В 2015 году Соединенные Штаты заключили революционную международную сделку с Ираном в отношении его ядерной программы. Вот наука, стоящая за этим.
В 2015 году между Ираном и международным сообществом во главе с США было достигнуто историческое соглашение относительно ядерной энергетики и оружия. Вся цель была проста: помочь Ирану обеспечить свою страну энергией с помощью ядерной энергии, одновременно обеспечив, чтобы это не стало воротами к обогащенному урану/плутонию, позволяющему производить ядерное оружие. Есть много политических и других голосов, не имеющих опыта в ядерной физике, которые высказывают мнение о том, была ли это хорошая сделка или плохая, без оглядки на фактические научные факты. Прежде чем мы рассмотрим какие-либо утверждения, основанные на политике, давайте взглянем на реальную физику, а затем оценим сделку с точки зрения доказательств.
На энергетическом фронте ядерная энергетика предлагает преимущества, с которыми не может сравниться ни один другой конкурент. В отличие от энергии ветра, солнца или гидроэлектроэнергии, она не подвержена часовым, дневным или сезонным колебаниям: вы поставляете топливо и нужные условия, а ядерная энергия обеспечивает необходимую вам энергию по запросу. В отличие от угля, нефти или природного газа, он не производит парниковых газов (потому что не сжигает углерод), и нам не грозит опасность исчерпания ядерного топлива на десятки тысяч лет. Вместо того, чтобы полагаться на химические переходы, когда конфигурации электронов в атомах и молекулах изменяются для высвобождения энергии, ядерная энергетика опирается на процесс ядерного деления, при котором тяжелые элементы расщепляются, высвобождая энергию в соответствии с формулой Эйнштейна E=mc2. Ядерные переходы примерно в 100 000 раз более эффективны, а это означает, что того же количества топлива, которое может питать город в течение дня с помощью химических реакций, с ядерными реакциями хватит на столетия.
Но у ядерной энергетики есть коварная обратная сторона, которая выходит далеко за рамки страха перед экологической и экологической катастрофой: тот факт, что побочные продукты этих ядерных реакций производят материал, который можно использовать для создания атомной бомбы. Для ядерных реакторов обычно требуется уран, причем определенный изотоп урана: U-235. Обычную, заурядную урановую руду сначала необходимо переработать, отделив уран от руды. После этого разделения вы получаете уран, содержащий только 0,7% U-235, а остальные 99,3% составляют неделящийся U-238. Для наиболее распространенного типа ядерного реактора требуется около 3-5% урана-235, а это означает, что вам необходимо сделать дополнительный шаг: преобразовать уран в гексафторид урана, который затем можно обогатить до необходимых уровней, чтобы сделать его пригодным для легкого сжигания. водяные реакторы.
Все очень просто: добывайте урановую руду, извлекайте уран из руды, затем обогащайте уран до уровня реактора и запускайте свой ядерный реактор. Вот как вы бы дали Ирану или любой другой стране, если уж на то пошло, ядерную энергию. Но есть и темная сторона, если вы имеете дело со страной со скрытыми мотивами: как чрезмерно обогащенный уран (85% U-235 или выше), так и побочные продукты реактора (в виде плутония) являются топливом, которое вы бы использовали. для создания бомбы деления. Теоретически даже менее обогащенный уран (примерно 20% U-235) можно было бы использовать для создания бомбы, хотя для этого потребуются сотни килограммов урана. Независимо от требуемых сумм, опасность реальна. Как бы велика ни была ядерная энергия для энергетических потребностей страны, она может привести к разработке сырья, необходимого для ядерного оружия.
Таким образом, одна из мер предосторожности, которую необходимо принять, - это проверка и мониторинг процесса обогащения урана. Если какая-либо страна использует свою процедуру обогащения для создания чрезмерно обогащенного урана, это потенциально материал для изготовления бомб. Мы должны убедиться, что этого не происходит.
Другая важная мера предосторожности более тонкая. После синтеза U-235 в реакторе образуется множество дополнительных продуктов, некоторые из которых представляют собой высокорадиоактивные элементы, не встречающиеся в природе, в том числе:
- U-236, которая является безошибочным «отпечатком пальца» отработавшего ядерного топлива,
- четыре различных изотопа плутония: Pu-238, Pu-239, Pu-240 и Pu-241,
- и немного кюрия: Cu-245.
Если вы беспокоитесь о ядерном оружии, вам следует беспокоиться о Pu-239.
В отличие от урана, нет хорошего способа разделить различные изотопы плутония. Таким образом, способ определить оружейный характер вашего плутония состоит в том, чтобы посмотреть, сколько в нем плутония-240. Если у вас слишком много, вы не сможете сделать из этого бомбу. Мы классифицируем плутоний следующим образом:
- Супероружейный класс плутоний содержит менее 3% Pu-240,
- Оружейный класс плутоний содержит менее 7% Pu-240 и
- Реакторного качества плутоний содержит 7% или более Pu-240.
Итак, это еще одна вещь, которую вы должны сделать: убедитесь, что вы не производите плутоний оружейного или супероружейного качества. Наряду с высокообогащенным ураном-235, это две вещи, которые вам нужны, чтобы убедиться, что они не попали в руки страны, свободной от ядерного оружия.
