Hoe controleren wapeninspecteurs of een atoombom is ontmanteld? Een verontrustend antwoord is:dat doen ze niet, voor het grootste gedeelte. Wanneer landen wapenreductiepacten ondertekenen, ze geven inspecteurs doorgaans geen volledige toegang tot hun nucleaire technologieën, uit angst om militaire geheimen prijs te geven.

In plaats daarvan, eerdere wapenreductieverdragen tussen de VS en Rusland hebben opgeroepen tot de vernietiging van de overbrengingssystemen voor kernkoppen, zoals raketten en vliegtuigen, maar niet de kernkoppen zelf. Om te voldoen aan het START-verdrag, bijvoorbeeld, de VS sneden de vleugels van B-52 bommenwerpers af en lieten ze achter in de woestijn van Arizona, waar Rusland het uiteenvallen van de vliegtuigen visueel kon bevestigen.

Het is een logische benadering, maar niet een perfecte. Opgeslagen kernkoppen zijn mogelijk niet leverbaar in een oorlog, maar ze kunnen nog steeds worden gestolen, verkocht, of per ongeluk ontploft, met desastreuze gevolgen voor de menselijke samenleving.

"Het is echt nodig om dit soort gevaarlijke scenario's te voorkomen en achter deze voorraden aan te gaan, " zegt Areg Danagoulian, een MIT-nucleair wetenschapper. "En dat betekent echt een geverifieerde ontmanteling van de wapens zelf."

Nu hebben MIT-onderzoekers onder leiding van Danagoulian met succes een nieuwe hightech-methode getest die inspecteurs kan helpen de vernietiging van kernwapens te verifiëren. De methode maakt gebruik van neutronenbundels om bepaalde feiten over de kernkoppen in kwestie vast te stellen - en, cruciaal, gebruikt een isotopenfilter dat de informatie in de gemeten gegevens fysiek versleutelt.

Een paper waarin de experimenten worden beschreven, "Een fysiek cryptografisch kernkopverificatiesysteem dat gebruik maakt van door neutronen geïnduceerde kernresonanties, " wordt vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie . De auteurs zijn Danagoulisch, die de Norman C. Rasmussen-assistent-hoogleraar Nuclear Science and Engineering is aan het MIT, en afgestudeerde student Ezra Engel. Danagoulian is de corresponderende auteur.

Testen met hoge inzet

Het experiment bouwt voort op eerder theoretisch werk, door Danagoulian en andere leden van zijn onderzoeksgroep, die vorig jaar twee artikelen publiceerde waarin computersimulaties van het systeem werden beschreven. De tests vonden plaats in de Gaerttner Linear Accelerator (LINAC) Facility op de campus van het Rensselaer Polytechnic Institute, met behulp van een 15 meter lang stuk van de neutronenbundellijn van de faciliteit.

Kernkoppen hebben een aantal kenmerken die centraal staan ​​in het experiment. Ze hebben de neiging om bepaalde isotopen van plutonium te gebruiken - variëteiten van het element met verschillende aantallen neutronen. En kernkoppen hebben een kenmerkende ruimtelijke ordening van materialen.

De experimenten bestonden uit het sturen van een horizontale neutronenstraal eerst door een proxy van de kernkop, vervolgens door een lithiumfilter dat de informatie door elkaar gooit. Het signaal van de straal werd vervolgens naar een glasdetector gestuurd, waar een handtekening van de gegevens, die enkele van zijn belangrijkste eigenschappen vertegenwoordigen, was opgenomen. De MIT-tests zijn uitgevoerd met molybdeen en wolfraam, twee metalen die belangrijke eigenschappen delen met plutonium en dienden als levensvatbare proxies ervoor.

De proef werkt, Allereerst, omdat de neutronenbundel de isotoop in kwestie kan identificeren.

"Bij het lage energiebereik, de interacties van de neutronen zijn extreem isotoopspecifiek, "zegt Danagoulian. "Dus je doet een meting waarbij je een isotopisch label hebt, een signaal dat zelf informatie over de isotopen en de geometrie insluit. Maar je doet een extra stap die het fysiek versleutelt."

