其他

北韓核子試爆為何失敗?

2006年10月,北韓利用鈽元素製造核彈,爆炸威力卻沒有預期中大,試爆過程出了什麼問題?

撰文/柯林斯(Graham P. Collins)
翻譯/邱淑慧

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北韓核子試爆為何失敗?

2006年10月,北韓利用鈽元素製造核彈,爆炸威力卻沒有預期中大,試爆過程出了什麼問題?

撰文/柯林斯(Graham P. Collins)
翻譯/邱淑慧

自從北韓聲稱進行核武試爆的新聞傳出後,專家立刻就發現,這起爆炸的規模比一般首次試爆的威力小得多。核彈的爆炸威力通常是以千噸計,亦即釋放出相當於千噸黃色炸藥的能量。大多數國家的首次核彈試爆,威力都是約5~25千噸。例如1945年時,美國所進行的「三一試爆」,爆炸當量就約有20千噸。然而北韓的試爆卻只有約0.5千噸,而據稱北韓官方在試爆前告知中國大陸的爆炸威力約4千噸。


有些評論家立即推測,這起爆炸可能不是核彈。但是,在爆炸後兩天內蒐集到的空氣樣本,證明了它確實是來自核爆。其中一個跡象是,在空氣中偵測到氙的放射性同位素。當原子在爆炸中分裂開來時,會產生氙這種化學惰性氣體,即使試爆是在地底下進行,氙也會很快滲漏出來。


那麼,顯然北韓是製造了某種核子悶彈。使用的核子燃料種類,會決定哪裡可能出錯。根據美國官方提出的空氣樣本報告,判斷該裝置是利用鈽(跟三一和日本長崎的核爆一樣)而不是鈾(跟日本廣島一樣)。而北韓也確實擁有大量的鈽,但是除了北韓自己,沒有任何人知道其鈾的藏量是否已到達足以發展核武的程度。


北韓核武測試所需的鈽239,可能來自於寧邊(Yongbyon)的核子反應器使用過的燃料棒。


鈽彈失敗的可能因素有很多。第一個因素取決於引燃鈽彈的內爆程序。內爆要完全成功,必須達到極度對稱。通常是在以鈽構成的圓球(稱為核心或孔)周遭圍繞傳統炸藥(快速與慢速爆炸兩種)。工程人員在裝置這些炸藥時必須十分謹慎,讓它們在同步爆炸時能產生精確的球狀震波,而且將位於爆炸圈內的鈽壓縮達到一般密度的2~5倍(壓縮得越緊密,爆炸當量就越大)。當密度較高,原本低於臨界質量的鈽超過了臨界值,便會開啟持續的連鎖反應,發生爆炸。


如果衝擊波無法完全對稱,例如,如果有個雷管的啟動時間,比其他雷管晚了100奈秒,壓縮的效果就會較差,因為鈽核心會往衝擊波較弱或較晚抵達的方向噴發出來。另一個可能的麻煩是啟動器,這是位於核中心的一個小裝置,會發射出中子,以確保在內爆時某個確切階段啟動連鎖反應。啟動器發射得太早、太晚,或是不完全,都會削弱爆炸強度。


當同位素鈽240太多的時候,炸彈也可能過早引爆,這樣的失誤稱為「先期爆炸」(predetonation)。核子反應器內的燃料棒,會產生所需的同位素鈽239,但是該元素如果在反應器中放置越久,轉變為鈽240的數量就會越多。通常,鈽240每秒所發射出的中子,可以達到鈽239的數萬倍。雖然中子是造成連鎖反應的關鍵粒子,但是在內爆的早期過程中,中子數量太多卻會導致先期爆炸。


2006年10月9日在韓國豐溪究竟發生了什麼事,可能也只有金正日的科學家知道吧。無論如何,爆炸技術的缺失,並不會改變其釋出的政治意涵。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2007年第60期2月號】