3559 - Bài học từ Los Alamos
Siegfried Hecker
Một vụ thử hạt nhân đang diễn ra, Quận Nye, Nevada, tháng 3 năm 1953. Thư viện ảnh Văn phòng Cơ quan An ninh Hạt nhân Quốc gia Nevada
Tháng trước, Tổng thống Hoa Kỳ Donald Trump đã khơi lại cuộc tranh luận kéo dài hàng thập kỷ về thử nghiệm hạt nhân. "Vì các quốc gia khác cũng đang thử nghiệm chương trình", ông viết trên mạng xã hội, "tôi đã chỉ thị cho Bộ Chiến tranh bắt đầu thử nghiệm Vũ khí Hạt nhân của chúng ta trên cơ sở bình đẳng."
Hoa Kỳ đã không thử nghiệm vũ khí hạt nhân kể từ ngày 23 tháng 9 năm 1992. Bộ trưởng Năng lượng Chris Wright đã nhanh chóng cố gắng bác bỏ bài đăng của Trump, giải thích trên Fox News rằng tổng thống muốn nói đến việc thử nghiệm các hệ thống phân phối hạt nhân, chứ không phải chất nổ. Tuy nhiên, Trump đã nhấn mạnh lại ý ban đầu của mình, nói với chương trình 60 Minutes rằng ông đã ra lệnh nối lại các vụ thử hạt nhân để đáp trả cáo buộc về các vụ nổ hạt nhân bí mật dưới lòng đất của Trung Quốc và Nga. "Họ thử nghiệm dưới lòng đất, nơi mọi người không biết chuyện gì đang xảy ra với vụ thử nghiệm", ông nói.
Các quan chức tình báo trong cả hai chính quyền Trump và Biden đầu tiên đều đặt câu hỏi liệu các đối thủ của Hoa Kỳ, đặc biệt là Trung Quốc và Nga, có đang bí mật thử nghiệm vũ khí hạt nhân hay không. Cả Dự án 2025 của Quỹ Di sản và cựu cố vấn an ninh quốc gia của Trump, Robert O’Brien, đều kêu gọi nối lại các cuộc thử nghiệm để đảm bảo kho vũ khí hạt nhân lâu đời của Hoa Kỳ an toàn, hiệu quả và đáng tin cậy. Hoa Kỳ có khoảng 3.700 vũ khí hạt nhân, trong đó khoảng 1.770 vũ khí được cho là đã được triển khai quân sự - nhưng tất cả những vũ khí này đều được sản xuất và thử nghiệm trước khi Hoa Kỳ tiến hành cuộc thử nghiệm cuối cùng vào năm 1992.
Tôi rất quen thuộc với cuộc tranh luận này. Khi tôi mới đến Phòng thí nghiệm Khoa học Los Alamos ở New Mexico với tư cách là một nghiên cứu sinh mùa hè vào năm 1965, Hoa Kỳ đã tiến hành hơn 400 cuộc thử nghiệm hạt nhân, khoảng một nửa trong khí quyển và phần còn lại dưới lòng đất. Kho vũ khí hạt nhân của họ bao gồm khoảng 30.000 vũ khí. Tôi từng là giám đốc phòng thí nghiệm từ năm 1986 đến năm 1997 trong thời kỳ Liên Xô sụp đổ, dẫn đến việc cắt giảm mạnh mẽ kho vũ khí hạt nhân của Nga và Mỹ, lệnh tạm dừng thử nghiệm hạt nhân được ban hành vào năm 1992, và một hiệp ước cấm thử nghiệm hạt nhân toàn diện được ký kết vào năm 1996.
Giờ đây, khoảng 33 năm sau vụ thử hạt nhân cuối cùng của Mỹ, kho vũ khí hạt nhân đang lão hóa đặt ra những thách thức ngày càng tăng trong việc duy trì tính an toàn, hiệu quả và độ tin cậy. Tuy nhiên, việc quay trở lại thử nghiệm vào thời điểm này có thể sẽ mang lại lợi ích cho các đối thủ của Hoa Kỳ nhiều hơn là cho Hoa Kỳ. Tệ hơn nữa, nó có thể khơi mào lại một cuộc chạy đua vũ trang thậm chí còn lớn hơn và rộng hơn so với vài thập kỷ đầu của Chiến tranh Lạnh.
THỬ NGHIỆM
Thử nghiệm hạt nhân được coi là thiết yếu vào những năm 1950 khi Liên Xô và Hoa Kỳ chạy đua chế tạo bom khinh khí và vũ khí hạt nhân có thể phóng từ tên lửa. Đến cuối những năm 1950, các vụ nổ trong khí quyển đã gây ra những thiệt hại nặng nề về sức khỏe và môi trường cho thế giới do bụi phóng xạ. Hậu quả thậm chí còn nghiêm trọng hơn ở phía bắc Quần đảo Marshall, nơi Hoa Kỳ đang tiến hành hầu hết các cuộc thử nghiệm. Sự phản đối của công chúng toàn cầu đã dẫn đến lệnh tạm dừng thử nghiệm từ năm 1958 đến năm 1961 của ba quốc gia sở hữu vũ khí hạt nhân vào thời điểm đó: Liên Xô, Vương quốc Anh và Hoa Kỳ.
Trong thời gian tạm dừng, các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Los Alamos đã sử dụng các mô hình máy tính để phát hiện ra những lo ngại lớn về an toàn. Họ phát hiện ra rằng một số vũ khí hạt nhân không phải là "an toàn một điểm". Nghĩa là, một tai nạn chứ không phải việc cố ý kích hoạt vũ khí có thể gây ra một vụ nổ hạt nhân. Họ đã nghĩ ra một kế hoạch khéo léo với các thử nghiệm năng suất rất thấp để tìm hiểu điều này. Tổng thống Dwight Eisenhower đã được thông báo do tính nhạy cảm của việc hủy bỏ lệnh tạm dừng thử nghiệm, và ông đã cho phép tiến hành cái gọi là "thí nghiệm thủy hạt nhân" mà không báo trước, dưới lòng đất tại Los Alamos. Năng suất hạt nhân từ các thí nghiệm này thường thấp hơn nhiều so với năng suất của một pound TNT, chứ không phải tấn hay kiloton.
Ba mươi lăm thí nghiệm như vậy đã được tiến hành tại Los Alamos và một số ít hơn tại Khu thử nghiệm Nevada do Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore thực hiện. Các thí nghiệm này cuối cùng đã đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh an toàn cho các hệ thống của Los Alamos. Ví dụ, vào năm 1966, một máy bay ném bom B-52 mang vũ khí hạt nhân đã rơi trên bầu trời Palomares, Tây Ban Nha. Nếu những vũ khí này không được cải tiến vì chương trình thủy hạt nhân, vụ tai nạn có thể đã dẫn đến một vụ nổ hạt nhân đáng kể thay vì chỉ kích nổ chất nổ hóa học, gây ra sự phát tán plutonium dọc theo các bãi biển.
