Xác minh giải trừ vũ khí mà không làm lộ bí mật quân sự

Làm thế nào để các thanh tra vũ khí xác minh rằng một quả bom hạt nhân đã được tháo dỡ? Câu trả lời đáng lo ngại là: Họ không thể, trong hầu hết các trường hợp. Khi các quốc gia ký các hiệp ước giảm vũ khí, họ thường không cấp cho các thanh tra quyền truy cập hoàn toàn vào các công nghệ hạt nhân của họ, vì sợ phải tiết lộ bí mật quân sự.

Thay vào đó, các hiệp ước cắt giảm vũ khí của Hoa Kỳ-Nga trước đây đã kêu gọi phá hủy các hệ thống phân phối/ chuyên chở các đầu đạn hạt nhân, như tên lửa và máy bay, nhưng không phá hủy chính các đầu đạn hạt nhân.

Để tuân thủ hiệp ước START, chẳng hạn, Hoa Kỳ đã cắt cánh máy bay ném bom B-52 và để những chiếc cánh này ở sa mạc Arizona, nơi Nga có thể xác nhận trực quan về việc các bộ phận máy bay đã bị tháo dỡ.

Đây là một cách tiếp cận hợp lý nhưng không hoàn hảo. Đầu đạn hạt nhân được lưu trữ có thể không thể phóng đi được trong một cuộc chiến, nhưng chúng vẫn có thể bị đánh cắp, bán hoặc vô tình phát nổ, với những hậu quả tai hại cho xã hội loài người.

"Rất cần phòng tránh các loại kịch bản nguy hiểm này và tìm cách tháo dỡ các các kho dự trữ này", theo ông Areg Danagoulian, một nhà khoa học hạt nhân của MIT. "Nói cách khác là cần có cách an toàn để tháo dỡ chính các vũ khí".

Giờ đây, các nhà nghiên cứu MIT, do Danagoulian đứng đầu, đã thử nghiệm thành công một phương pháp công nghệ cao mới có thể giúp các thanh tra xác minh rằng vũ khí hạt nhân đã bị tháo dỡ. Phương pháp này sử dụng chùm neutron để khảo sát các đầu đạn - và quan trọng là sau đó sử dụng bộ lọc đồng vị để mã hóa vật lý thông tin trong dữ liệu đo được, đảm bảo bí mật công nghệ hạt nhân cho quốc gia và vũ khí đang được kiểm tra.

Một bài báo mô tả chi tiết về các thí nghiệm, "Hệ thống xác minh đầu đạn mã hóa vật lý sử dụng cộng hưởng hạt nhân do neutron gây ra", vừa được xuất bản ngày trên tạp chí Nature Communications hôm 30/9/2019. Các tác giả là Danagoulian, giáo sư khoa học và kỹ thuật hạt nhân tại MIT, và sinh viên tốt nghiệp Ezra Engel. Danagoulian là tác giả liên hệ.

Thí nghiệm được xây dựng dựa trên công trình lý thuyết trước đây, cũng bởi Danagoulian và các thành viên khác trong nhóm nghiên cứu của ông. Năm ngoái, nhóm đã xuất bản hai bài báo mô tả chi tiết mô phỏng máy tính của hệ thống này. Cuộc thử nghiệm diễn ra tại Cơ sở Máy gia tốc tuyến tính Gaerttner (LINAC) trong khuôn viên của Học viện Bách khoa Rensselaer, sử dụng một đoạn dài 15 mét của dây chuyền tia neutron ở cơ sở này.

Đầu đạn hạt nhân có một vài đặc điểm quan trọng đối với thí nghiệm. Chúng thường sử dụng các đồng vị đặc biệt của plutoni - các biến thể của nguyên tố có số lượng neutron khác nhau. Và các đầu đạn hạt nhân sắp xếp các vật liệu theo cách đặc biệt.

Thí nghiệm đưa một chùm neutron qua molypden và vonfram (hai kim loại có chung đặc tính quan trọng với plutoni và được dùng làm vật liệu thay thế trong thí nghiệm), sau đó thông qua bộ lọc mã hóa làm xáo trộn thông tin. Tín hiệu chùm tia sau đó được gửi đến một máy dò thủy tinh lithium, trong đó "chữ ký" của dữ liệu, đại diện cho một số thuộc tính quan trọng của nó, được ghi lại - xác nhận tình trạng đầu đạn.

Thử nghiệm có tác dụng, trước hết, bởi vì chùm neutron có thể xác định đồng vị đang cần xem xét.

"Ở vùng năng lượng thấp, các tương tác của neutron rất đặc trưng với từng đồng vị", theo Dan Danouloulian. "Vì vậy có thể thực hiện một phép đo tín hiệu về các đồng vị [để xác nhận tình trạng đầu đạn], nhưng sau đó làm thêm bước mã hóa vật lý các tín hiệu này [để đảm bảo bí mật công nghệ hạt nhân cho các quốc gia]".

