Unutar tajnih laboratorija koje proizvode američko nuklearno oružje !
Svaki eksperiment u Nacionalnom centru za paljenje (NIF) u Kaliforniji – „pucanj“ – traje samo nekoliko milijarditih dijelova sekunde. Međutim, mnogo toga se dešava u tom kratkom trenutku: 192 laserska snopa, ukupne snage oko 500 triliona vati, konvergiraju u ciljnoj komori mašine i ispuštaju svoju energiju na zlatni cilindar, dug samo nekoliko centimetara. Unutar cilindra nalazi se dijamantna sfera veličine zrna bibera ispunjena mješavinom deuterija i tricija, teških izotopa vodonika.
Kako sfera apsorbuje energiju lasera, njeni vanjski slojevi se brzo “ablaju”. To stvara udarni talas koji putuje brzinom od 300 km u sekundi i implodira unutrašnjost sfere. Kako se atomi deuterija i tricija guraju zajedno pod milijardama puta većim atmosferskim pritiskom, a njihove temperature prelaze 100 m°C, oni počinju da se spajaju u helijum, oslobađajući ogromne količine energije.
Ovo je komplet koji vam je potreban da biste mogli rekonstruisati eksploziju nuklearnog oružja bez stvarnog aktiviranja bombe. NIF je osmišljen 1990-ih, nekoliko godina nakon što je Amerika odlučila prestati testirati svoj nuklearni arsenal u podzemnim eksplozivnim testovima. Bez ovih testova, ljudima odgovornim za nuklearno odvraćanje zemlje i dalje su bili potrebni načini da garantuju sigurnost svojih bojevih glava dok su bile u skladištu i, što je najvažnije, da uliju povjerenje da će one funkcionisati kako je predviđeno, ako ikada budu potrebne.
Postrojenja koja je američki nuklearni establišment razvio kako bi odgovorio na taj izazov na kraju su uključivala NIF, najmoćniji laser na svijetu, i El Capitan, njihov najbrži i najsposobniji superračunar. Oba su postala centralna za obnovljenu misiju američkih laboratorija za nuklearno oružje, dok nadograđuju svoje postojeće bombe i, prvi put u decenijama, dizajniraju potpuno nove.
Održavanje nuklearnog oružja zahtijeva armiju naučnika i inženjera. NIF je dio Nacionalne laboratorije Lawrence Livermore u blizini San Francisca, osnovane 1952. godine kao rival Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos u Novom Meksiku. Upravo su u Los Alamosu prve nuklearne bombe izgrađene manje od decenije ranije. „Razvijali smo ovu naprednu tehnologiju u vrlo tajnom okruženju“, kaže Kim Budil, šefica Livermorea. „Bilo je zaista važno unijeti naučnu rigoroznost, stručnu recenziju i konkurenciju u tu tehnološku utrku.“ Dvije laboratorije namjerno teže različitim dizajnima oružja i, iako ponekad sarađuju, međusobno se nazivaju „konkurentima“.
Livermore i Los Alamos dizajniraju “fizičke pakete” u američkim bojevim glavama, odnosno nuklearne dijelove nuklearnih bombi. Treća institucija, Sandia National Laboratories, dodaje nenuklearne komponente (kao što su okidači, baterije, senzori i elektronika otporna na zračenje) i integrira uređaje koje su napravila dva fizička laboratorija sa sistemima za isporuku (npr. projektilima) koji ih pretvaraju u robusno, lako rasporedivo oružje. Sve u svemu, tri laboratorija Nacionalne uprave za nuklearnu sigurnost (NNSA) zapošljavaju desetine hiljada naučnika i inženjera. Sve tri su dale časopisu The Economist rijedak pristup svojim istraživačima i nekim od svojih objekata.
Kada je Livermore otvoren, jedan od njegovih primarnih ciljeva bio je ubrzati razvoj vodikovih, odnosno termonuklearnih bombi. Za razliku od fisijskih bombi koje su razvijene u okviru Projekta Manhattan, koje su oslobađale energiju cijepanjem atoma teških elemenata (uranija i plutonija), termonuklearne bombe su dizajnirane da oslobađaju energiju spajanjem atoma deuterija i tricija, nekih od najlakših koji postoje. (Ove bombe se nazivaju termonuklearne jer imaju dvije faze: prvo, fisijsku bombu napravljenu od plutonija koja stvara intenzivan nalet toplote; koja zatim pali drugu fazu u kojoj dolazi do fuzije).