Các vụ thử hạt nhân bùng nổ trở lại vào tháng 9 năm 1961, khi Liên Xô gây chấn động thế giới và bãi bỏ lệnh tạm dừng thử nghiệm đầu tiên. Hoa Kỳ đã nhanh chóng đáp trả - với mười vụ thử nghiệm vào cuối năm đó và với con số đáng kinh ngạc là 98 vụ thử nghiệm vào năm 1962, gần một nửa trong khí quyển. Tuy nhiên, khi những lo ngại về bụi phóng xạ hạt nhân gia tăng, và áp lực dư luận một lần nữa gia tăng, Thủ tướng Liên Xô Nikita Khrushchev, Tổng thống Hoa Kỳ John F. Kennedy và Thủ tướng Anh Harold McMillan đã đồng ý giới hạn thử nghiệm hạt nhân ở các vụ nổ dưới lòng đất theo Hiệp ước Cấm Thử Hạt nhân Hạn chế được ký kết năm 1963. Các vụ thử nghiệm trong khí quyển cuối cùng của ba nước này diễn ra vào năm 1962. Pháp và Trung Quốc, những nước gia nhập câu lạc bộ hạt nhân vào khoảng thời gian đó, đã tiến hành các vụ thử nghiệm trong khí quyển cuối cùng của họ vào năm 1974 và 1980.
THỬ NGHIỆM DIỄN RA DƯỚI ĐẤT
Bất chấp Hiệp ước Cấm Thử Hạt nhân Hạn chế, Liên Xô và Hoa Kỳ vẫn đang trong một cuộc chạy đua vũ trang khốc liệt. Liên Xô đang cố gắng đuổi kịp, bổ sung hơn 10.000 vũ khí mỗi mười năm (cuối cùng đạt đỉnh ở mức 41.000 vào cuối những năm 1980). Kho vũ khí của Hoa Kỳ đã đạt đỉnh điểm là 31.000 vào năm 1967 và đang dần giảm xuống, trong khi cùng lúc đó, độ chính xác và khả năng sống sót của tên lửa đã tăng đáng kể. Chiến tranh Lạnh vẫn tiếp diễn và các vụ thử hạt nhân, giờ đây được tiến hành dưới lòng đất, vẫn là yếu tố thiết yếu đối với cả hai bên. Trong mười năm sau hiệp ước mới, Hoa Kỳ đã tiến hành gần 400 vụ thử dưới lòng đất và Liên Xô khoảng 170 vụ. Sự phản đối của công chúng đã bị dập tắt vì về cơ bản không có dấu hiệu rõ ràng nào của các vụ thử và tác động bất lợi cũng ít hơn đáng kể.
Tuy nhiên, hầu hết các quốc gia không có vũ khí hạt nhân vẫn kêu gọi lệnh cấm thử nghiệm hoàn toàn. Liên Xô và Mỹ chỉ có thể đồng ý giới hạn quy mô các vụ thử hạt nhân dưới lòng đất ở mức dưới 150 kiloton theo Hiệp ước Cấm Thử Ngưỡng được ký kết năm 1974. Giới hạn 150 kiloton được coi là một sự thỏa hiệp cân bằng giữa việc thể hiện một số kiềm chế hạt nhân về mặt chính trị trong khi vẫn duy trì khả năng hiện đại hóa kho vũ khí hạt nhân. Ban đầu, giới hạn này được coi là có thể kiểm chứng được, nhưng phải mất 16 năm hai nước mới phê chuẩn TTBT vì mỗi bên đều nghi ngờ bên kia gian lận. Trong thời gian đó, hai nước đã tiến hành thêm khoảng 300 vụ thử hạt nhân nữa.
Cuối cùng, việc phê chuẩn TTBT đã được khởi động sau khi nhà lãnh đạo Liên Xô Mikhail Gorbachev và Tổng thống Hoa Kỳ Ronald Reagan gặp nhau trong hội nghị thượng đỉnh lịch sử vào tháng 10 năm 1986 tại Reykjavik. Mặc dù hai người chưa đạt được mục tiêu của mình - loại bỏ hoàn toàn vũ khí hạt nhân - nhưng hội nghị thượng đỉnh đã dẫn đến việc các nhà khoa học vũ khí được yêu cầu phát triển các kỹ thuật xác minh đầy đủ để mỗi bên có được sự đảm bảo cần thiết để phê chuẩn hiệp ước.
Để đảm bảo điều này, chúng tôi đã tiếp đón các nhà khoa học Liên Xô tại Khu thử nghiệm Nevada trong nhiều tháng. Các nhà khoa học Liên Xô đã thực hiện các phép đo tại chỗ trong quá trình kích nổ một trong những thiết bị hạt nhân của chúng tôi vào tháng 8 năm 1988. Trong khi đó, các nhà khoa học phi chính phủ Hoa Kỳ đã đo các tín hiệu địa chấn từ xa để so sánh. Trình tự sau đó đã đảo ngược khi các nhà khoa học hạt nhân của chúng tôi thực hiện các phép đo tại chỗ một thiết bị của Liên Xô được kích nổ tại Bãi thử Semipalatinsk một tháng sau đó. Những phép đo này — và các cuộc đàm phán khéo léo — đã dẫn đến sự ủng hộ mạnh mẽ cho hiệp ước từ cả hai chính phủ. Tại Thượng viện Hoa Kỳ, hiệp ước đã được thông qua với tỷ lệ phiếu bầu đáng kinh ngạc là 98-0 vào năm 1990.
ĐẠT MỨC KHÔNG
Với sự sụp đổ của Liên Xô vào tháng 12 năm 1991, những người ủng hộ tại Hoa Kỳ đã thúc đẩy một lệnh cấm thử nghiệm toàn diện. Tu chính án Hatfield-Exon-Mitchell lưỡng đảng đối với Đạo luật Phân bổ Phát triển Năng lượng và Nước năm 1993 cho phép thực hiện tối đa 15 vụ thử hạt nhân trong bốn năm tiếp theo trước khi Hoa Kỳ ký Hiệp ước Cấm Thử nghiệm Toàn diện với các quốc gia có vũ khí hạt nhân khác. Tổng thống George H. W. Bush đã miễn cưỡng ký Hiệp ước CTBT vào tháng 10 năm 1992; mặc dù ông tin rằng thử nghiệm hạt nhân rất quan trọng đối với an ninh quốc gia, nhưng tu chính án này đã khéo léo đính kèm vào một dự luật chi tiêu mà ông rất ủng hộ.
Chỉ ba tháng sau khi nhậm chức, Tổng thống Bill Clinton đã đặt lệnh cấm thử hạt nhân toàn diện lên hàng đầu. Có một lý lẽ thuyết phục để cho phép Los Alamos và các phòng thí nghiệm vũ khí khác của Bộ Năng lượng tiến hành thêm một vài thử nghiệm cuối cùng nhằm chuẩn bị cho một thế giới không còn bất kỳ thử nghiệm nào được phép, nhưng Clinton đã chọn dừng thử nghiệm ngay lập tức để thể hiện cam kết của mình đối với lệnh cấm thử nghiệm toàn diện.
Trong vài năm tiếp theo, các quan chức chính quyền Clinton đã dẫn dắt các phòng thí nghiệm và quân đội trong những cuộc thảo luận căng thẳng về tính khả thi của một sự thay đổi mạnh mẽ như vậy đối với khả năng sẵn sàng dự trữ hạt nhân của đất nước. Ví dụ, vào tháng 6 năm 1995, tư lệnh Bộ Chỉ huy Chiến lược, người chịu trách nhiệm về lực lượng hạt nhân của Hoa Kỳ, đã mời các lãnh đạo phòng thí nghiệm và quan chức từ Bộ Năng lượng và Bộ Quốc phòng đến Omaha để tham dự một "Hội nghị về Niềm tin Dự trữ". Các phòng thí nghiệm đã giải thích những gì có thể đạt được với giới hạn thử nghiệm là mười kiloton, một kiloton và ít hơn.
