Центр по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии при МФТИ

Методы верификации международных соглашений

Евгений Владимирович МЯСНИКОВ, к.ф.-м.н., в.н.с. Центра по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии при МФТИ

Текст лекции Е.В. Мясникова, состоявшейся 8 апреля 2003г. в Московском физико-техническом институте для слушателей курса
"Режим нераспространения и сокращения оружия массового уничтожения и национальная безопасность"

Часть 1 | Часть 2


Верификационная система ДВЗЯИ

Как уже упоминалось, тема запрета ядерных испытаний обсуждается уже давно и первый договор, запретивший испытания ядерного оружия (ЯО) в атмосфере, в космическом пространстве и под водой был подписан в 1963 г. Позже СССР и США в 1974 г. заключили Договор о пороговом ограничении подземных испытаний ЯО, а в 1976 г. - Договор об ограничении мирных ядерных взрывов.

Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) запрещает проведение ядерных взрывов в каких бы то ни было целях. В отличие от Договора СНВ-1, ДВЗЯИ - это многосторонний открытый договор, к которому может присоединиться любая страна. Россия подписала договор в 1996 г. и ратифицировала его в июне 2000 г. По условиям Договора начнет он действовать лишь через 180 дней после того как его ратифицируют 44 государства, ратификация которых обязательна для вступления в силу. К числу этих государств относятся Индия, Пакистан и Северная Корея, пока не подписавшие Договора. К октябрю прошлого года ратифицировали Договор лишь 31 государства из обязательных участников. В числе государств, нератифицировавших Договор и США. По этим причинам вступление в силу ДВЗЯИ затягивается.

И тем не менее, режим ДВЗЯИ соблюдается. Более того, в Вене была создана и успешно функционирует международная организация - Подготовительный Комитет Организации по ДВЗЯИ, задача которой - создание и временная эксплуатации механизма контроля до вступления договора в силу. После того как Договор начнет действовать, на базе Подготовительного Комитета предусматривается создание Организации по ДВЗЯИ. Как известно, задачи верификации прежних соглашений по каким-либо ограничениям ядерных испытаний возлагались целиком на национальные технические средства контроля государств-участников.

Таблица. Методы регистрации ядерных взрывов
Методы Подземный взрыв Подводный взрыв Атмосферн. взрыв Космический взрыв
 Сейсмический Основной Основной Вспомог.
 Радионуклидный Основной Основной Основной
 Гидроакустич. Вспомог. Основной Вспомог.
 Инфразвуковой Вспомог. Вспомог. Основной
 Электромагнитн. Вспомог. Вспомог. Основной Основной
 Оптическ., спутниковый Основной Основной Вспомог. Вспомог.

Какие к сегодняшнему дню существуют методы для обнаружения ядерных испытаний? В таблице представлены основные принципы регистрации ядерных испытаний и их значение для обнаружения ядерных взрывов в той или иной среде.

Для регистрации подземных испытаний, наиболее эффективны сейсмические методы. Они позволяют регистрировать сейсмические события, оценивать их интенсивность, локализовывать и идентифицировать природу этих событий.

Даже проведенные глубоко под землей, редкие испытания обходятся без выхода радионуклидов в атмосферу. Как показала практика, все испытания на Новой Земле и около половины испытаний, проведенных под Семипалатинском сопровождались выбросом радионуклидов. Режим ДВЗЯИ предусматривает возможность проведения инспекций, если выявлены признаки ядерных взрывов, и эти инспекции включают замеры радионуклидов в местах возможных испытаний.

Кроме этого о проведении подземных ядерных испытаний можно судить по снимкам поверхности Земли, полученным со спутников. При подземных ядерных взрывах, образуется полость в грунте, что приводит к оседанию приповерхностного слоя и образованию кратеров, наблюдаемых из космоса.

Для обнаружения подводных испытаний наиболее эффективны гидроакустические методы в сочетании с сейсмическими. Благодаря тому что звук распространяется в океане очень хорошо гидроакустические методы добавляют принципиально новое качество. Они весьма чувствительны и способны регистрировать подводные взрывы мощностью всего несколько килограммов в тротиловом эквиваленте на расстояниях в тысячи километров. Поэтому скрыть подводный ядерный взрыв гораздо сложнее, чем подземный.