Mã hóa vật lý của thông tin chùm neutron làm thay đổi một số chi tiết chính xác, nhưng vẫn cho phép các nhà khoa học ghi lại một chữ ký riêng biệt của vật thể và sau đó sử dụng nó để thực hiện so sánh giữa các đối tượng. Quy trình này có nghĩa là vũ khí của một quốc gia có thể bị kiểm tra mà không tiết lộ tất cả các chi tiết về cách chế tạo.

"Bộ lọc mã hóa này về cơ bản giấu đi các thuộc tính bên trong của chính đối tượng được phân loại", Dan Danagoulian giải thích.

Cũng có thể chỉ cần gửi chùm neutron qua đầu đạn, ghi lại thông tin đó và sau đó mã hóa nó trên hệ thống máy tính. Nhưng quá trình mã hóa một cách vật lý an toàn hơn, Danagoulian lưu ý: "Về nguyên tắc, bạn có thể mã hóa với máy tính, nhưng máy tính không đáng tin cậy. Chúng có thể bị hack, trong khi các định luật vật lý là bất biến".

Các thử nghiệm của MIT cũng bao gồm các kiểm tra để đảm bảo rằng các thanh tra không thể thiết kế ngược quy trình và do đó suy ra các thông tin vũ khí.

Trong khi nhiều giao thức bổ sung sẽ phải được sắp xếp để làm cho toàn bộ quy trình hoạt động một cách đáng tin cậy, thì phương thức mới vẫn là cách cân bằng hợp lý giữa kiểm tra và đảm bảo bí mật cho các bên liên quan.

Danagoulian tin rằng việc đưa phương pháp mới qua giai đoạn thử nghiệm là một bước tiến đáng kể cho nhóm nghiên cứu của ông.

"Các mô phỏng có thể nắm bắt được bản chất vật lý, nhưng không thể nắm bắt được sự bất ổn của hệ thống", Danagoulian nói. "Các thí nghiệm mới có thể nắm bắt được toàn bộ".

Trong tương lai, ông muốn xây dựng một phiên bản quy mô nhỏ hơn của bộ máy thử nghiệm, một phiên bản chỉ dài 5 mét và có thể di động, để sử dụng tại tất cả các trang kho vũ khí.

"Mục đích của công việc của chúng tôi là tạo ra các kỹ thuật, xác nhận chúng, chứng minh rằng chúng hoạt động thông qua các mô phỏng và thí nghiệm, và sau đó Phòng thí nghiệm quốc gia có thể sử dụng chúng trong bộ kỹ thuật xác minh của họ", Danagoulian nói, đề cập đến các nhà khoa học tại Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.

Karl van Bibber, giáo sư Khoa Kỹ thuật hạt nhân tại Đại học California tại Berkeley, người đã đọc các bài báo của nhóm, nói rằng công việc này rất hứa hẹn và đã tiến một bước dài, nhưng ông nói thêm rằng "vẫn còn nhiều việc phải làm" đối với dự án.

Cụ thể hơn, van Bibber lưu ý, trong các thử nghiệm gần đây, việc phát hiện vũ khí giả dựa trên các đặc điểm đồng vị của vật liệu, thay vì sắp xếp không gian của vật liệu, là dễ dàng hơn. Ông tin rằng thử nghiệm tại Phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ có liên quan, Los Alamos hoặc Livermore, sẽ giúp đánh giá thêm các kỹ thuật xác minh trên các thiết kế tên lửa tinh vi.

Nhìn chung, van Bibber cho biết thêm, nói về các nhà nghiên cứu, "sự kiên trì của họ đang được đền đáp, và cộng đồng xác minh hiệp ước chắc hẳn đang rất chú ý đến họ".

Danagoulian cũng nhấn mạnh, một cụm nhỏ gồm một số đầu đạn hạt nhân hiện đại có lực phá hủy tương đương với tổng lượng mọi vũ khí được bắn trong Thế chiến II, bao gồm cả các quả bom nguyên tử được thả xuống Hiroshima và Nagasaki. Hoa Kỳ và Nga sở hữu tổng cộng khoảng 13.000 vũ khí hạt nhân.

"Khái niệm về chiến tranh hạt nhân quá lớn đến nỗi nó không phù hợp với bộ não của con người", Danouloulian. "Nó kinh hoàng đến mức người ta không muốn nghĩ đến".

Đối với cá nhân Danagoulian, việc trở thành cha mẹ làm tăng đáng kể ý thức cần hành động cho vấn đề này, và giúp thúc đẩy dự án nghiên cứu hiện tại.

"Đây là một sự thúc giục đối với tôi", Dan Danagoulian nói. "Tôi có thể sử dụng kiến thức và kỹ năng vật lý của mình để làm một cái gì đó cho xã hội và cho con cái tôi không? Đây là khía cạnh con người của công việc".

Nghiên cứu được hỗ trợ một phần bởi Giải thưởng quản lý an ninh hạt nhân Quốc gia của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.

http://news.mit.edu/2019/verify-dismantle-nuclear-bombs-0927

https://www.worldatlas.com/articles/countries-with-the-most-nuclear-weapons.html