Украинский «Толстяк»
13 ноября британская газета Times сообщила, что Украина будет готова создать собственное ядерное оружие в течение нескольких месяцев, если новый президент США Дональд Трамп прекратит оказывать ей военную помощь. Корреспондент Times выяснил это, ознакомившись с документом, подготовленным для украинского минобороны Национальным институтом стратегических исследований — экспертного совета при президенте Зеленском.
Согласно докладу, для изготовления атомной бомбы можно извлечь плутоний из отработанного ядерного топлива украинских АЭС. Всего запасы плутония оцениваются в семь тонн, но даже малой доли от этого будет достаточно для сборки нескольких примитивных ядерных устройств, вроде американской бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки в 1945 году.
Вскоре после этой публикации Times украинский МИД выступил с опровержением: «Мы не владеем, не разрабатываем и не намерены создавать ядерное оружие». Намерения — вещь изменчивая и непроверяемая, и потому отдел науки решил выяснить, действительно ли у Украины есть техническая возможность произвести ядерное оружие в сжатые сроки, — основываясь только на открытой информации и мнениях экспертов.
Мирная атомная бомба
Атомные бомбы бывают двух типов: урановые и плутониевые. Чтобы пойти по урановому пути, надо получить многие килограммы урана-235 с чистотой 90%. Природный уран на 99,3% состоит из из урана-238. Чтобы выделить из него 235-й, требуется сложный, долгий и дорогостоящий процесс разделения изотопов, а также огромная масса урановой руды. Быстро построить такой производственный комплекс невозможно.
Второй путь намного проще: плутоний-239 образуется из урана-238 внутри любого работающего ядерного реактора, в том числе и на АЭС. Его извлекают из отработавших топливных сборок, растворяя их в кислоте и прогоняя раствор через серию химических реакций (в России этим занимается челябинский завод «Маяк»). Для этой задачи тоже требуется специальное оборудование и технологии, но это несравнимо проще, чем обогащать многие тонны урана.
Однако традиционно плутоний, который образуется на АЭС, к оружейному не относят, поскольку он слишком загрязнен вредным изотопом плутоний-240. Чтобы получить материал для бомб, используют специальные реакторы, которые позволяют получать плутоний с долей 240-го не выше 7%. Именно это обычно пишут в справочниках и энциклопедиях, прочитав которые можно задаться вопросом: а не предаются ли украинские стратеги вместе с газетой Times откровенным фантазиям? Ведь оружейных реакторов на территории страны нет и никогда не было.
«Такой взгляд на проблему плутония можно назвать упрощенным. В 1962 году американцы в ходе секретных испытаний взорвали атомную бомбу, изготовленную из неоружейного, реакторного плутония. В этом было небольшое лукавство — на самом деле, материал получили не с обычной АЭС, а с британского реактора двойного назначения PIPPA, графитового и канального типа. Поэтому особую опасность представляют отходы Чернобыльской АЭС — образующийся там плутоний с точки зрения соотношения изотопов может быть более пригодным для использования в оружии», — рассказал «Газете.Ru» Александр Уваров, специалист по атомной энергетике, руководитель «Атоминфо-Центра» (г. Обнинск).
По мнению Уварова, стоявшие на ЧАЭС реакторы РБМК относились к типу, схожему с PIPPA — тоже канальные и использующие графит в качестве замедлителя. Тем не менее, поскольку американцы никогда не раскрывали технических деталей и точный изотопный состав той бомбы, окончательный вывод сделать трудно.
В любом случае, для добычи плутония из отходов необходимо построить крупный химический комбинат. Однако в ходе «Манхэттенского проекта» между началом строительства таких заводов и получением первого продукта прошло около года, при том, что ни у кого из участников не было релевантного опыта и знаний.
Важен не тип реактора, а режим эксплуатации
Вся информация о точном изотопном составе плутония в отходах Чернобыльской АЭС закрыта. Однако в теории оружейный плутоний можно получить и на действующих украинских атомных станциях, использующих реакторы типа ВВЭР.
«Разница между «мирным» и «оружейным» реактором заключается не столько в конструкции, сколько в режиме эксплуатации. Если держать урановое топливо в реакторе очень долго, год и более, что выгодно для коммерческих электростанций, тогда в нем и правда накапливаются нежелательные для взрывного устройства изотопы. А если в тот же самый обычный реактор ВВЭР загрузить топливо и вынуть его через три-четыре месяца, то ненужных изотопов в нем будет мало. Получится вполне «оружейный» плутоний», — пояснил «Газете.Ru» инженер-физик программы «Безопасность радиоактивных отходов» Андрей Ожаровский.
Если Украина примет решение создать ядерное оружие (чего, по мнению ученого, она делать не будет как минимум из опасения международных санкций), то, вероятно, попробует изменить режим работы одной или нескольких АЭС и будет загружать в нее топливо чаще. Для этого подойдет любой реактор на тепловых нейтронах. Наконец, Ожаровский считает, что разделение плутония на оружейный и реакторный весьма условное. И тот, и другой подходит для изготовления взрывного устройства — избыток плутония-240 портит его качество, но не делает негодным ядерный материал. Например, реакторного плутония для бомбы может потребоваться больше, устройство будет менее мощным или будет слишком габаритным и тяжелым.
Ранее ответ на вопрос о пригодности для бомбы реакторного плутония дал непосредственный участник «Манхэттенского проекта» — американский математик и физик Карсон Марк. К разработке первой в мире атомной бомбы он присоединился лишь за несколько месяцев до завершения, но затем в течение более 20 лет возглавлял теоретический отдел Лос-Аламосской национальной лаборатории, где бомба была изобретена.
В статье 1990 года он ставит вопрос: могут ли гипотетические террористы или повстанцы изготовить атомную бомбу, захватив ядерные отходы, богатые плутонием любого качества? Так, например, критическая масса плутония-240 составляет 40 кг против 10 кг у «оружейного» изотопа. Однако критическая масса вполне оружейного урана еще больше — 47 кг.
«На практике критическая масса плутония из ядерного топлива любой стадии выгорания будет находиться в промежутке между Pu-239 и Pu-240, он в любом случае будет реактивнее оружейного урана. Реакторный плутоний можно привести в сверхкритическое состояние и, следовательно, взорвать, с помощью любой конструкции, пригодной для урана-235», — пишет Карсон Марк.
Точный изотопный состав плутония в первых атомных бомбах неизвестен, но считается, что он был близок к современному оружейному. Если бы плутоний в бомбах «Гаджет» (прототип «Толстяка») и «Толстяк», пишет Марк, заменили на реакторный, это с высокой вероятностью снизило бы их практическую мощность до нескольких процентов от номинальной. В этом случае взрыв бы получился субкилотонным — как в наименее мощных образцах тактического ядерного оружия. Однако проблему малой мощности можно решить, изменив конструкции бомбы.
В итоге ученый пришел к выводу, что любой плутоний пригоден для изготовления ядерного оружия, и сделать это из добытого на АЭС материала не сильно сложнее, чем из оружейного. Основное различие, по мнению Марка, будет заключаться в удобстве эксплуатации: боеприпас из реакторного плутония будет сильнее саморазогреваться и излучать, но и эту проблему инженеры могут решить.
Создание атомной бомбы из отходов обычных АЭС можно считать более чем возможным.