Bộ trưởng Bộ Năng lượng Hazel O'Leary đã nói rõ rằng năng suất kiloton không nằm trong tầm tay. Dựa trên kinh nghiệm của Los Alamos về giá trị của giới hạn thử nghiệm rất thấp trong lệnh tạm dừng thử nghiệm 1958–61, tôi đã đưa ra lập luận về tầm quan trọng của việc duy trì quyền thực hiện các thí nghiệm thủy hạt nhân như vậy - tức là giới hạn năng suất bằng pound hoặc ít hơn. Mặc dù các chuyên gia kỹ thuật có quan điểm khác nhau về giá trị của những thí nghiệm như vậy, nhưng điều đó không thực sự quan trọng: đối với O’Leary và Clinton, có một mệnh lệnh chính trị là phải đạt được mục tiêu số 0.
Trước khi Clinton đưa ra quyết định cuối cùng về hiệp ước, ông đã chỉ thị cho Chủ tịch Hội đồng Tham mưu trưởng Liên quân, Tướng John Shalikashvili, hỏi các giám đốc phòng thí nghiệm vũ khí xem họ có ủng hộ một hiệp ước cấm thử nghiệm năng suất bằng 0 hay không. Tôi nhớ vào tháng 7 năm 1995, Shalikashvili đã nhìn thẳng vào mắt tôi trong văn phòng Lầu Năm Góc của ông và hỏi liệu ông có phải nói với Clinton rằng cần phải thử nghiệm để giữ cho vũ khí hạt nhân của chúng ta an toàn và đáng tin cậy hay không. Tôi nói với ông ấy rằng kho dự trữ hạt nhân vẫn an toàn và đáng tin cậy—nhưng ông ấy sẽ cần phải hỏi lại câu hỏi đó trong những năm tới.
Kết quả của cuộc họp đó là ba giám đốc phòng thí nghiệm được yêu cầu chứng nhận kho dự trữ hạt nhân hàng năm bằng văn bản gửi Bộ trưởng Quốc phòng và Bộ trưởng Năng lượng, những người sẽ thông báo cho tổng thống, cùng với một lá thư của tư lệnh Bộ Tư lệnh Chiến lược Hoa Kỳ. Clinton đã công bố lệnh cấm thử nghiệm năng suất bằng không vào ngày 11 tháng 8 năm 1995. Do đó, các phòng thí nghiệm bị giới hạn ở các thí nghiệm dưới tới hạn, không tạo ra phản ứng hạt nhân bền vững. Các thí nghiệm thủy hạt nhân sẽ không được phép.
Điều này thể hiện một sự thay đổi mạnh mẽ đối với các phòng thí nghiệm và rủi ro đáng kể đối với khả năng sẵn sàng vũ khí hạt nhân của quốc gia. Chính quyền Clinton đã giải quyết những lo ngại do các giám đốc phòng thí nghiệm và quân đội bày tỏ bằng cách ban hành sáu biện pháp bảo vệ xác định các điều kiện mà Hoa Kỳ sẽ tham gia CTBT. Đứng đầu là "việc thực hiện một chương trình quản lý kho dự trữ dựa trên khoa học để đảm bảo mức độ tin cậy cao về tính an toàn và độ tin cậy của vũ khí hạt nhân trong kho dự trữ đang hoạt động". Victor Reis, Trợ lý Bộ trưởng Năng lượng phụ trách các chương trình quốc phòng, đã dẫn dắt nỗ lực này, và mục tiêu là các phòng thí nghiệm sẽ hiểu rõ hơn về các vật liệu được sử dụng và các quy trình liên quan trong toàn bộ vòng đời của vũ khí hạt nhân - bao gồm cả vụ nổ - khi không có thử nghiệm hạt nhân.
Có phần nghịch lý, với thử nghiệm hạt nhân, chúng ta đã có thể tạo ra một kho dự trữ đáng tin cậy mà không cần hiểu biết đầy đủ về khoa học. Nói cách khác, các thử nghiệm hạt nhân đã bù đắp cho việc thiếu hiểu biết về các nguyên lý khoa học cơ bản phức tạp của các vụ nổ hạt nhân. Người ta hy vọng rằng việc đạt được hiểu biết này sẽ cho phép các phòng thí nghiệm và quân đội giữ cho kho dự trữ hạt nhân an toàn, bảo mật và đáng tin cậy mà không cần thử nghiệm hạt nhân.
Các biện pháp bảo vệ cũng bao gồm việc duy trì các phòng thí nghiệm hạt nhân, khả năng sẵn sàng thử nghiệm hạt nhân, các chương trình cải thiện năng lực và hoạt động giám sát hiệp ước, và các cam kết trong lĩnh vực thu thập và phân tích thông tin tình báo. Biện pháp bảo vệ cuối cùng nêu rõ các trường hợp mà tổng thống sẽ được chuẩn bị, sau khi tham vấn với Quốc hội, để tiến hành các thử nghiệm cần thiết nếu tính an toàn hoặc độ tin cậy của năng lực răn đe hạt nhân của Hoa Kỳ không còn được chứng nhận.
Vào ngày 24 tháng 9 năm 1996, Hoa Kỳ đã cùng 70 quốc gia khác, bao gồm Trung Quốc, Pháp, Nga và Vương quốc Anh, ký kết Hiệp ước Cấm Thử Vũ khí Hạt nhân (CTBT). Như Clinton đã tuyên bố vào thời điểm đó, "Hiệp ước này là phần thưởng được săn đón lâu nhất và đấu tranh gian khổ nhất trong lịch sử kiểm soát vũ khí. Thông điệp của nó không thể nhầm lẫn: kỷ nguyên thử nghiệm vũ khí hạt nhân đã kết thúc."
KHOA HỌC ĐÚNG ĐẮN
Tôi không hào hứng với CTBT như tổng thống. Tôi coi việc chuyển từ kỷ nguyên thử nghiệm sang kỷ nguyên không thử nghiệm là một thách thức to lớn, đòi hỏi sự cam kết kiên định của chính phủ và khả năng tiếp tục thu hút những người giỏi nhất và sáng giá nhất đến các phòng thí nghiệm của Hoa Kỳ. Hơn nữa, bằng cách bỏ qua các cuộc thử nghiệm cuối cùng đã được lên kế hoạch vào năm 1992, Hoa Kỳ đã bỏ lỡ cơ hội xem xét những lo ngại về sự suy giảm tuổi thọ của vũ khí. Ngược lại, Trung Quốc và Pháp, mỗi nước đã tiến hành ít nhất sáu cuộc thử nghiệm hạt nhân trước khi ký CTBT. Do đó, cả hai đều đã chuẩn bị tốt hơn cho lệnh cấm thử nghiệm so với Hoa Kỳ. Tuy nhiên, tôi rất phấn khởi trước nỗ lực dũng cảm của Reis trong việc xây dựng Chương trình Quản lý Kho dự trữ (SSMP) được tài trợ tốt. Đó là cơ hội để khoa học đúng đắn giúp giảm thiểu tổn thất của các cuộc thử nghiệm hạt nhân.
