах нераспространения. В сочетании с новыми технологиями обогащения это значительно снижает наблюдаемые показатели скрытой программы вооружения. Другими словами, распространитель теперь может быть в состоянии обогатить и вооружить, не запуская «специальную инспекцию» МАГАТЭ или резолюцию Совета Безопасности ООН — пока не станет слишком поздно.

Риски гонки ядерных вооружений в новых регионах

Падение стоимости технологии обогащения также поднимает призрак региональных гонок вооружений в тех частях мира, которые в настоящее время не имеют ядерного оружия. Например, государства на Ближнем Востоке, в Южной Америке и Юго-Восточной Азии могут рассматривать приобретение потенциала обогащения - якобы для гражданской власти - как защиту от будущих угроз. Как только государство управляет местным заводом по обогащению, даже под гарантиями МАГАТЭ, оно сохраняет скрытую способность к прорыву. Нынешняя структура ДНЯО не запрещает само обогащение, только переключение материалов на цели оружия. Несколько государств (например, Иран, Бразилия, Япония) в настоящее время обладают технологией обогащения. Если больше государств получают ее, стабильность договорного режима ослабевает, потому что каждый новый потенциал является потенциальным будущим оружием, которое может не быть поймано вовремя.

Риск каскадного эффекта реален: если одно государство в регионе, скажем, Саудовская Аравия, если Иран должен был бы прорваться, приобретает завод по обогащению, его соседи могут почувствовать себя вынужденными следовать. Результатом может быть сеть незаявленных или неоднозначных программ обогащения, которые трудно проверить, что приводит к многополярному ядерному противостоянию, подобному холодной войне, но гораздо менее стабильному.

Ответы на политические вопросы и международное сотрудничество

Укрепление инструментария МАГАТЭ

Для устранения пробела в обнаружении МАГАТЭ должно принять новые методы проверки, специально предназначенные для новых процессов обогащения. Одним из перспективных направлений является использование онлайн-мониторов обогащения , которые измеряют соотношение изотопов урана в режиме реального времени с использованием лазерной спектроскопии поглощения или масс-спектрометрии. Эти устройства могут быть установлены в точках подачи и продукта обогатительных установок, чтобы мгновенно обнаружить любую попытку отвлечь продукт на более высокие уровни обогащения. Другой метод — экологический отбор образцов для микроэлементов, оставленных лазерным обогащением — таких как испаренный уран или уникальные химические побочные продукты — которые инспекторы МАГАТЭ уже исследуют. Финансирование этих инструментов должно существенно увеличиться; текущий бюджет Агентства на гарантии, примерно 150 миллионов евро в год, неадекватен для покрытия более инвазивных и технологически сложных инспекций, которые потребуются.

Кроме того, МАГАТЭ и государства-члены должны расширить использование соглашений об управляемом доступе, где государства соглашаются разрешить инспекторам входить во все соответствующие объекты, включая военные или коммерческие объекты, с минимальным уведомлением. Это политически сложно, но альтернативой является мир, где каждый объект по обогащению является потенциальным «черным ящиком».

Обновление многосторонних договоров

ДНЯО и связанный с ним режим инспекций были разработаны для создания в мире больших залов центрифуг. Договор не запрещает явно передовые технологии обогащения и не предусматривает механизма их запрета. Два варианта политики, которые можно было бы предпринять немедленно:

  • Поправки или факультативные протоколы к ДНЯО, которые конкретно исключают разработку или передачу технологии лазерного обогащения без всестороннего мониторинга МАГАТЭ. Любое государство, принимающее такой протокол, обязуется не строить завод по лазерному обогащению без полномасштабных гарантий и предварительного одобрения.
  • Концепция международного обогатительного предприятия или топливного банка, предложенная Группой ядерных поставщиков (ГЯП), где государства обязуются получать услуги по обогащению исключительно от многонационального консорциума (например, международного центра по обогащению урана в Ангарске, Россия). Это уменьшит стимул для отдельных государств развивать свою собственную технологию обогащения, особенно если топливный банк поставляет материал реакторного класса по конкурентоспособным ценам. Однако такие предложения застопорились, поскольку многие государства рассматривают их как нарушение суверенных прав в соответствии со статьей IV ДНЯО (право на мирную ядерную энергию).

