Como desmontar uma bomba nuclear
Testando um novo método para verificação de redução de armas
- Fonte: Instituto de Tecnologia de Massachusetts
- Como os inspetores de armas verificam se uma bomba nuclear foi desmontada? Uma resposta inquietante é: na maioria das vezes, não. Quando os países assinam pactos de redução de armas, normalmente não concedem aos inspetores acesso completo às suas tecnologias nucleares, por medo de revelar segredos militares.
Em vez disso, tratados anteriores de redução de armas entre EUA e
Rússia pediram a destruição dos sistemas de entrega de ogivas nucleares,
como mísseis e aviões, mas não as próprias ogivas.
Para cumprir o tratado START, por exemplo, os EUA cortaram as asas dos
bombardeiros B-52 e os deixaram no deserto do Arizona, onde a Rússia
poderia confirmar visualmente o desmembramento dos aviões.
É uma abordagem lógica, mas não perfeita. Ogivas nucleares armazenadas podem não ser entregues em uma guerra, mas ainda podem ser roubadas, vendidas ou detonadas acidentalmente, com conseqüências desastrosas para a sociedade humana.
"Existe uma necessidade real de antecipar esses tipos de cenários perigosos e ir atrás desses estoques", diz Areg Danagoulian, cientista nuclear do MIT. "E isso realmente significa um desmantelamento verificado das próprias armas".
Agora, os pesquisadores do MIT liderados por Danagoulian testaram com sucesso um novo método de alta tecnologia que poderia ajudar os inspetores a verificar a destruição de armas nucleares.
O método usa feixes de nêutrons para estabelecer certos fatos sobre as ogivas em questão - e, crucialmente, usa um filtro isotópico que criptografa fisicamente as informações nos dados medidos.
Um artigo detalhando os experimentos, "Um sistema de verificação de ogivas fisicamente criptográficas usando ressonâncias nucleares induzidas por nêutrons", está sendo publicado hoje na Nature Communications .
Os autores são Danagoulian, que é o professor assistente de Norman C. Rasmussen de Ciência e Engenharia Nuclear no MIT e o estudante de graduação Ezra Engel. Danagoulian é o autor correspondente.
Teste de alto risco
O experimento baseia-se em trabalhos teóricos anteriores, de Danagoulian e outros membros de seu grupo de pesquisa, que no ano passado publicaram dois trabalhos detalhando simulações em computador do sistema. O teste foi realizado na instalação do Linert Accelerator Gaerttner (LINAC), no campus do Instituto Politécnico Rensselaer, usando uma seção de 15 metros de comprimento da linha de feixes de nêutrons da instalação.
Ogivas nucleares têm algumas características que são centrais para o experimento. Eles tendem a usar isótopos particulares de plutônio - variedades do elemento que possuem diferentes números de nêutrons. E ogivas nucleares têm um arranjo espacial distinto de materiais.
Os experimentos consistiram em enviar um feixe de nêutrons horizontal primeiro através de um proxy da ogiva, depois através de um filtro de lítio misturando as informações. O sinal do feixe foi então enviado para um detector de vidro, onde uma assinatura dos dados, representando algumas de suas principais propriedades, foi registrada. Os testes do MIT foram realizados com molibdênio e tungstênio, dois metais que compartilham propriedades significativas com o plutônio e serviram como substitutos viáveis.
O teste funciona, em primeiro lugar, porque o feixe de nêutrons pode identificar o isótopo em questão.
"Na faixa de baixa energia, as interações dos nêutrons são extremamente específicas a isótopos", diz Danagoulian. "Então você faz uma medição em que possui uma etiqueta isotópica, um sinal que incorpora informações sobre os isótopos e a geometria. Mas você faz uma etapa adicional que a criptografa fisicamente".
Essa criptografia física das informações do feixe de nêutrons altera alguns dos detalhes exatos, mas ainda permite aos cientistas registrar uma assinatura distinta do objeto e usá-lo para realizar comparações entre objetos. Essa alteração significa que um país pode se submeter ao teste sem divulgar todos os detalhes sobre como suas armas são projetadas.
"Esse filtro de criptografia basicamente cobre as propriedades intrínsecas do próprio objeto classificado real", explica Danagoulian.
Também seria possível enviar o feixe de nêutrons através da ogiva, registrar essas informações e depois criptografá-las em um sistema de computador. Mas o processo de criptografia física é mais seguro, observa Danagoulian: "Você poderia, em princípio, fazê-lo com computadores, mas os computadores não são confiáveis. Eles podem ser invadidos, enquanto as leis da física são imutáveis".