Основным признаком воздушного ядерного взрыва являются звуковые волны в диапазоне менее 10 Гц, которые могут распространяться очень далеко и регистрироваться датчиками инфразвука. Кроме того, таким признаком являются радионуклиды, выделяющиеся в большом количестве, и переносимые в результате атмосферных процессов. Существующие методы позволяют обнаруживать даже очень малые концентрации радионуклидов. Кроме того признаком испытания является появление благородных газов (родон, криптон).

Оптические явления, возникающие в результате атмосферных взрывов можно также легко регистрировать с помощью спутниковой аппаратуры, к примеру с помощью ИК датчиков СПРН. Кроме того, если взрыв произведен над океаном, то он регистрируется с помощью гидроакустических датчиков.

Для регистрации космических взрывов в наибольшей степени эффективны методы регистрации электромагнитных излучений. В частности, рентгеновское излучение в результате взрыва мощностью 1 кт может регистрироваться на расстояниях более 100 млн км, что сопоставимо с расстоянием до Солнца. Кроме того, можно использовать детекторы гамма-излучения и нейтронов. Детекторы излучений используются в составе спутниковой аппаратуры еще с 1963г.

Международная система мониторинга (МСМ) для верификации подписанного в 1996 г. ДВЗЯИ включает системы, построенные лишь на основе четырех первых принципов. Любая система верификации - компромисс между ее качеством и ценой, и в ходе выработки ДВЗЯИ стороны пришли к пониманию, что возможность скрытных ядерных испытаний в космосе крайне маловероятна. Во первых, задача обнаружения космических ядерных взрывов решается эффективно НТСК США, России и других стран. Во-вторых, деятельность по подготовке космического испытания и последствия такого события трудно скрыть, поскольку все космические объекты легко контролируются. Поэтому участники Договора решили пока не тратить средства на дорогостоящую космическую аппаратуру, но тем не менее такая возможность зарезервирована на будущее.

map
Рис. 3 Международная система мониторинга для верификации ДВЗЯИ
 

Когда обсуждалась система верификации ДВЗЯИ и задачи, которая она должна решать, стороны руководствовались тем, что такая система должна надежно регистрировать все ядерные взрывы мощностью более 1 кт. При этом важно понимать, что ДВЗЯИ запрещает все ядерные взрывы. Цифра 1 кт нигде не фигурирует в тексте Договора, но, решая вопрос о том сколько должно быть станций для верификации ДВЗЯИ и где они должны быть расположены, участники Договора руководствовались именно таким соображением.

Что из себя представляет Международная система мониторинга? Это сеть состоящая из 321 станции четырех типов - сейсмических, радионуклидных, гидроакустических инфразвуковых. Станции расположены более чем в 90 странах мира, а также в Антарктиде.

Сеть сейсмических станций, являющейся основой МСМ состоит из 50 основных станций и 120 вспомогательных. Основные сейсмостанции должны непрерывно передавать регистрируемые данные в Международный Центр данных (МЦД) в Вене в режиме, близком к реальному времени. Назначение вспомогательных станций - уточнение данных, полученных станциями основной сети, в отношении места и характера зарегистрированного сомнительного явления. Данные со вспомогательных станций направляются в МЦД только по запросу, хотя сами они работают в постоянном режиме.

Сейсмические станции МСМ обрабатывают огромный поток данных. В среднем ежедневно регистрируются около 50 событий, требующих изучения и идентификации. Так лишь за пятилетний период с 1995 г по 2000 г. было зарегистрировано около 100 тысяч событий.