Более прямой подход может быть через Договор о запрещении ядерного оружия (TPNW), но этот договор был отвергнут всеми ядерными государствами и большинством их союзников, оставив его в значительной степени символическим с точки зрения обеспечения соблюдения.

Правила экспортного контроля и передачи технологий

Группа ядерных поставщиков (NSG) уже ведет список предметов двойного назначения, требующих экспортных лицензий. Но технология лазерного обогащения в значительной степени основана на коммерческих компонентах: мощные лазеры, прецизионная оптика, вакуумные системы и компьютерные средства управления. Многие из этих предметов имеют мирное применение в медицине, производстве и научных исследованиях. NSG должна срочно расширить свой триггерный список, чтобы специально включить компоненты, которые необходимы для систем, подобных SILEX, таких как настраиваемые лазеры для красителей, системы фокусировки луча с высокой частотой повторения и специализированное оборудование для разделения газов, и обеспечить более строгий мониторинг конечного использования. Однако NSG работает на основе консенсуса и не имеет механизма правоприменения; государства-члены могут просто игнорировать руководящие принципы. США и ЕС должны привести пример, навязывая национальный экспортный контроль любой технологии, которая может быть использована для передового обогащения, и работая над закрытием лазеек в третьих странах.

Еще один политический путь - классифицировать больше информации о конкретной инженерии систем лазерного обогащения. В настоящее время, пока публикуются общие принципы, вплотную сохраняются ключевые детали об оптимальных параметрах лазерной длины волны, мощности импульсов и испарения урана. Правительства могут в одностороннем порядке классифицировать такие данные по своим законам и ограничить их публикацию в научных журналах. Но это временное решение: по мере развития исследований во многих странах база знаний неизбежно будет распространяться.

Меры по обеспечению транспарентности и доверия

Государства, которые эксплуатируют передовые обогатительные заводы — будь то в гражданских или военных целях — могут принять добровольные меры по обеспечению прозрачности для укрепления доверия. Они могут включать в себя предоставление МАГАТЭ доступа к «красным» или чувствительным отсекам в соответствии с протоколом управляемого доступа Агентства; публикацию ежегодных деклараций об обогащении продукции и кормов; и участие в совместных экспериментах , которые проверяют неоружейный характер их программ. Франция, Великобритания и США все время демонстрировали такую открытость; другие государства, особенно те, у кого есть скрытый потенциал прорыва, должны ответить взаимностью. Когда государства отказываются даже от базовой прозрачности, как это часто делал Иран, это должно вызвать автоматические политические и экономические последствия от международного сообщества.

Решение проблемы двупользовательской дилеммы

Возможно, самая трудная задача — это двойной характер технологии обогащения. В отличие от конструкции ядерного оружия, которая не имеет мирного применения, обогащение имеет много законных применений. Например, медицинские изотопы (такие как технеций-99м) производятся в исследовательских реакторах, многие из которых требуют целей ВОУ. Разработка новых технологий обогащения для производства медицинских изотопов с низким уровнем обогащения урана — это на самом деле позитивная тенденция, поскольку она снижает глобальный спрос на ВОУ. Однако та же лазерная технология, которая может обогащать уран до 5% для ядерного топлива, может, с реконфигурацией, обогащать до 90% для оружия. Нет простого технического «исправления», чтобы предотвратить эту реконфигурацию; это вопрос управления и безопасности объекта.

Поэтому политики должны признать, что кот частично вне мешка: знания о создании системы лазерного обогащения будут продолжать распространяться. Цель политики нераспространения должна перейти от попыток полностью запретить технологию (что нереально) к обеспечению того, чтобы любой объект по обогащению эффективно контролировался от концепции до эксплуатации. Это включает в себя требование о том, чтобы все исследования и разработки, связанные с обогащением, были представлены в МАГАТЭ, даже если не будет построена коммерческая установка. Дополнительный протокол, который предоставляет МАГАТЭ более широкие права доступа, должен стать глобальным стандартом; в настоящее время около 140 государств подписали его, но ключевые государства, такие как Иран, Северная Корея и некоторые страны, не подписавшие ДНЯО, остаются за пределами.