Chính quyền Clinton đã phải đối mặt với những rào cản đáng kể để phê chuẩn CTBT. Khi Thượng nghị sĩ Jon Kyl của Arizona, người kịch liệt phản đối việc phê chuẩn CTBT, hỏi tôi và các giám đốc phòng thí nghiệm khác liệu chương trình này có mang lại cho chúng ta sự tự tin như đã đạt được thông qua thử nghiệm hạt nhân hay không, tôi đã trả lời: “Tôi tin rằng SSMP, với cấu hình hiện tại và được tài trợ đầy đủ, là cách tiếp cận tốt nhất để duy trì mức độ tin cậy vào kho vũ khí hạt nhân của chúng ta ở mức cao nhất có thể trong tương lai gần... Một chương trình thử nghiệm hạt nhân mạnh mẽ chắc chắn sẽ làm tăng sự tự tin của chúng ta. Tuy nhiên, sự tin tưởng lâu dài của chúng ta vào kho vũ khí hạt nhân sẽ bị ảnh hưởng nếu chúng ta thay thế một chương trình quản lý mạnh mẽ bằng một chương trình bao gồm các vụ thử hạt nhân không thường xuyên.”
Trong câu trả lời cho Kyl, Giám đốc Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore, Bruce Tater, cũng nhấn mạnh rằng một chương trình quản lý kho vũ khí hạt nhân mạnh mẽ là “cần thiết để củng cố niềm tin” vào kho vũ khí hạt nhân của Hoa Kỳ trong thời đại không có các vụ thử nghiệm nổ hạt nhân.
Tôi tin rằng đó là vị thế mà chúng ta vẫn đang nắm giữ cho đến ngày nay. Mặc dù Thượng viện đã thất bại với tỷ lệ áp đảo trong việc phê chuẩn CTBT vào năm 1999, Hoa Kỳ vẫn cam kết tạm dừng thử nghiệm tự nguyện và chưa thử nghiệm vũ khí ở bất kỳ mức độ nào. Trong khi đó, chương trình quản lý đã được tài trợ hào phóng. Các phòng thí nghiệm tiếp tục thu hút các nhà khoa học và kỹ sư xuất sắc. Và với các cơ sở mới, các thí nghiệm phi hạt nhân tiên tiến, cùng các công cụ phân tích và tính toán được cải thiện đáng kể, Hoa Kỳ đã hiểu rõ hơn về vật liệu và quy trình sản xuất vũ khí hạt nhân.
Thử nghiệm hạt nhân đã cung cấp một giải pháp nhanh chóng và hiệu quả. Với chương trình quản lý kho dự trữ, Hoa Kỳ đã nâng cao đáng kể kiến thức của mình, dẫn đến sự hiểu biết được cải thiện nhưng không nhất thiết là sự tự tin được cải thiện. Tuy nhiên, các giám đốc phòng thí nghiệm vẫn tiếp tục chứng nhận kho dự trữ hàng năm kể từ khi tôi ký hai lá thư đầu tiên cho phòng thí nghiệm Los Alamos vào năm 1996 và 1997.
THÁCH THỨC PLUTONIUM
Mối lo ngại lớn nhất trong kho dự trữ hiện nay là plutonium hiện diện trong lõi, hay hố, của các ngòi nổ của vũ khí nhiệt hạch hai giai đoạn hiện đại. Plutonium được sử dụng trong vũ khí hạt nhân do các đặc tính hạt nhân của nó, nhưng cấu trúc điện tử của nó khiến nó trở thành nguyên tố phức tạp nhất trong bảng tuần hoàn và là một cơn ác mộng kỹ thuật.
Mặc dù nhiều vật liệu trong vũ khí đặt ra những thách thức đáng kể về mặt vật lý và kỹ thuật, nhưng hầu hết đều có thể được giải quyết bằng các thử nghiệm phi hạt nhân. Đối với plutonium, Hoa Kỳ từ trước đến nay vẫn dựa vào thử nghiệm hạt nhân để bù đắp cho sự thiếu hiểu biết cơ bản. Trong ba thập kỷ qua, không thử nghiệm, Hoa Kỳ đã phải kéo dài tuổi thọ của các hố hiện có hoặc cố gắng tái chế chúng theo các thông số kỹ thuật trước đó. Cả hai đều là những thách thức to lớn.
Việc kéo dài tuổi thọ của các hố hiện có một cách chắc chắn là rất khó khăn do cách plutonium bị phân hủy. Plutonium không chỉ bị lão hóa từ bên ngoài vào (giống như quá trình oxy hóa và gỉ sét của nhiều kim loại) mà còn từ bên trong ra ngoài. Nó phân rã phóng xạ bằng cách phát xạ hạt alpha, và kết quả là nó chuyển hóa thành các nguyên tố khác như americi, urani và neptunium, và nó cũng tạo ra heli trong quá trình phân rã. Các nguyên tử heli được lưu trữ trong cấu trúc kim loại plutonium, với một phần đáng kể tạo thành các bong bóng siêu nhỏ. Hơn nữa, quá trình phân rã alpha của plutonium đẩy các nguyên tử uranium năng lượng cao xuyên qua kim loại plutonium, phá vỡ đáng kể tính đều đặn của cấu trúc tinh thể plutonium, làm thay đổi các tính chất của nó.
Việc quay trở lại thử nghiệm hạt nhân có thể khơi mào một cuộc chạy đua vũ trang.
Những thách thức này ít được khoa học quan tâm trong những ngày thử nghiệm, và rất ít thiết bị hạt nhân cũ được thử nghiệm vì các hệ thống vũ khí thường xuyên được thay thế bằng các thiết kế mới, và do đó, các hố plutonium mới. Các đặc điểm lão hóa hiện đang được nghiên cứu chuyên sâu tại các phòng thí nghiệm vũ khí, nhưng nếu không được thử nghiệm, các đặc điểm nổ sụp đổ rất khó đánh giá và tuổi thọ của chúng vẫn chưa chắc chắn.
Cho đến năm 1989, các hố plutonium mới đã được sản xuất tại cơ sở hạt nhân Rocky Flats gần Denver, Colorado. Tuy nhiên, cơ sở này đã phải đóng cửa vĩnh viễn do những cáo buộc vi phạm môi trường, và mọi nỗ lực cung cấp cho quốc gia một cơ sở sản xuất hố phù hợp kể từ đó đều vấp phải sự phản đối chính trị hoặc chậm trễ đáng kể về thời gian và chi phí. Việc xây dựng một cơ sở sản xuất hố mới hiện đang được tiến hành tại nhà máy hạt nhân Savannah River ở Nam Carolina. Trong khi đó, cơ sở nghiên cứu và phát triển plutonium tại Los Alamos đã được tái cấu hình để sản xuất số hố mới rất ít được sản xuất kể từ năm 1989.
Một thách thức cơ bản là Hoa Kỳ không biết mức độ sản xuất hố nào là cần thiết để duy trì khả năng răn đe hạt nhân của mình bởi vì các nhà khoa học không biết tuổi thọ chấp nhận được của các hố plutonium hiện có cần được thay thế hay liệu chính phủ Hoa Kỳ có thể lựa chọn chế tạo các loại vũ khí khác để duy trì khả năng răn đe của mình hay không. Trong mọi trường hợp, Hoa Kỳ cần một tổ hợp sản xuất vũ khí hạt nhân hoạt động đầy đủ và bền vững, đặc biệt là cho việc sản xuất hố plutonium, bên cạnh một chương trình quản lý chặt chẽ.