Порог мощности ядерного испытания, который может быть обнаружен существующей сетью сейсмических станций МСМ зависит от многих факторов - тектоники земной коры в зоне испытаний и вдоль трассы распространения сейсмических колебаний, сейсмической активности области испытаний и т.п. На карте изолиниями изображены зоны, в которых порог достигает той или иной величины для сети основных станций МСМ. Как видно, на большей части Европы и Азии он не превышает 20-30 т. В тех случаях, когда используются данные вспомогательных станций, чувствительность системы мониторинга может быть еще выше.

isolines
Рис. 4 Изолинии пороговой мощности ЯИ, которые можно обнаружить в результате обработки данных от трех близлежащих станций основной сети МСМ
 

Необходимо также отметить, что при разработке системы мониторинга ДВЗЯИ существовали определенные требования к точности локализации ядерных испытаний. По условиям Договора, инспекции могут быть проведены на территории государств-участников, площадь которой не превышает 1000 км2, причем любой линейный размер в пределах этой площади не должен превышать 50 км.

В ходе переговоров по ДВЗЯИ неизбежно возник вопрос о возможных скрытных подземных испытаниях. В принципе, если заглубить ядерный боезаряд и поместить его в полость достаточно больших размеров, то можно заметно снизить долю энергии взрыва, переходящей в сейсмические колебания. Подобные эксперименты проводились. Максимальный эффект, достигнутый американцами, - ослабление наблюдаемой мощности ядерного взрыва в 70 раз. Однако, технически осуществить такой взрыв довольно непросто. К примеру, чтобы полностью скрыть взрыв мощностью 3 кт, радиус полости должен быть не менее 37 м. Кроме того, минимальный размер полости возрастает по мере уменьшения глубины на которой полость расположена под землей. Поэтому скрыть процесс подготовки к испытанию будет сложно в силу технических соображений.

Еще один способ попытаться скрыть ядерное испытание - провести одновременно в месте ядерного испытания обычный (химический) взрыв. Кстати сказать, взрывные работы довольно часто проводятся в народнохозяйственной деятельности - в частности в горнодобывающей промышленности. Однако, и здесь существует способ отличить обычный взрыв от ядерного. Как правило, взрывы гражданского назначения более растянуты по времени по сравнению с ядерным. Поэтому для того, чтобы скрыть ядерный взрыв на фоне гражданского - мощность последнего должна быть на порядок выше. Согласно условиям Договора, все участники должны сообщать о гражданских взрывах мощностью более 300 т. Нужно отметить, что столь мощные взрывы используются довольно редко в гражданских целях.

threshold sea
Рис. 5 Порог мощности подводных ядерных испытаний, которые можно зарегистрировать с вероятностью 90% при обработке данных, полученных по меньшей мере от двух станций гидроакустической сети
 

Сеть гидроакустических датчиков объединяет 6 гидроакустических станций в Южном полушарии и 5 так называемых Т-фазных станций, располагающихся на побережье островов в Северном полушарии. На рисунке изображены величины порога мощности подводных ядерных испытаний, которые можно зарегистрировать при обработке данных, полученных по меньшей мере от двух станций сети. Как видно, на большей части мирового океана порог составляет единицы килограммов тротилового эквивалента. Если испытание проведено в районах мелководья, где нет так называемого звукового канала, работает другой механизм - звуковая волна, распространяясь в воде, генерирует сейсмические волны в морском дне, которые могут распространяться довольно далеко. К примеру, этот эффект наблюдался при катастрофе ПЛАРК "Курск" 12 августа 2000 г. Первый, не очень сильный взрыв, мощность которого была оценена в 100 кг, наблюдался норвежскими сейсмическими станциями, расположенными относительно недалеко от места катастрофы, а вот второй - более сильный в несколько тонн - многими сейсмическими станциями не только на Кольском полуострове, но также на территории России, на Аляске и в Канаде.

