ロシアは核兵器を実験するために巨大レーザーをパワーアップしている

アンディ・エクスタンス

モスクワから約350キロ東にある閉鎖的な町サロフでは、科学者らがロシアの核兵器を将来にわたって運用し続けるためのプロジェクトに取り組んでいる。 10階建てでサッカー場2面分の面積をカバーする巨大な施設の中で、彼らは公式にはUFL-2Mとして知られるもの、あるいはロシアのメディアが「ツァーリ・レーザー」と呼んでいるものを建設している。完成すれば、世界最高出力のレーザーとなる。

高エネルギーレーザーは原子のグループにエネルギーを集中させ、温度と圧力を上昇させて核反応を開始させることができます。科学者はそれらを使用して、核弾頭が爆発したときに何が起こるかをシミュレートできます。研究サンプルまたは既存の核兵器からの微量の物質の小さなサンプルで爆発を引き起こすことにより、科学者は本格的な爆弾がどのように機能するかを計算できます。古い弾頭の場合、それが依然として意図したとおりに機能するかどうかを確認できます。レーザー実験により、核を発射することなく実験が可能になります。カリフォルニア州ミドルベリー国際研究所の核不拡散研究者ジェフリー・ルイス氏は、「これはロシアによる核兵器への多額の投資だ」と語る。

これまでロシアは、最も定評のある核保有国の中で唯一、高エネルギーレーザーを保有していない。米国には、現在世界で最もエネルギーの高いレーザーシステムである国立点火施設 (NIF) があります。 192 本の個別のビームが結合して 1.8 メガジュールのエネルギーを供給します。ある観点から見ると、メガジュールはそれほど大きな量ではなく、軽食と同様の 240 食品カロリーに相当します。しかし、このエネルギーが小さな領域に集中すると、非常に高い温度と圧力が発生する可能性があります。一方、フランスにはレーザーメガジュールがあり、現在 80 本のビームで 350 キロジュールを照射できるが、2026 年までに 176 本のビームで 1.3 メガジュールを照射することを目指している。英国の Orion レーザーは 5 キロジュールのエネルギーを生成する。中国の SG-III レーザー、180 キロジュール。

完成すれば、ツァーリレーザーはそれらすべてを超えるでしょう。 NIFと同様に、192本のビームを持つ予定ですが、合計出力は2.8メガジュールとさらに高くなります。ただし、現時点では最初の段階が開始されただけです。 2022年12月のロシア科学アカデミーの会議で、関係者は、レーザーが現在の状態で64本のビームを誇っていることを明らかにした。総出力は 128 キロジュールで、計画された最終能力の 6% です。次のステップはそれらをテストすることになるだろうと当局者は語った。

核反応を引き起こすレーザーの構築に関しては、「大きいほど良い」とイタリアのローマ大学の物理学者ステファノ・アッツェーニは言う。施設が大規模であれば、より高いエネルギーを生成できるため、材料をより高い温度や圧力にさらしたり、より大量の材料を試験したりできることになります。実験の限界を拡大すると、原子力研究者により多くの有用なデータが得られる可能性があります。

実験では、これらのレーザーはターゲット材料をプラズマとして知られる高エネルギーの物質状態に噴射します。気体、固体、液体では通常、電子は原子核にしっかりと固定されていますが、プラズマでは電子は自由に動き回ります。プラズマは、閃光や X 線などの電磁放射線や、電子や中性子のような粒子を放出します。したがって、レーザーには、これらのイベントがいつどこで発生したかを記録できる検出装置も必要です。これらの測定により、科学者は弾頭全体がどのように動作するかを推定することができます。

ジェレミー・ホワイト

エミリー・マリン

WIREDスタッフ

ウィル・ナイト

これまでのところ、ロシアがそのようなレーザーを持たないことは、兵器の機能を確保する上で大きな不利にはなっていない。それは、ロシアがプルトニウム「ピット」（多くの核兵器に使われている爆発性核心）の作り直しを継続的に行っているためで、桃のような果物の硬い中心にちなんで名付けられている。古い爆発ピットを新しい爆発ピットと簡単に交換できれば、レーザーを使用して経年劣化の程度を確認する必要が少なくなります。「米国では、大量のピットを製造する能力がないことを除けば、核兵器も再製造することになるだろう」とルイス氏は言う。コロラド州ロッキーフラッツにあった米国最大の生産施設は 1992 年に閉鎖されました。