THỬ NGHIỆM ĐÁNH BẠI
Mặc dù việc nối lại các cuộc thử nghiệm hạt nhân quy mô lớn sẽ cho phép Hoa Kỳ trả lời một số câu hỏi cấp bách về tính phù hợp của kho vũ khí hạt nhân, nhưng điều này sẽ mang lại lợi ích lớn hơn nữa cho Trung Quốc và Nga. Khi Trump đăng trên mạng xã hội rằng Trung Quốc và Nga đã thử nghiệm vũ khí hạt nhân, rất có thể ông đang ám chỉ các thí nghiệm thủy hạt nhân với năng suất cực thấp, vốn không thể bị phát hiện nếu không có sự hiện diện tại chỗ. (Nếu Trung Quốc hoặc Nga thực hiện các vụ thử hạt nhân ở tầm bắn hàng kiloton, gần như chắc chắn hệ thống giám sát thử nghiệm quốc tế tinh vi do Tổ chức Hiệp ước Cấm Thử Hạt nhân Toàn diện (CTBT) thiết lập sẽ phát hiện ra.)
Cả Trung Quốc và Nga dường như đều không coi những thí nghiệm này là vi phạm CTBT. Nga đã phê chuẩn hiệp ước CTBT vào năm 2000 nhưng đã hủy bỏ việc phê chuẩn vào tháng 11 năm 2023. Trung Quốc đã ký hiệp ước nhưng được cho là đang chờ Hoa Kỳ phê chuẩn trước. Tuy nhiên, giống như Hoa Kỳ, cả hai đều tuyên bố tuân thủ hiệp ước theo nguyên tắc pháp lý quốc tế rằng một khi một quốc gia đã ký hiệp ước (ngay cả khi không phê chuẩn) thì quốc gia đó không được phép vi phạm "mục đích và đối tượng" của hiệp ước.
Tuy nhiên, Nga và Trung Quốc có thể diễn giải sự khăng khăng của chính quyền Clinton về một hiệp ước "sức chứa bằng không" khác với Hoa Kỳ. Điều này là do "sức chứa bằng không" không có cơ sở kỹ thuật nào kể từ khi plutonium tự phân hạch. Trên thực tế, ngôn ngữ hiệp ước được Đại hội đồng Liên Hợp Quốc thông qua vào ngày 10 tháng 9 năm 1996 không hề đề cập đến "sức chứa bằng không". Văn bản chỉ nêu rõ: "Mỗi quốc gia thành viên cam kết không tiến hành bất kỳ vụ nổ thử vũ khí hạt nhân nào hoặc bất kỳ vụ nổ hạt nhân nào khác". Mặc dù hồ sơ đàm phán hiệp ước cho thấy các quan chức Nga và Trung Quốc đã đồng ý với "sức chứa bằng không", nhưng Trung Quốc không quan tâm đến các thí nghiệm thủy điện vào thời điểm đó vì họ không có đủ trình độ kỹ thuật để hưởng lợi từ chúng. (Bây giờ thì chắc chắn là có.) Trong khi đó, các đối tác Nga của tôi vào thời điểm đó đã phàn nàn rằng "sức chứa bằng không" là vô nghĩa và không thể kiểm chứng. Họ không coi các thí nghiệm thủy hạt nhân là không được phép. Xét cho cùng, Hoa Kỳ và Liên Xô đã biện minh cho các thí nghiệm thủy hạt nhân trong thời gian tạm hoãn 1958-1961 vì chúng không được coi là "vụ nổ hạt nhân".
Câu hỏi liệu Trung Quốc và Nga có tiến hành những thí nghiệm này trong khi Hoa Kỳ thì không sẽ tiếp tục gây tranh cãi cho đến khi vấn đề năng suất bằng không được giải quyết hoàn toàn. Các thí nghiệm thủy hạt nhân nên được năm cường quốc hạt nhân đã được thành lập chấp thuận, tạo điều kiện cho Hoa Kỳ tiến hành, hoặc chúng nên bị cấm cụ thể với các điều khoản xác minh đầy đủ.
Trong khi đó, việc nối lại các cuộc thử nghiệm hạt nhân quy mô lớn sẽ cho phép Hoa Kỳ trả lời một số câu hỏi cấp bách về các hố plutonium cũ kỹ và được tái chế. Nhưng điều này sẽ giúp ích cho Trung Quốc và Nga nhiều hơn nữa. Ví dụ, Tổng thống Nga Vladimir Putin đã và đang phô trương các hệ thống vũ khí mới, kỳ lạ, chẳng hạn như tên lửa hành trình trang bị đầu đạn hạt nhân chạy bằng năng lượng hạt nhân và ngư lôi Poseidon khổng lồ trang bị đầu đạn hạt nhân chạy bằng năng lượng hạt nhân. Việc thử nghiệm có thể sẽ giúp Nga tự tin hơn vào các hệ thống này.
Tuy nhiên, Trung Quốc có lẽ sẽ là nước rút được nhiều bài học nhất. Thử nghiệm hạt nhân sẽ củng cố những gì họ đã học được từ một vài cuộc thử nghiệm mà họ có thể thực hiện vào những năm 1990 trên các hệ thống vũ khí tạo nên kho vũ khí ngày nay. Nó cũng sẽ giúp triển khai kho vũ khí hạt nhân được mở rộng đáng kể mà họ đang phát triển hiện nay. Với các hoạt động rộng rãi được quan sát thấy tại các bãi thử hạt nhân của Trung Quốc và Nga trong những năm gần đây, rất có thể cả hai nước sẽ nối lại các cuộc thử nghiệm hạt nhân quy mô lớn nhanh hơn nhiều so với Hoa Kỳ. Việc nối lại các cuộc thử nghiệm quy mô lớn của bất kỳ quốc gia nào trong ba nước cũng có thể cho phép Ấn Độ, Triều Tiên và Pakistan vượt qua các rào cản chính trị để tiếp tục thử nghiệm.
Hoa Kỳ có lịch sử thử nghiệm phong phú nhất. Họ đã tiến hành 1.054 cuộc thử nghiệm hạt nhân (24 trong số đó là với Vương quốc Anh). Nga đã tiến hành 715 cuộc; Pháp, 210 cuộc; Vương quốc Anh, 45 cuộc; Trung Quốc, 45 cuộc; Ấn Độ, 6 cuộc; Pakistan, 6 cuộc; Triều Tiên, 6 cuộc. Tuy nhiên, điều mà Hoa Kỳ không có là một tổ hợp sản xuất vũ khí hạt nhân, đặc biệt là để sản xuất plutonium. Điều đó không đòi hỏi phải thử hạt nhân. Nó đòi hỏi ý chí quốc gia để thực hiện. 30 năm qua khiến tôi không mấy tin tưởng rằng Hoa Kỳ có thể làm được điều đó.
Mối lo ngại lớn nhất của tôi về việc nối lại các cuộc thử hạt nhân quy mô lớn là nó sẽ châm ngòi cho một cuộc chạy đua vũ trang nguy hiểm khác vào thời điểm căng thẳng toàn cầu giữa các cường quốc đang lên cao. Việc tham gia vào một cuộc chạy đua vũ trang khác trái ngược với bình luận của Trump rằng "sẽ thật tuyệt nếu tất cả chúng ta có thể phi hạt nhân hóa, bởi vì sức mạnh của vũ khí hạt nhân thật điên rồ".