Инфразвуковая сеть будет состоять из 60 станций на территории 34 стран. К настоящему времени работает часть этих станций. Они передают данные по спутниковой связи непосредственно в МЦД. Рисунок иллюстрирует пороговую мощность воздушных ядерных взрывов в килотоннах, которая может регистрироваться с 90%-ой вероятностью с помощью инфразвуковой системы датчиков. Как видно, на большей части Европы, Азии, Африки и Америки регистрируемый порог не превышает 0.1-0.3 килотонны. Несколько выше пороговая мощность при испытаниях в воздушном пространстве над океанами, но в этом случае более эффективным средством обнаружения ядерного взрыва будут гидроакустические датчики.

threshold air
Рис. 6 Пороговая мощность воздушных ядерных испытаний (в килотоннах), которая может регистрироваться с 90%-ой вероятностью с помощью инфразвуковой системы датчиков
 

Радионуклидная сеть МСМ состоит из 80 станций, способных регистрировать радиоактивные частицы в атмосфере. Половина из этих станций также будет способна регистрировать благородные газы. К началу прошлого года действовало 29 из запланированных 80 станций. Кроме того, планируется создать 16 радионуклидных лабораторий для более детального анализа образцов, полученных на той или иной радионуклидной станции.

По сравнению с другими методами метод обнаружения ядерных испытаний по радионуклидам наиболее надежный и чувствительный, но, к сожалению, и наиболее медленный в случае если взрыв произведен далеко от станции. Основное предназначение этой сети - определить природу происхождения сомнительного явления, обнаруженного средствами других технологий мониторинга. Однако, эта сеть может регистрировать атмосферные взрывы и вне зависимости от другой информации, а также их локализовывать, если удается правильно смоделировать атмосферные процессы. Возможности сети радионуклидного мониторинга по обнаружению атмосферных взрывов представлены на рисунке. Здесь показаны изолинии вероятности обнаружения атмосферного взрыва мощностью в 1 кт в течение пяти суток после взрыва. По мере увеличения времени вероятность обнаружения будет расти. По истечении времени в 10 суток вероятность обнаружения составит 0.9 практически на всей территории Земли.

distrubution air
Рис. 7 Распределение вероятности обнаружения атмосферного ядерного взрыва мощностью в 1 кт в течение пяти суток после взрыва с помощью сети радионуклидного мониторинга
 

Как будет работать верификационный механизм ДВЗЯИ?

Все данные, собранные МСМ направляются в Международный Центр данных, который осуществляет получение, сбор, обработку, анализ, отчетность и архивацию этих данных. Помимо станций МСМ предусмотрена также возможность направления данных с так называемых с сотрудничающих национальных объектов, которые могут представлять такие же станции, но не включенные в состав МСМ.

Если в результате обработки данных возникают основания полагать, что произошло явление, сходное с ядерным взрывом, то проводится инспекция на месте, цель которой - прояснить действительно ли был ядерный взрыв. Кроме того, запрос на инспекцию может основываться и на информации, полученной от отдельных государств с помощью НТСК.

Решение о начале инспекции должно будет приниматься исполнительным советом будущей Организации ДВЗЯИ, если за него проголосует не менее 31 из 51 члена исполнительного совета. Если такое решение принято, то государство не имеет права отказать принять инспекцию.

Состав инспекционной группы не должен превышать 40 чел и формируется он Генеральным директором Организациии ДВЗЯИ. Инспекция, общая продолжительность которой может составлять до 130 дней, состоит из нескольких этапов, на каждом из которых предусмотрено применение различных технологий и методик - облеты района, измерения радиоактивности, сейсмоизмерения, геофизические работы. На заключительном этапе допускается даже бурение для получения образцов грунта, которые могли бы подтвердить факт проведения ядерного взрыва.

Вообще говоря, инспекция - дело достаточно дорогостоящее. Для того чтобы минимизировать необходимость инспекций Договор ВЗЯИ предусматривает механизм консультаций между государствами, выразившими озабоченность и государствами, находящимся под подозрением, в котором принимает активное участие и Организация ДВЗЯИ. В случае, если проведенные консультации не снимают возникших вопросов, то, как и упоминалось, на голосование Исполнительного совета Договора выносится вопрос о проведении инспекции. Если в результате проведенной инспекции оказывается, что доказательств проведения ядерного взрыва обнаружить не удалось, то все расходы, связанные с проведением инспекции, берут на себя государства, направившие запрос.

Начало лекции

Дополнительные сетевые материалы:


Ваши вопросы и комментарии: преподавателю | в СНВ-форум

Поиск на СНВ-сайте


© Центр по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии при МФТИ, 2003г.