Termonuklearna tehnologija otvorila je vrata moćnijem, ali i kompaktnijem oružju. Pedesetih godina prošlog stoljeća, kada je američka mornarica odlučila stvoriti nuklearno odvraćajuće sredstvo na moru, Livermoreu je dodijeljen zadatak minijaturizacije nuklearnih bombi kako bi se mogle pričvrstiti na projektile koji stanu u podmornice. Trebalo im je manje od četiri godine da osmisle Polaris, raketni sistem za red veličine manji od svega što je postojalo prije, a koji dr. Budil s ponosom opisuje kao „najvažniju tehnološku promjenu u historiji nuklearnog oružja“.
Mali, kompaktni termonuklearni uređaji postali su glavna radna snaga i američkog i sovjetskog nuklearnog arsenala dok su se širili tokom hladnog rata. Srećom, nijedno od ovog oružja nikada nije korišteno u bijesu i, decenijama nakon što je izgrađeno, hiljade ih se još uvijek nalazi u njihovim zalihama.
Jedan od najvećih zadataka koji danas zaokupljaju naučnike u laboratorijama Los Alamos, Livermore i Sandia jeste da pažljivo prate te bojeve glave. „Nuklearno oružje koje stoji na polici je poput hemijskog eksperimenta koji se kuha iz godine u godinu“, kaže dr. Budil. „Stvari se mijenjaju. Radioaktivni materijali se s vremenom raspadaju. Polimerni materijali se degradiraju.“
Svake godine se nekoliko uređaja rastavlja i temeljito ispituje. Također se provode i ekstremnija testiranja. Mikroskopski uzorci materijala stavljaju se u ciljnu komoru NIF-a, gdje se mogu snimati rendgenskim zracima dok se istovremeno doživljava ekvivalent nuklearne eksplozije. U Sandiji, Z mašina je još jedan način da se približi jezgru nuklearne eksplozije, ali koristeći intenzivna elektromagnetna polja umjesto lasera. U Los Alamosu, nasuprot tome, nenuklearni dijelovi oružja bivaju razneseni udarnim talasima konvencionalnih eksploziva koji se koriste za iniciranje nuklearne bombe.
Sav taj eksperimentalni rad koristi se za bolje razumijevanje svojstava materijala koji se koriste u bombama. I, uz hiljadu ili više testova nuklearnog oružja u punom obimu provedenih prije 1992. godine, podaci se također koriste za izgradnju boljih kompjuterskih simulacija nuklearnih eksplozija. One su sada toliko dobre da Thom Mason, direktor Los Alamosa, smatra da naučnici danas bolje razumiju kako nuklearno oružje funkcioniše nego što su to činili tokom ere testiranja eksploziva. „Moderni naučni alati zaista značajno nadmašuju sve što smo imali 1990-ih“, kaže on.
Tačno koliko bolje je demonstrirano u računarskom centru Livermore, nekoliko minuta hoda od NIF-a. U januaru su se naučnici i vladini zvaničnici okupili tamo kako bi predstavili najnoviji (i sada najmoćniji) superračunar NNSA-e – El Capitan. Ova mašina može izvršiti kvintilion (1018) operacija s pomičnim zarezom (mjera izračuna) u sekundi. To je oko 100 miliona puta brže od tipičnog laptopa, što ga čini tek trećim ikada napravljenim egzaskalnim računarom („eksa“ je prefiks mjere za 1 iza kojeg slijedi 18 nula). Njegovih otprilike 90 procesorskih regala veličine frižidera gusto je raspoređeno na istom prostoru kao nekoliko teniskih terena.
Superračunar je dio programa Advanced Simulation and Computing (ASC), započetog 1995. godine, zajedno s NIF-om, kao dio američkog odgovora na moratorij na testiranje nuklearnog oružja. Jedan od prvih ciljeva, postavljenih za početak novog milenijuma, bio je sastavljanje hardvera i softvera potrebnog za pokretanje trodimenzionalne simulacije sistema naoružanja.
Naučnici su savladali ogromne izazove koristeći arhitekturu paralelnog računarstva koja je u to vrijeme postajala moguća. To je značilo dijeljenje simulacije na male dijelove koji su se mogli istovremeno pokretati na centralnim procesorskim jedinicama (CPU) i grafičkim procesorskim jedinicama (GPU) koje se nalaze u vrhunskim računarima. I dalje je bilo potrebno nekoliko mjeseci da se pokrene jedna simulacija. „Na El Capitanu sada procjenjujemo da bismo mogli pokrenuti više od 200 takvih u jednom danu“, kaže Rob Neely, pomoćnik direktora za simulaciju oružja i računarstvo u Livermoreu. I sve to u mnogo većoj rezoluciji.