Тематические исследования: технологии и политика в реальном мире

Иран: первый реальный тест на обнаружение лазерного обогащения

Иран публично признал исследования в области лазерного обогащения с 2000-х годов, и в 2022 году он раскрыл, что он разрабатывал «новое поколение» технологии лазерного обогащения. Хотя МАГАТЭ не подтвердило производство какого-либо ВОУ с помощью лазерных методов, само существование такой программы усложняет мониторинг. Обычная программа центрифуг Ирана уже производит огромные объемы обогащенного урана; параллельный лазерный объект может работать как небольшое специализированное подразделение для работы с высоким обогащением, не будучи обнаруженным обычным учетом центрифуг. СВПД (Совместный всеобъемлющий план действий) рухнул частично из-за недоверия, и новые технологии обогащения делают любое будущее соглашение гораздо труднее проверить. Урок заключается в том, что любое согласованное урегулирование должно конкретно касаться всех технологий обогащения, включая лазер, и должно включать самые навязчивые меры проверки, кроме постоянной оккупации.

Северная Корея: сближение старого и нового

Северная Корея уже давно эксплуатирует обогатительный объект в Кангсоне и, возможно, в других секретных местах. Ее технология обогащения, как полагают, представляет собой смесь центрифуг советской эпохи и современных копий пакистанских конструкций. Однако Северная Корея также инвестировала в методы электромагнитного обогащения, и есть неподтвержденные сообщения о работе по обогащению лазером в своем комплексе Йонбен. Поскольку Северная Корея находится под строгими санкциями ООН, любая новая технология обогащения, вероятно, будет контрабандой или обратной инженерией. Сложность заключается в том, что страна уже непрозрачна; внедрение лазерной технологии сделает проверку со спутников еще более сложной. Способность Северной Кореи производить ВОУ из своего существующего центрифужного завода в сочетании с уже разработанным оружием демонстрирует, что угроза не является будущим - она присутствует. Для других государств урок заключается в том, что даже элементарная технология обогащения, если ее не контролировать, может производить бомбы.

США и коммерческое будущее SILEX

В США Global Laser Enrichment (GLE) планировала построить коммерческий завод SILEX в Северной Каролине, но проект застопорился из-за низких цен на уран и нормативных препятствий. Тем не менее, правительство США продолжает финансировать исследования технологий обогащения следующего поколения для собственного ядерного топлива. Риск здесь заключается в том, что если США коммерциализируют SILEX, технология станет более доступной через лицензирование, совместные предприятия и кадровый оборот. США несут ответственность за введение сильного экспортного контроля и проектирование любых будущих коммерческих заводов «резистентным к распространению» способом — например, с использованием денатурирующего шага, который добавляет небольшое количество урана-232 к продукту, что затрудняет его вооружение из-за теплового и гамма-излучения от распада U-232. Такие конструктивные особенности могут снизить привлекательность украденного или отвлеченного материала.

Вывод: новая парадигма безопасности

В следующем десятилетии произойдут глубокие изменения в способах производства материалов, пригодных для использования в ядерном оружии. Сближение лазерного обогащения, усовершенствованных конструкций центрифуг и высокоточных вычислительных систем вооружения означает, что государство или определенная негосударственная группа могут перейти от начальной линии к ядерному потенциалу в месяцы, а не годы. Международное сообщество не может полагаться исключительно на технические исправления. Вместо этого оно должно создать пакет ответов : модернизированные инструменты МАГАТЭ, обновленные договоры, более жесткий экспортный контроль и, самое главное, политическое обязательство всех государств принять прозрачность в качестве нормы.

Альтернативой является мир, где технология обогащения становится повсеместной, где каждая страна с разумной промышленной базой имеет скрытую способность производить уран бомбового качества, и где оценки разведки преследуются вопросом: «Что, если они уже есть, и мы просто не можем этого видеть?» Активное международное сотрудничество не просто желательно; оно необходимо для поддержания хрупкого режима нераспространения, который держал ядерный клуб маленьким в течение более пятидесяти лет.