Vậy thì, thay vì đề xuất quay trở lại thử hạt nhân ngay lập tức, Trump nên tập trung vào việc quay trở lại các biện pháp kiểm soát vũ khí để đảm bảo ổn định chiến lược với Nga và Trung Quốc. Hy vọng rằng, những biện pháp này sẽ dẫn đến việc giảm lực lượng hạt nhân của Hoa Kỳ và Nga, đồng thời giảm động lực thúc đẩy Trung Quốc gia tăng kho vũ khí. Về vấn đề thử hạt nhân, ông ấy nên giúp dựng lên những rào cản cao nhất có thể đối với bất kỳ quốc gia nào bằng cách dẫn đầu nỗ lực phê chuẩn CTBT. Để giải quyết vấn đề trốn tránh các vụ thử nghiệm năng suất thấp hoặc các thí nghiệm thủy hạt nhân, tổng thống và những người đồng cấp ở Bắc Kinh và Moscow cần thể hiện ý chí chính trị để thống nhất về một giới hạn năng suất thấp có thể kiểm chứng được. Điều này gần như chắc chắn sẽ đòi hỏi các cuộc thanh sát tại chỗ, điều đã được chứng minh là khả thi vào năm 1988.
Điểm mấu chốt là mặc dù Hoa Kỳ có thể thu được những lợi ích quan trọng từ việc nối lại các vụ thử hạt nhân, nhưng họ sẽ mất nhiều hơn được.
SIEGFRIED HECKER là Giáo sư Thực hành tại Trung tâm Nghiên cứu Không phổ biến Vũ khí Hạt nhân James Martin, Monterey và Khoa Năng lượng Hạt nhân của Đại học Texas A&M. Ông là Giám đốc Danh dự của Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos và Giáo sư Danh dự tại Đại học Stanford.
https://www.foreignaffairs.com/united-states/lessons-alamos
***
Lessons From Los Alamos
America Has the Most to Lose From Restarting Nuclear Testing
A nuclear test in progress, Nye County, Nevada, March 1953 National Nuclear Security Administration Nevada Site Office Photo LibraryLast month, U.S. President Donald Trump rekindled a decades-old debate about nuclear testing. “Because of other countries testing programs,” he wrote on social media, “I have instructed the Department of War to start testing our Nuclear Weapons on an equal basis.”
The United States has not tested a nuclear weapon since September 23, 1992. Energy Secretary Chris Wright quickly tried to walk back Trump’s post, explaining on Fox News that the president had meant testing nuclear delivery systems, not explosives. But Trump doubled down on his original meaning, telling 60 Minutes that he ordered resumption of nuclear testing in response to alleged secret underground nuclear detonations by China and Russia. “They test way underground where people don’t know what’s happening with the test,” he said.
Intelligence officials in both the first Trump and Biden administrations questioned whether U.S. adversaries, especially China and Russia, are testing nuclear weapons clandestinely. Both the Heritage Foundation’s Project 2025 and Trump’s former national security adviser, Robert O’Brien, have called for resuming testing to ensure the United States’ aging nuclear arsenal is safe, effective, and reliable. The United States has roughly 3,700 nuclear weapons, of which about 1,770 are believed to be deployed militarily—but all these weapons were produced and tested before the United States conducted its last test in 1992.
I am deeply familiar with this debate. When I first arrived at the Los Alamos Scientific Laboratory in New Mexico as a summer graduate student in 1965, the United States had conducted more than 400 nuclear tests, about half in the atmosphere and the rest underground. Its nuclear arsenal consisted of some 30,000 weapons. I served as director of the laboratory from 1986 through 1997 during the collapse of the Soviet Union, which resulted in drastic reductions of Russian and American nuclear arsenals, a nuclear testing moratorium in 1992, and a comprehensive nuclear test ban treaty in 1996.
Now, some 33 years after the last American nuclear test, the aging nuclear arsenal presents increasing challenges to maintain its safety, effectiveness, and reliability. But a return to testing at this time would likely benefit U.S. adversaries more than it would the United States. Worse still, it might rekindle an even greater and broader arms race than in the first few decades of the Cold War.
TESTING SPREE
Nuclear testing was deemed essential in the 1950s as the Soviet Union and the United States raced toward hydrogen bombs and missile-deliverable nuclear weapons. By the late 1950s, atmospheric explosions had inflicted a heavy health and environmental toll on the world with radioactive fallout. The consequences were even more dramatic in the northern Marshall Islands, where the United States was conducting most of its tests. Global public opposition led to a testing moratorium from 1958 to 1961 by the three nuclear weapons states at that time: the Soviet Union, the United Kingdom, and the United States.
During the moratorium, scientists at the Los Alamos lab using computer models discovered potential major safety concerns. They found that some of the nuclear weapons were not “one-point safe.” That is, an accident rather than intentional arming might trigger a nuclear explosion. They devised an ingenious scheme of very low-yield tests to find out. President Dwight Eisenhower was informed because of the sensitivity of potential abrogation of the test moratorium, and he authorized what were called “hydronuclear experiments” to be conducted unannounced, underground at Los Alamos. The nuclear yields from these experiments were typically much less than that generated by one pound of TNT, not tons or kilotons.
Thirty-five such experiments were conducted at Los Alamos and a smaller number at the Nevada Test Site by the Lawrence Livermore Laboratory. The experiments ended up being critical to making safety adjustments to Los Alamos systems. In 1966, for instance, a B-52 bomber carrying nuclear weapons crashed over Palomares, Spain. Had those weapons not been modified because of the hydronuclear program, the crash would likely have resulted in a significant nuclear explosion instead of setting off only the chemical explosives, which caused plutonium dispersal along the beaches.
Nuclear tests came roaring back in September 1961, when the Soviets shocked the world and abrogated the first testing moratorium. The United States was quick to respond—with ten tests later that year and with a mind-boggling 98 tests in 1962, with nearly half in the atmosphere. As concerns about nuclear fallout intensified, however, and public pressure again mounted, Soviet Premier Nikita Khrushchev, U.S. President John F. Kennedy, and British Prime Minister Harold McMillan agreed to limit nuclear testing to underground explosions in the Limited Test Ban Treaty signed in 1963. The last atmospheric tests by the three were in 1962. France and China, which joined the nuclear club around that time, conducted their last atmospheric tests in 1974 and 1980, respectively.
TESTING GOES UNDERGROUND
Despite the Limited Test Ban Treaty, the Soviet Union and the United States were still in an intense arms race. The Soviets were playing catch-up, adding more than 10,000 weapons every ten years (finally topping out at 41,000 by the end of the 1980s). The United States’ arsenal had peaked at 31,000 in 1967 and was slowly decreasing, while at the same time it was substantially increasing missile accuracy and survivability. The Cold War lingered on and nuclear testing, now underground, was still essential to both. In the ten years following the new treaty, the United States conducted nearly 400 underground tests and the Soviet Union about 170. Public opposition was muted because there were essentially no visible signatures of testing and the detrimental effects were dramatically less.
Most nonnuclear weapons states, however, still called for a complete test ban. The Soviets and Americans could only agree on limiting the size of underground tests to less than 150 kilotons with the Threshold Test Ban Treaty signed in 1974. The 150-kiloton limit was seen as a balanced compromise between politically demonstrating some nuclear restraint while maintaining the ability to modernize nuclear arsenals. It was initially viewed as being verifiable, yet it took 16 years for the two countries to ratify the TTBT because each side suspected the other of cheating. In the meantime, the two countries conducted another roughly 300 nuclear tests each.