Os testes do MIT também incluíram verificações para garantir que os inspetores não pudessem fazer engenharia reversa do processo e, assim, deduzir as informações sobre armas que os países desejam manter em segredo.
Para realizar uma inspeção de armas, um país anfitrião apresentaria uma ogiva aos inspetores de armas, que poderiam executar o teste de feixe de nêutrons nos materiais. Se for aprovado, eles também poderão executar o teste em todas as outras ogivas destinadas à destruição e garantir que as assinaturas de dados dessas bombas adicionais correspondam à assinatura da ogiva original.
Por esse motivo, um país não poderia, por exemplo, apresentar uma ogiva nuclear real a ser desmontada, mas os inspetores de bambus com uma série de armas falsas de aparência idêntica. E, embora muitos protocolos adicionais precisem ser organizados para que todo o processo funcione de maneira confiável, o novo método equilibra de maneira plausível a divulgação e o sigilo para as partes envolvidas.
O elemento humano
Danagoulian acredita que colocar o novo método na fase de testes foi um passo significativo para sua equipe de pesquisa.
"As simulações capturam a física, mas não capturam instabilidades do sistema", diz Danagoulian. "Experimentos capturam o mundo inteiro".
No futuro, ele gostaria de construir uma versão em menor escala do aparelho de teste, que tivesse apenas 5 metros de comprimento e pudesse ser móvel, para uso em todos os locais de armas.
"O objetivo do nosso trabalho é criar esses conceitos, validá-los, provar que eles funcionam através de simulações e experimentos e, em seguida, ter os Laboratórios Nacionais para usá-los em seu conjunto de técnicas de verificação", diz Danagoulian, referindo-se ao Departamento de Energia dos EUA. cientistas.
Danagoulian também enfatiza a seriedade do desarmamento de armas nucleares. Um pequeno aglomerado de várias ogivas nucleares modernas, ele observa, é igual à força destrutiva de todos os armamentos disparados na Segunda Guerra Mundial, incluindo as bombas atômicas lançadas em Hiroshima e Nagasaki. Os EUA e a Rússia possuem cerca de 13.000 armas nucleares entre eles.
"O conceito de guerra nuclear é tão grande que normalmente não se encaixa no cérebro humano", diz Danagoulian. "É tão aterrorizante, tão horrível, que as pessoas a fecham".
No caso de Danagoulian, ele também enfatiza que, no caso dele, tornar-se pai ou mãe aumentou muito seu senso de que é necessária uma ação sobre esse assunto e ajudou a estimular o atual projeto de pesquisa.
"Isso colocou uma urgência na minha cabeça", diz Danagoulian. "Posso usar meu conhecimento, minha habilidade e meu treinamento em física para fazer algo pela sociedade e pelos meus filhos? Esse é o aspecto humano do trabalho".
A pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Prêmio Nacional de Administração de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA.
É uma abordagem lógica, mas não perfeita. Ogivas nucleares armazenadas podem não ser entregues em uma guerra, mas ainda podem ser roubadas, vendidas ou detonadas acidentalmente, com conseqüências desastrosas para a sociedade humana.
"Existe uma necessidade real de antecipar esses tipos de cenários perigosos e ir atrás desses estoques", diz Areg Danagoulian, cientista nuclear do MIT. "E isso realmente significa um desmantelamento verificado das próprias armas".
Agora, os pesquisadores do MIT liderados por Danagoulian testaram com sucesso um novo método de alta tecnologia que poderia ajudar os inspetores a verificar a destruição de armas nucleares.
O método usa feixes de nêutrons para estabelecer certos fatos sobre as ogivas em questão - e, crucialmente, usa um filtro isotópico que criptografa fisicamente as informações nos dados medidos.
Um artigo detalhando os experimentos, "Um sistema de verificação de ogivas fisicamente criptográficas usando ressonâncias nucleares induzidas por nêutrons", está sendo publicado hoje na Nature Communications .
Os autores são Danagoulian, que é o professor assistente de Norman C. Rasmussen de Ciência e Engenharia Nuclear no MIT e o estudante de graduação Ezra Engel. Danagoulian é o autor correspondente.
Teste de alto risco
O experimento baseia-se em trabalhos teóricos anteriores, de Danagoulian e outros membros de seu grupo de pesquisa, que no ano passado publicaram dois trabalhos detalhando simulações em computador do sistema. O teste foi realizado na instalação do Linert Accelerator Gaerttner (LINAC), no campus do Instituto Politécnico Rensselaer, usando uma seção de 15 metros de comprimento da linha de feixes de nêutrons da instalação.
Ogivas nucleares têm algumas características que são centrais para o experimento. Eles tendem a usar isótopos particulares de plutônio - variedades do elemento que possuem diferentes números de nêutrons. E ogivas nucleares têm um arranjo espacial distinto de materiais.