Die fysieke codering van de neutronenbundelinformatie verandert enkele van de exacte details, maar stelt wetenschappers nog steeds in staat om een ​​duidelijke handtekening van het object vast te leggen en het vervolgens te gebruiken om object-tot-objectvergelijkingen uit te voeren. Deze wijziging betekent dat een land zich aan de test kan onderwerpen zonder alle details te onthullen over hoe zijn wapens zijn ontworpen.

"Dit versleutelingsfilter verbergt in feite de intrinsieke eigenschappen van het eigenlijke geclassificeerde object zelf, " legt Danagoulian uit.

Het zou ook mogelijk zijn om de neutronenstraal door de kernkop te sturen, noteer die informatie, en versleutel het vervolgens op een computersysteem. Maar het proces van fysieke codering is veiliger, Danagoulian merkt op:"Je zou, in principe, doe het met computers, maar computers zijn onbetrouwbaar. Ze kunnen worden gehackt, terwijl de wetten van de fysica onveranderlijk zijn."

De MIT-tests omvatten ook controles om ervoor te zorgen dat inspecteurs het proces niet kunnen reverse-engineeren en zo kunnen afleiden welke wapeninformatie landen geheim willen houden.

Om een ​​wapeninspectie uit te voeren, dan, een gastland een kernkop zou presenteren aan wapeninspecteurs, die de neutronenstraaltest op de materialen zou kunnen uitvoeren. Als het door de beugel kan, ze konden de test ook uitvoeren op elke andere kernkop die bedoeld was voor vernietiging, en zorg ervoor dat de gegevenshandtekeningen van die extra bommen overeenkomen met de handtekening van de originele kernkop.

Om deze reden, een land kan dat niet, zeggen, presenteren een echte kernkop om te worden ontmanteld, maar inspecteurs in de maling nemen met een reeks identiek ogende nepwapens. En hoewel er veel extra protocollen zouden moeten worden geregeld om het hele proces betrouwbaar te laten functioneren, de nieuwe methode balanceert op plausibele wijze zowel openbaarmaking als geheimhouding voor de betrokken partijen.

Het menselijke element

Danagoulian is van mening dat het een belangrijke stap voorwaarts is geweest voor zijn onderzoeksteam om de nieuwe methode door de testfase te brengen.

"Simulaties leggen de fysica vast, maar ze vangen geen systeeminstabiliteiten op, "zegt Danagoulian. "Experimenten veroveren de hele wereld."

In de toekomst, hij wil een kleinere versie van het testapparaat bouwen, een die slechts 5 meter lang zou zijn en mobiel zou kunnen zijn, voor gebruik op alle wapenlocaties.

"Het doel van ons werk is om deze concepten te creëren, valideer ze, bewijzen dat ze werken door middel van simulaties en experimenten, en laat de Nationale Laboratoria ze gebruiken in hun reeks verificatietechnieken, "Danagoulian zegt, verwijzend naar wetenschappers van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Danagoulian benadrukt ook de ernst van de ontwapening van kernwapens. Een kleine cluster van verschillende moderne kernkoppen, hij merkt op, gelijk is aan de vernietigende kracht van elke bewapening die in de Tweede Wereldoorlog is afgevuurd, inclusief de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki. De VS en Rusland bezitten ongeveer 13, 000 kernwapens tussen hen in.

"Het concept van een nucleaire oorlog is zo groot dat het [normaal] niet in het menselijk brein past, "zegt Danagoulian. "Het is zo angstaanjagend, zo verschrikkelijk, dat mensen het afsluiten."

In het geval van Danagoulian, hij benadrukt ook dat, in zijn geval, ouder worden, deed zijn gevoel sterk toenemen dat er actie moet worden ondernomen op dit gebied, en hielp het huidige onderzoeksproject te stimuleren.

"Het zette een urgentie in mijn hoofd, ", zegt Danagoulian. "Kan ik mijn kennis en mijn vaardigheden en mijn opleiding in de natuurkunde gebruiken om iets te doen voor de samenleving en voor mijn kinderen? Dit is het menselijke aspect van het werk."