細說印度原子彈研究

印度核研究的起步

1998年5月11日和13日,印度連續進行了5次核試驗,舉世震驚,如此頻繁的核試驗在核大國的試驗記錄上實屬罕見。大有“不鳴則已,一鳴驚人”的氣魄。

由於印度的核試驗晚於中國,很多人誤以為印度核研究的起步也晚於中國,其實不然,印度是亞洲最早展開核研究的兩個國家之一。在中國戰亂不止的20世紀30年代,印度留學生就已經在西方發達國家學習核物理知識。畢業於英國劍橋大學的印度核能之父H.J.巴巴在20世紀40年代初就宣稱:“從現在開始,我們的核研究只是取決於國家是否需要發展核能力,印度不需要向國外尋找科學家,核物理學家就在她身邊。”1945年,H.J.巴巴回國,在印度工業家族的支持下,建立起印度最早的核物理研究學院——塔塔基礎研究院。另一位核物理學家薩哈在加爾各答完成了離子加速器實驗室建設。1948年印度成立了原子能委員會,專門保障核工業研究和利用所需要的所有的材料。這種既有人才,又有核基礎研究機構,同時得到國家支持的核武器研究環境,當時亞洲的其他國家無法望其項背。

冷戰開始後,國際社會劃分為東西方兩大陣營,彼此界限分明,壁壘森嚴,核技術成為雙方對峙的最大法寶,與美蘇兩國沒有盟友關係的國家不可能獲得任何技術支持。但印度得益於不結盟運動創始國的地位,與美蘇都保持著良好的外交關係,美蘇都對印度採取拉攏的懷柔策略,印度的核計劃也因此獲得西方的支持。印度的第一座反應堆——“加印反應堆”(印度和加拿大合作建設)在建設過程中曾受到重水短缺的影響,而美國又是當時世界上為數不多的幾個能生產重水的國家。為了加強與印度的國家關係、美國利用解決印度重水短缺問題的機會,成功介入了印度核計劃。1956年3月,美國與印度簽署了提供21噸重水的合同。“加印反應堆”也因此更名為“加印美反應堆”。

美國加入後,印度核計劃如天降甘霖,無論是反應堆必需的燃料棒,還是起慢化作用的重水,印度都不必再發愁來源,印度一廂情願地打算邁上核武器發展的快車道。

1958年印度原子能委員會改組,變成了一個其有高度自治權的機構,它不必像其他內閣部門那樣遇事要層層請示,它提交的方案直接由總理辦理。在該機構工作的科技人員幾乎是全印度核物理研究的精英,曾經在該部門擔任要職的R.拉曼納博士、R.奇丹巴拉姆博士、P. K.伊延格爾博士都在1974年的核試驗中有不錯的表現。

核儲備之分析

印度是當今世界上有核國家中僅有的4個未加入核不擴散條約的國家之一,其核發展狀況嚴格保密。人們只能從一些核常識和零星披露的相關消息中,綜合分析出印度的核實力。

核武器中最重要的組成部分是核裝藥,只要瞭解一個核國家核裝藥的生產量,即可判斷其可能擁有的核彈的數量。

核裝藥只能在鈾235、鈈239和鈾233三者中選擇,但除了鈾235可以從天然鈾礦石中分離得到外,鈈239和鈾233在自然界中並不存在,只能通過將鈾238和釷232放在核反應堆中,經過中子照射得到這兩種人造裂變材料。印度使用武器級鈈作核武器彈芯的裝料。武器級鈈主要靠2座研究堆(天然鈾燃料重水慢化堆)和2座後處理廠生產。西魯斯研究堆於1960年投入運行,熱功率為40兆瓦,如果設備利用率為50%-70%,可年產6.6-10.5公斤武器級鈈,估計到1998年底共生產226-320公斤武器級鈈。德胡瓦研究堆於1985年達到臨界。1988年初達到滿功率運行,熱功率為100兆瓦,如果設備利用率為50%-70%,,可年產165-230公斤武器級鈈,估計到1998年底共生產190-260公斤武器級鈈,此外,5座核電站的重水堆啟動時,每座堆可年產5公斤武器級鈈,如果扣除1974年核爆炸裝置用料(10公斤),快堆堆芯用料(50公斤)和1座研究堆堆芯用料(35公斤)共105公斤武器級鈈,則估計到1998年底印度已生產只要西魯斯和德胡瓦研究堆和2座後處理廠繼續運行,印度的式器級鈈懷庫存量還將每年增加23-33公所,如果按製造一枚核彈需要8公斤武器級鈈計算,到1998年底印度庫存的武器級鈈足夠製造44-65枚核彈,如果核彈設計水平高、彈芯裝料只需5公斤武器級鈈,則上述庫存武器級鈈可製造71-104枚核彈。為了加強對核力量的控制,印度於2003年成立了“國家核指揮所”和統帥三軍核力量的“戰略核司令部”,負責戰略核力量的指揮和控制。