Os experimentos consistiram em enviar um feixe de nêutrons horizontal primeiro através de um proxy da ogiva, depois através de um filtro de lítio misturando as informações. O sinal do feixe foi então enviado para um detector de vidro, onde uma assinatura dos dados, representando algumas de suas principais propriedades, foi registrada. Os testes do MIT foram realizados com molibdênio e tungstênio, dois metais que compartilham propriedades significativas com o plutônio e serviram como substitutos viáveis.
O teste funciona, em primeiro lugar, porque o feixe de nêutrons pode identificar o isótopo em questão.
"Na faixa de baixa energia, as interações dos nêutrons são extremamente específicas a isótopos", diz Danagoulian. "Então você faz uma medição em que possui uma etiqueta isotópica, um sinal que incorpora informações sobre os isótopos e a geometria. Mas você faz uma etapa adicional que a criptografa fisicamente".
Essa criptografia física das informações do feixe de nêutrons altera alguns dos detalhes exatos, mas ainda permite aos cientistas registrar uma assinatura distinta do objeto e usá-lo para realizar comparações entre objetos. Essa alteração significa que um país pode se submeter ao teste sem divulgar todos os detalhes sobre como suas armas são projetadas.
"Esse filtro de criptografia basicamente cobre as propriedades intrínsecas do próprio objeto classificado real", explica Danagoulian.
Também seria possível enviar o feixe de nêutrons através da ogiva, registrar essas informações e depois criptografá-las em um sistema de computador. Mas o processo de criptografia física é mais seguro, observa Danagoulian: "Você poderia, em princípio, fazê-lo com computadores, mas os computadores não são confiáveis. Eles podem ser invadidos, enquanto as leis da física são imutáveis".
Os testes do MIT também incluíram verificações para garantir que os inspetores não pudessem fazer engenharia reversa do processo e, assim, deduzir as informações sobre armas que os países desejam manter em segredo.
Para realizar uma inspeção de armas, um país anfitrião apresentaria uma ogiva aos inspetores de armas, que poderiam executar o teste de feixe de nêutrons nos materiais. Se for aprovado, eles também poderão executar o teste em todas as outras ogivas destinadas à destruição e garantir que as assinaturas de dados dessas bombas adicionais correspondam à assinatura da ogiva original.
Por esse motivo, um país não poderia, por exemplo, apresentar uma ogiva nuclear real a ser desmontada, mas os inspetores de bambus com uma série de armas falsas de aparência idêntica. E, embora muitos protocolos adicionais precisem ser organizados para que todo o processo funcione de maneira confiável, o novo método equilibra de maneira plausível a divulgação e o sigilo para as partes envolvidas.
O elemento humano
Danagoulian acredita que colocar o novo método na fase de testes foi um passo significativo para sua equipe de pesquisa.
"As simulações capturam a física, mas não capturam instabilidades do sistema", diz Danagoulian. "Experimentos capturam o mundo inteiro".
No futuro, ele gostaria de construir uma versão em menor escala do aparelho de teste, que tivesse apenas 5 metros de comprimento e pudesse ser móvel, para uso em todos os locais de armas.
"O objetivo do nosso trabalho é criar esses conceitos, validá-los, provar que eles funcionam através de simulações e experimentos e, em seguida, ter os Laboratórios Nacionais para usá-los em seu conjunto de técnicas de verificação", diz Danagoulian, referindo-se ao Departamento de Energia dos EUA. cientistas.
Danagoulian também enfatiza a seriedade do desarmamento de armas nucleares. Um pequeno aglomerado de várias ogivas nucleares modernas, ele observa, é igual à força destrutiva de todos os armamentos disparados na Segunda Guerra Mundial, incluindo as bombas atômicas lançadas em Hiroshima e Nagasaki. Os EUA e a Rússia possuem cerca de 13.000 armas nucleares entre eles.
"O conceito de guerra nuclear é tão grande que normalmente não se encaixa no cérebro humano", diz Danagoulian. "É tão aterrorizante, tão horrível, que as pessoas a fecham".
No caso de Danagoulian, ele também enfatiza que, no caso dele, tornar-se pai ou mãe aumentou muito seu senso de que é necessária uma ação sobre esse assunto e ajudou a estimular o atual projeto de pesquisa.
"Isso colocou uma urgência na minha cabeça", diz Danagoulian. "Posso usar meu conhecimento, minha habilidade e meu treinamento em física para fazer algo pela sociedade e pelos meus filhos? Esse é o aspecto humano do trabalho".
A pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Prêmio Nacional de Administração de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA.
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