В 2015 году Джон Керри, тогдашний госсекретарь, привез с собой в Иран физика-ядерщика и министра энергетики Эрнеста Мониса, чтобы попытаться договориться о ядерной сделке. Надежда заключалась в том, что у Ирана будет свобода и возможность создавать энергию с использованием ядерной энергии, но таким образом, что создание ядерного оружия будет невозможно в сроки менее года. Мониз был мировым экспертом по ядерной физике, как и Али Акбар Салехи с иранской стороны, физик, курировавший ядерную программу Ирана.
Так что же произошло на переговорах 2015 года? Два физика-ядерщика потратили много времени на разговоры о SWU, что означает разделительные единицы работы, или объем работы, необходимый для создания обогащенного урана. Частью переговоров является оценка каждой стороной эффективности и возможностей неядерного государства по созданию этого обогащенного урана. В этих переговорах цель США заключалась в том, чтобы неядерному государству потребовалось как минимум год усилий для создания материалов, пригодных для бомб.
Другая часть заключалась в обеспечении того, чтобы урановые реакторы работали «нормально», т.е. в течение длительного периода времени и до полного израсходования топлива U-235. Если вы сделаете это, 19 или более процентов производимого вами плутония будет составлять Pu-240, что сделает невозможным создание бомб деления. Причина этого проста: ядерное деление производит нейтроны, более крупные ядра имеют большее поперечное сечение для поглощения нейтронов, поэтому, хотя U-238 может легко поглотить нейтрон, превратившись в Pu-239 (после некоторых радиоактивных распадов), этот Pu-239 также может легко поглотить нейтрон, превратившись в Pu-240. Только при кратковременном облучении реактора может быть получен Pu-239 без Pu-240.
Эти два вопроса, связанные с созданием обогащенного урана и оружейного плутония, находятся в центре любых переговоров о распространении ядерного оружия между неядерными государствами. Для точного выполнения оценок и расчетов требуется экстраординарный опыт, в том числе знание научных и технологических возможностей неядерного государства. Если мы все сделаем правильно и все стороны будут действовать относительно ответственно, мы сможем жить в мире, где многие страны будут иметь доступ к огромным преимуществам, которые приносит ядерная энергия, и при этом будет поддерживаться уровень глобальной безопасности, который зависит от того, что те же самые страны не имеют доступа к ядерной энергии. к ядерным бомбам. Объедините эту информацию с согласованными регулярными инспекциями со стороны международного агентства, и вот как ядерная сделка с Ираном осуществилась.
Текущая сделка имела аспекты, которые были хороши в течение десятилетия: до 2025 года, в то время как другие аспекты были лучше для дольше: было 25-летнее соглашение, действительное до 2040 года, о предотвращении разработки Ираном какой-либо ядерной возможности оружия. Процедуры инспекций были согласованы на международном уровне благодаря Совместному всеобъемлющему плану действий. И эта сделка была заключена независимо от каких-либо других военных программ. Вот как произошла сделка 2015 года, и почему последние три года она была такой успешной. Энергетические потребности Ирана удовлетворяются, санкции против них ослаблены, и они не ближе к ядерному оружию, чем были до заключения сделки.
Итак, теперь, когда мы дали предысторию науки и существующих договоренностей, и только сейчас, мы ввязываемся в политику. Еще в октябре 2017 года Трамп пригрозил разорвать ядерную сделку с Ираном и вновь ввести санкции против Ирана. В частности, он заявил, что необходимо пересмотреть три пункта:
- Отмена пункта об истечении срока действия, который является частью соглашения, срок действия которого истекает в 2025 году.
- Процедуры инспекций должны быть усилены, даже несмотря на то, что это процедуры, рекомендованные МАГАТЭ: агентство, проводящее инспекции.
- И рассмотрение ракетной программы Ирана, которая, по-видимому, нарушает несколько резолюций Совета Безопасности ООН.
За исключением третьего пункта, другие требования о пересмотре переговоров подрывают каждый аспект уже заключенной сделки. Историческая сделка 2015 года стала кульминацией 13-летних переговоров между Ираном, США, Международной ассоциацией по атомной энергии (МАГАТЭ) и многими государствами-членами НАТО и ООН. Все остальные мировые лидеры и вовлеченные агентства хотят сохранить текущее соглашение в силе. Даже если Трамп сам отменит сертификацию сделки, США все равно должны соблюдать соглашение; только с одобрения Конгресса он может быть отменен.
Но если мы разорвем сделку и снова введем санкции, все победы политики ядерного нераспространения немедленно растворятся. Нынешнее соглашение дает нам десятилетие мира, 25 лет абсолютной ответственности и регулярные проверки, гарантирующие, что в запасах радиоактивных материалов нет ничего пригодного для создания ядерного оружия. С этим согласны и остальные мировые научные эксперты. Если у Трампа есть доказательства того, что происходит что-то еще, он должен представить их американскому народу и всему миру. Двумя предыдущими министрами энергетики были Стивен Чу и Эрнест Мониз: выдающиеся физики-атомщики и ядерщики.; Сегодняшним министром энергетики является Рик Перри, который хранил молчание по ядерной сделке с Ираном после обличительной речи 2015 года, которая, по некоторым предположениям, и привела его к этой работе. Если Соединенные Штаты отвергнут и выйдут из Совместного всеобъемлющего плана действий, мы увидим, как сбудется один из наших самых больших страхов: «Америка прежде всего» означает «Америка в одиночку».