The wheels were finally set in motion to ratify the TTBT once Soviet leader Mikhail Gorbachev and U.S. President Ronald Reagan met in their historic October 1986 summit in Reykjavik. Although the two men fell short of their goal—total elimination of nuclear weapons—the summit led to weapons scientists being asked to develop adequate verification techniques so that each side could get the assurances it needed to ratify the treaty.
To provide this assurance, we hosted Soviet scientists at the Nevada Test Site for months. The Soviet scientists made onsite measurements during the detonation of one of our nuclear devices in August 1988. Nongovernmental U.S. scientists, meanwhile, measured seismic signals remotely to compare. The sequence was then reversed when our nuclear scientists made onsite measurements of a Soviet device detonated at Semipalatinsk Test Site one month later. These measurements—and adroit negotiations—led to strong support for the treaty from both governments. In the U.S. Senate, it passed by a remarkable 98 to 0 vote in 1990.
GETTING TO ZERO
With the demise of the Soviet Union in December 1991, advocates in the United States pressed for a comprehensive test ban. The bipartisan Hatfield-Exon-Mitchell amendment to the 1993 Energy and Water Development Appropriations Act allowed for a maximum of 15 nuclear tests to be conducted over the next four years before the United States would sign a Comprehensive Test Ban Treaty with other nuclear-armed countries. President George H. W. Bush signed the CTBT reluctantly in October 1992; although he believed nuclear testing was important for national security, the amendment was cleverly attached to a spending bill that he greatly favored.
Upon assuming office just three months later, President Bill Clinton made a comprehensive nuclear test ban a top priority. There was a compelling logic to allow Los Alamos and other Department of Energy weapons laboratories to conduct an additional last few tests to prepare for a world in which no tests would be allowed, but Clinton chose to stop testing immediately to demonstrate his commitment to a comprehensive test ban.
During the next few years, Clinton administration officials led the laboratories and the military in intense discussions about the advisability of such a drastic change to the country’s nuclear stockpile preparedness. For example, in June 1995, the commander of the Strategic Command, who had responsibility for the United States’ nuclear forces, brought the lab leaders and officials from the Departments of Energy and Defense to Omaha for a “Stockpile Confidence Conference.” The labs explained what could be accomplished with testing limits of ten kilotons, one kiloton, and less.
Department of Energy Secretary Hazel O’Leary made it clear that kilotons yields were not in the cards. Based on the Los Alamos experience of the value of very low-test limits during the 1958–61 test moratorium, I made the case for the importance of retaining the right to do such hydronuclear experiments—that is, yield limits of pounds or less. Although the technical specialists differed on the value of such experiments, it did not really matter: for O’Leary and Clinton, there was a political imperative to get to zero.
Before Clinton’s final decision on the treaty, he instructed the chairman of the Joint Chiefs of Staff, General John Shalikashvili, to ask the weapons lab directors if they would support a zero-yield test ban treaty. I remember how, in July 1995, Shalikashvili looked me directly in the eyes in his Pentagon office and asked if he would have to tell Clinton that testing was needed to keep our nuclear weapons safe and reliable. I told him that the nuclear stockpile was safe and reliable—but he would need to ask that question again in the coming years.
As a result of that meeting, the three lab directors were required to certify the nuclear stockpile annually in writing to the Secretaries of Defense and Energy, who would inform the president, together with a letter by the commander of U.S. Strategic Command. Clinton announced a zero-yield test ban on August 11, 1995. The laboratories were thus limited to subcritical experiments, which would not generate a sustained nuclear reaction. Hydronuclear experiments would not be allowed.
This represented a dramatic change for the laboratories and significant risk for the nation’s nuclear arsenal preparedness. The Clinton administration addressed concerns expressed by the laboratory directors and the military by issuing six safeguards that defined the conditions under which the United States would enter into the CTBT. At the top was “the conduct of a science-based stockpile stewardship program to ensure a high level of confidence in the safety and reliability of nuclear weapons in the active stockpile.” Victor Reis, Department of Energy assistant secretary for defense programs, led this effort, and the goal was for the laboratories to develop a better understanding of the materials used and the processes involved during the entire life cycle of a nuclear weapon—up to and including detonation—in the absence of nuclear testing.
Somewhat paradoxically, with nuclear testing we were able to produce a reliable stockpile without fully understanding the science. In other words, nuclear tests compensated for the lack of understanding the complex scientific fundamentals of nuclear explosions. Gaining such understanding, it was hoped, would allow the labs and the military to keep the nuclear stockpile safe, secure, and reliable without nuclear testing.
The safeguards also included maintenance of nuclear laboratories, nuclear test readiness, programs to improve treaty monitoring capabilities and operations, and commitments in the areas of intelligence gathering and analysis. The final safeguard specified the circumstances under which the president would be prepared, in consultation with Congress, to conduct the necessary testing if the safety or reliability of the U.S. nuclear deterrent could no longer be certified.
On September 24, 1996, the United States joined 70 other countries, including China, France, Russia, and the United Kingdom, in signing the CTBT. As Clinton stated at the time, “This treaty is the longest-sought, hardest-fought prize in the history of arms control. Its message is unmistakable: the era of nuclear explosive testing is over.”
GETTING THE SCIENCE RIGHT
I was not as enthusiastic as the president about the CTBT. I viewed moving from the testing to the no-test era as an enormous challenge that required steadfast government commitment and the ability to continue to attract the best and the brightest to U.S. laboratories. Moreover, by bypassing the final tests that had been laid out in 1992, the United States missed the chance to examine concerns about age degradation of its weapons. China and France, by contrast, each conducted at least six nuclear tests before signing the CTBT. Consequently, both were better prepared for a test ban than the United States was. I was encouraged, however, by Reis’s valiant effort to develop a well-funded Stockpile Stewardship Management Program (SSMP). It was a chance to get the science right to help alleviate the loss of nuclear testing.
The Clinton administration faced substantial hurdles to ratify the CTBT. When Senator Jon Kyl of Arizona, who was vehemently opposed to ratifying the CTBT, asked me and the other lab directors if the program would give us the same confidence as was achieved by nuclear testing, I replied: “I believe that the SSMP as currently configured and fully funded provides the best approach to keeping the confidence level in our nuclear stockpile as high as possible for the foreseeable future. . . . A robust nuclear testing program would undoubtedly increase our confidence. However, our long-term confidence in the stockpile would suffer if we substituted a program consisting of an occasional nuclear test for a robust stewardship program.”
In his reply to Kyl, Lawrence Livermore Lab Director Bruce Tater also emphasized that a strong stockpile stewardship program is “necessary to underwrite confidence” in the U.S. nuclear weapons stockpile in an era without nuclear explosive testing.
That is where I believe we still stand today. Although the Senate failed by a large margin to ratify the CTBT in 1999, the United States has been committed to a voluntary testing moratorium and has not tested weapons at any yield. The stewardship program, meanwhile, has been funded generously. The laboratories have continued to attract outstanding scientists and engineers. And with new facilities, innovative nonnuclear experiments, and greatly improved analytical and computational tools, the United States has gained a better understanding of the materials and processes in nuclear weapons.
Nuclear testing provided a robust shortcut. With the stockpile stewardship program, the United States has greatly increased its knowledge, leading to an improved understanding but not necessarily improved confidence. Nevertheless, the directors of the laboratories have continued to certify the stockpile every year since I signed the first two letters for the Los Alamos lab in 1996 and 1997.