美國的羈絆

有核武器的國家,非常明白核武器對一個國家的重要意義。在蘇聯原子彈試驗成功後,美國對可能用於軍事用途的核技術轉讓控制嚴格,連對忠實盟友英國的核武器發展計劃都愛理不理。美國拉攏印度不假,但絕不願意看見世界上增加一個核國家。貌似仗義疏財的美國實則精於算計!要知道,美國開始支援印度核計劃的時候,中國的核武器計劃尚處於籌備階段,美國情報部門公佈的一份1956年的評估報告認為,中國的原子彈在1970年之前不可能研製成功。在這種情況下,美國當然也不願意為了牽制一個潛在核國家去造就一個現實存在的核國家。而且,在向印度提供重水前,美國就對印度的整體工業能力進行過全面考察。美國人明白,印度生產核裝藥的勢頭是無法阻擋的,但是核裝藥材料的不同會決定原子彈的威力和重量且技術難度也有很大差距,於是美國決定通過控制印度的核研製技術來延緩印製印度原子彈威力。

原子彈大致可分為槍式(也稱壓攏式)和內爆式(也稱收聚式)兩種。1945年美國使用的第一顆原子彈就是槍式。槍式原子彈的核裝藥為兩個半球形,分開一定距離放置,中子源放在它們的中間。引爆時,傳爆藥引爆後將兩塊半球形核裝藥以中子源為中心迅速合在一起,形成一個扁球形狀,此時中子源放射出大量中子產生裂變反應,實現核爆炸。

內爆式原子彈與槍式的原理和主要構成基本相同,只是核裝藥不止兩塊,而是許多塊對稱分佈在以中子源為中心的球面上,如果將核裝藥拼在一起,也是一個球形體。起爆後,各塊核裝藥在炸藥爆轟的作用下高速向位於球心的中子源運動,引發核裂變反應。內爆式原子彈較槍式原子彈的威力更為巨大,但設計難度成倍增加。內爆式原子彈在完成核爆過程中必須存在4個“同時”動作:當起爆器發出起爆命令後,所有的雷管同時起爆傳爆藥;所有的高速炸藥同時開始爆轟;所有各部分核裝藥同時向中心收聚各部分核裝藥同時運動到球心處。這是設計、製造高性能內爆式原子彈的高難所在,其要求甚高:首先要有高度精確的起爆控制系統;其次需要一種靈敏度很高的雷管,能在接到起爆命令的百萬分之一秒內完成起爆動作:各組成部分(傳藥、炸藥和核裝藥)的尺寸和密度要高度接近,加工精密度要求極高。其中任何一項不合要求,核爆炸效果就會嚴重打折,甚至出現啞彈。

現在核武器設計者大多選擇內爆式方案,雖然製造工藝複雜,但核裝藥的利用效率更高,可以達到20%;槍式的核鏈式反應時間相對較短,但核裝藥利用效率只有10%。美國投在日本廣島的“小男孩”原子彈是一枚槍式原子彈,為確保爆炸效果,其核裝藥採用重達50公斤的鈾235,當量1.2-1.5萬噸;而投放在長崎的“胖子”為內爆式設計,其核裝藥為鈈239,重量僅6.7公斤,當量卻超過“小男孩”,達2.2萬噸。

提煉鈾235非常困難,但提煉成功後,利用其威力大的特點,既可以設計出工藝要求低的槍式原子彈,也可以設計出威力巨大的內聚式原子彈。鈈239前期獲取相對容易,但需要特別注意的是,鈈239不能用來製造槍式原子彈,主要原因是槍式結構對過早點火特別敏感,而提煉出來的鈈239材料中不可避免地含有鈈240容易自發裂變,從而引起早點火。所以美國核彈大多數採用鈾235內爆式。

美國人準確掌握了印度核工業的弱點,故意在這些微妙的技術問題上對印度使“絆”。美國在向印度提供核原料的同時並沒有提供內爆式原子彈技術支持,他們為印度的核反應堆提供的是隻能生成鈈239的鈾238燃料棒,同時故意拖延核廢料處理廠的建設速度,對能生產鈾彈的關鍵設備氣體離心機更是隻字不提。這樣印度只能利用鈈239製造技術難度極高的內爆式原子彈,但其糟糕的基礎工業顯然無法在短時間內解決“4個同時”的高難技術。美國的暗中羈絆讓印度的核武器計劃在起步階段留下了“殘疾”,也延緩了印度的核計劃進度導致印度直到1970年才完成原子彈設計與分系統製造,首次原子彈試驗的時間也大大推遲。


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