Pogledajte bliže procesore i nešto drugo postaje očigledno. Umjesto CPU-a i GPU-a, El Capitan koristi specijalizovane čipove koje je za Livermore razvio Advanced Micro Devices, dizajner čipova, a koji se nazivaju jedinice za ubrzanu obradu (APU). Tipično, GPU-ovi i CPU-ovi imaju vlastitu pohranu i memoriju, a komunikacija između njih, poznata kao magistrala, može postati usko grlo za brzinu sistema. Svaki APU je, umjesto toga, jedan komad silicija sa sekcijama („čipletima“) koje pojedinačno rade kao CPU-ovi ili GPU-ovi, što im omogućava dijeljenje memorije i pohrane. „To je trenutno jedina arhitektura na svijetu za koju znamo da to radi na ovaj način“, kaže dr Neely.
Gustoća i arhitektura tih APU-ova daju El Capitanu prednost u odnosu na mašine koje bi, na papiru, mogle imati veću sirovu računarsku snagu. U Los Alamosu se simulacije također primjenjuju za novi zadatak – dizajniranje novog oružja od nule. W93, kako se zove, na kraju će se koristiti na balističkim raketama koje će rasporediti nove podmornice klase Columbia američke mornarice. To je prvo novo oružje u američkom nuklearnom arsenalu od 1980-ih i, s obzirom na to da su eksplozivni testovi zabranjeni, Los Alamos će morati provoditi simulacije od samog početka procesa dizajniranja. El Capitan će omogućiti naučnicima da optimiziraju dizajn, kaže dr Neely.
W93 je simbol obnovljene energije u Los Alamosu. „Naš budžet se otprilike udvostručio u posljednjih pet ili šest godina“, kaže dr. Mason. To znači hiljade više naučnika, modernizovane objekte i obnovljenu sposobnost izrade plutonijumskih jama, ključnog elementa modernih termonuklearnih bombi. I, za razliku od mnogih drugih područja naučnih istraživanja u Americi danas, budžet za NNSA ne očekuje nikakva smanjenja federalnog finansiranja.
Sve je ovo odgovor na ono što dr Mason naziva „četvrtim dobom“ nuklearnog oružja. Prvo je bio izum nuklearnih bombi tokom Projekta Manhattan; drugo je bila hladnoratovska utrka za izgradnju nuklearnih arsenala; a treće doba je bio period nakon pada Sovjetskog Saveza tokom kojeg se smatralo da će nuklearno odvraćanje imati opadajuću ulogu u svjetskim poslovima.
Četvrto nuklearno doba je zabrinjavajuće vrijeme koje karakterizira slom kontrole naoružanja, ruske prijetnje upotrebom nuklearnog oružja, brzo gomilanje nuklearnog oružja od strane Kine i tenzije među drugim nuklearnim silama poput Indije i Pakistana. Također postoji neizvjesnost oko novih i budućih nuklearnih sila, te rizik da bi američki saveznici mogli razviti vlastito nuklearno oružje jer gube vjeru u njegov zaštitni kišobran. „Jasno je da je odvraćanje, još jednom, prilično važno“, kaže dr Mason.
Iako se primarna namjena laboratorija u Los Alamosu i Livermoreu nikada ne dovodi u pitanje, njihovi naučnici žele istaknuti da ovi objekti mogu učiniti mnogo više od pukog rada na nacionalnoj sigurnosti. NIF je, na primjer, vodeći laboratorij u pokušaju stvaranja energije nuklearnom fuzijom.
U decembru 2022. godine, NIF je opravdao “i” u svom nazivu i postao prva lokacija na svijetu koja je postigla paljenje – oslobađajući više energije iz fuzije nego što je korišteno za njeno pokretanje. Od tada su naučnici tamo postigli paljenje u još osam navrata, postepeno povećavajući prinos energije svaki put.
Mark Herrmann, direktor programa za fiziku oružja u Livermoreu i bivši direktor NIF-a, dobro je svjestan da će biti potrebno mnogo više rada da se ovi proboji pretvore u održiv izvor energije. Za početak, sami laseri moraju postati mnogo energetski efikasniji, a fuzijske reakcije bi se morale događati desetine puta u sekundi (umjesto samo desetak puta sedmično). Iako je potrebno više inženjerskog rada, kaže dr Herrmann, “Ne postoje naučne prepreke da se te stvari dogode.”
Međutim, upravo zbog oružja ove laboratorije i postoje. A njihova zastrašujuća moć nikada nije daleko od umova i motivacija naučnika koji su u tome uključeni. Kada su ga pitali kako se on i njegove kolege osjećaju u svojoj ulozi razvijanja nuklearnih bombi, dr. Mason ukazuje na (iako povremeno neugodan) geopolitički poredak koji je održan kao rezultat straha ljudi od njihove moći. „Ako se oružje koje dizajniramo nikada ne upotrijebi“, kaže on, „bićemo uspješni.“
izvor : (The Economist)