THE PLUTONIUM CHALLENGE
The most problematic concern in the stockpile today is the plutonium present in the cores, or pits, of the triggers of modern, two-stage thermonuclear weapons. Plutonium is used in nuclear weapons because of its nuclear characteristics, but its electronic structure makes it the most complex element in the periodic table and an engineering nightmare.
Although numerous materials in weapons present significant physics and engineering challenges, most can be addressed with nonnuclear tests. For plutonium, the United States has historically relied on nuclear testing to compensate for a lack of fundamental understanding. In the past three decades without testing, the United States has resorted to extending the lifetimes of existing pits or has tried to remanufacture them to previous specifications. Both have turned out to be monumental challenges.
Extending the life of existing pits with confidence is difficult because of how plutonium degrades. Plutonium ages not only from the outside in (like the oxidation and rusting of many metals) but also from the inside out. It radioactively decays by alpha-particle emission, and the result is that it transmutes to other elements such as americium, uranium, and neptunium, and it also generates helium during the decay. The helium atoms are stored in the plutonium metal structure, with some significant fraction forming microscopic bubbles. Moreover, the alpha decay of plutonium sends energetic uranium atoms crashing through the plutonium metal, greatly disrupting the regularity of plutonium’s crystal structure, changing its properties.
A return to nuclear testing might rekindle an arms race.
These challenges received little scientific attention during the testing days, and few aged nuclear devices were tested because the weapon systems were regularly replaced with new designs and, hence, new plutonium pits. The aging characteristics are now under intense study at the weapons labs, but without testing, the implosion characteristics are difficult to assess and the lifetimes are uncertain.
Up until 1989, new plutonium pits were produced in the Rocky Flats nuclear facility near Denver, Colorado. But that facility shut down permanently because of alleged environmental violations, and every attempt to provide the nation with an adequate pit production facility since has run into political opposition or major time delays and cost overruns. Construction of a new pit production facility is now underway at the Savannah River nuclear site in South Carolina. The plutonium R&D facility at Los Alamos, meanwhile, was reconfigured to make the very few new pits that have been produced since 1989.
A fundamental challenge is that the United States does not know what level of pit manufacturing is necessary to maintain its nuclear deterrent because scientists do not know what the acceptable lifetimes are for existing plutonium pits that need to be replaced or if the U.S. government may choose to build different weapons to maintain its deterrent. In any case, the United States needs a fully functioning, resilient nuclear weapon production complex, especially for plutonium pit production in addition to a robust stewardship program.
TESTING TRADEOFF
Whereas resumption of full-scale nuclear testing would allow the United States to answer some pressing questions about the fitness of its stockpile, it would provide even greater benefit to China and Russia. When Trump posted on social media that China and Russia were already testing nuclear weapons, it is likely he was referring to hydronuclear experiments with ultralow yields, which are not detectable without an onsite presence. (If China or Russia were doing nuclear tests in the multikiloton range, it would almost certainly be detected by the elaborate international test-monitoring system established by the Comprehensive Test Ban Treaty Organization.)
Neither China nor Russia likely sees these experiments as violating the CTBT. Russia ratified the CTBT treaty in 2000 but revoked ratification in November 2023. China has signed the treaty but is believed to be waiting for the United States to ratify it first. But, like the United States, both claim compliance with the treaty in line with the international legal principle that once a country signs a treaty (even if it fails to ratify it) it is not supposed to defeat the “object and purpose” of the treaty.
Russia and China, however, likely interpret the Clinton administration’s insistence on a zero-yield treaty differently than the United States has. This is because zero-yield has no technical basis since plutonium fissions by itself. In fact, the treaty language accepted by the UN General Assembly on September 10, 1996, makes no mention of zero-yield. It only states, “Each State Party undertakes not to carry out any nuclear weapon test explosion or any other nuclear explosion.” Although the treaty negotiating records show that Russian and Chinese officials agreed to zero-yield, China was not interested in hydronuclear experiments at the time because it did not have the technical sophistication to benefit from them. (It certainly does now.) My Russian counterparts at the time, meanwhile, complained that zero-yield made no sense and is unverifiable. They did not consider hydronuclear experiments disallowed. After all, the United States and the Soviet Union justified hydronuclear experiments during the 1958–61 moratorium because they were not considered to be “nuclear explosions.”
The question of whether China and Russia are conducting these experiments while the United States is not will continue to be contentious until the zero-yield issue is fully resolved. Hydronuclear experiments should be either approved by the five established nuclear powers, making it possible for the United States to conduct them, or they should be specifically disallowed with adequate provisions for verification.
Resumption of full-scale nuclear testing, meanwhile, would allow the United States to answer some pressing questions about aging and remanufactured plutonium pits. But it would help China and Russia even more. Russian President Vladimir Putin, for instance, has been brandishing new, exotic weapons systems, such as a nuclear-powered, nuclear-armed cruise missile and the huge Poseidon nuclear-powered, nuclear-armed torpedo. Testing would likely give Russia more confidence in these systems.
The Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, July 2023Brian Snyder / Reuters
China, however, would likely learn the most. Nuclear testing would augment what it learned from the few tests it was able to conduct in the 1990s on the weapon systems that make up its arsenal today. It would also help in fielding the greatly expanded nuclear arsenal that it is developing now. With the extensive activities observed at the Chinese and Russian nuclear test sites in recent years, it is also likely that both countries could resume full-scale nuclear testing much more quickly than could the United States. A resumption of full-scale testing by any of the three could also allow India, North Korea, and Pakistan to overcome political barriers to resume testing.
The United States has the richest test history. It has conducted 1,054 nuclear tests (24 of them with the United Kingdom). Russia has conducted 715; France, 210; the United Kingdom, 45; China, 45; India, 6; Pakistan, 6; North Korea, 6. What the United States does not have, however, is a nuclear weapon production complex, especially for plutonium pit production. That doesn’t require nuclear testing. It requires the national will to make it happen. The last 30 years give me little confidence the United States can do so.
My greatest concern about resuming full-scale nuclear testing is that it will fuel another dangerous arms race at a time when global tensions among the great powers are high. Engaging in another arms race is contrary to Trump’s comment that “it would be great if we could all denuclearize, because the power of nuclear weapons is crazy.”
Instead of suggesting an immediate return to nuclear testing, then, Trump should focus on returning to arms control measures to ensure strategic stability with Russia and with China. Hopefully, these measures would lead to a reduction in U.S. and Russian nuclear forces and reduce incentives for China to increase its arsenal. For nuclear testing, he should help erect the highest possible barriers for any country to test by leading an effort to ratify the CTBT. To settle the question of evasion of low-yield tests or hydronuclear experiments, the president and his counterparts in Beijing and Moscow would need to show the political will to agree on a verifiable low-yield limit. That will almost surely require onsite inspections, which were demonstrated to be possible in 1988.
The bottom line is that even though the United States could derive important benefits from resumed nuclear testing, it would lose more than it stands to gain.
SIEGFRIED HECKER is Professor of Practice at the James Martin Center for Nonproliferation Studies, Monterey and at Texas A&M University’s Department of Nuclear Energy. He is Director Emeritus of the Los Alamos National Laboratory and Professor Emeritus at Stanford University.
Nhận xét
Đăng nhận xét