研究者らは少なくとも1970年代から核兵器実験にレーザーを使用してきた。最初に、彼らはそれらを実際の兵器の地下実験と組み合わせ、両方のデータを使用してプラズマがどのように動作するかの理論モデルを構築しました。しかし、米国が1992年に包括的核実験禁止条約への合意を求めながら核兵器の実弾実験を中止した後、米国は「科学に基づいた備蓄管理」、つまり核弾頭の爆発のスーパーコンピュータシミュレーションを利用して弾頭の安全性と信頼性を評価することに切り替えた。。

しかし、このアプローチに従う米国および他の国々は、モデルとシミュレーションが現実と一致し、核が持ちこたえられることを確認するために、レーザーを使用して一部の核物質を物理的にテストする必要があった。そして彼らは今日でもこれを行う必要があります。

これらのシステムは完璧ではありません。「兵器の挙動を予測するために彼らが使用するモデルは、完全に予測できるものではありません」とアッツェニ氏は言う。その理由はさまざまです。 1 つは、プラズマをシミュレートするのが非常に難しいということです。もう一つは、プルトニウムは他の元素とは異なる奇妙な金属だということです。異常なことに、プルトニウムは温暖化するにつれて、溶ける前に 6 つの固体の形を経て変化します。それぞれの形態において、その原子が占める体積は、前の形態とは大きく異なります。

それにもかかわらず、実際に爆弾を爆発させることは別として、レーザー実験は核兵器がどのように機能するかを予測する最良の方法を提供します。米国は 2009 年に NIF を完成させ、2015 年にケシの実ほどの大きさの薄いプルトニウム標的にビームを照射し始めました。これにより、科学者は兵器の内部で何が起こっているのかをこれまでよりよく理解できるようになりました。

レーザー実験では、弾頭の放射性ピットの近くにある物質が長年の寿命にわたってどのように劣化し、反応するかを示すこともできます。実験からの情報は、核爆発の極端な温度と圧力の中でこれらの材料がどのように機能するかを明らかにするのにも役立ちます。フランスのボルドー大学高強度レーザー応用センターのウラジミール・ティホンチュク名誉教授は、こうした実験は核兵器の部品の設計やエンジニアリングに「不可欠」であると語る。

ティホンチュク氏は、最初に発表された翌年の2013年にツァー・レーザーがカンファレンスで発表されたのを見て以来、その進歩を追い続けてきた。同氏が最後にサロフの科学者らと話したのは2019年、ニジニ・ノヴゴロド近郊のサマースクールだった。同氏はロシアがレーザーを完成させるかどうかについては懐疑的だ。

ロシアには確かに科学の系譜がある。フランスのカダラッシュにある数十億ドル規模の核融合実験炉「ITER」など、大規模な科学施設の建設におけるパートナーとしての経験があるとティホンチュク氏は指摘する。ロシアはまた、ドイツの2つの施設、ハンブルクの欧州X線自由電子レーザー施設とダルムシュタットの反陽子・イオン研究施設にコンポーネントを提供した。そして、ロシア応用物理研究所の科学者たちは、NIFのレンズや「すべての大型レーザーの構築」に使用される高速結晶成長技術を開発した、とティホンチュク氏は言う。

しかしティホンチュク氏は、ロシアは科学者が海外に移転し、必要な専門知識の多くを失ったため、今後は苦境に陥るだろうと考えている。彼は、Tsar Laser のビームアレイは直径 40 センチメートルと非常に大きく、これがレンズの製造に重大な課題をもたらしていると指摘しています。レンズが大きくなればなるほど、レンズに欠陥が生じる可能性が高くなります。欠陥があるとエネルギーが集中し、加熱してレンズに損傷や破壊を引き起こす可能性があります。

ロシアがツァーリ・レーザーを開発しているという事実は、ロシアが核備蓄を維持したいと考えていることを示している、とルイス氏は言う。「これは彼らがこうしたものを長期間にわたって存続させることを計画していることの表れですが、それは素晴らしいことではありません。」しかし、レーザーが完成すれば、ロシアの動きに一縷の望みがあると同氏は見ている。「米国、ロシア、中国が爆発実験を再開するのではないかと非常に心配している。」ツァーリ・レーザーへの投資はむしろ、ロシアが爆発性核実験から得た十分なデータをすでに持っていると考えていることを示しているかもしれない、と彼は言う。

『WIRED』はこの記事についてNIFとロシア国立原子力公社であるROSATOMに問い合わせをしたが、コメントは得られなかった。

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