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【軍事博評】William:由核試、核武結構及核潛艇看南海核爆謠言

該報道所用的位置與輻射圖示,然而這區也是飛機與海運的主要航道,沒有人見到核爆場面完全是怪事了。(網絡圖片)

 

上星期五,有一家據稱是由美國極右翼份子開辦的美國電台,指出美國東岸時間星期四下午6時22分(即北京時間星期五上午7時22分),南海中部(中沙群島一帶)發生一次當量為1-20000噸的小型水下核爆,並懷疑是中國試爆核武器,以阻嚇美國的南海自由航行(前一天剛有一艘驅逐艦與一艘獨立級LCS駛經西沙群島),甚至是阻嚇美國勿介入現時香港的政治事件等等。隨後,事件更進一步誤傳成是有不明國籍核子動力潛艇發生核爆。不過這主流媒體幾乎沒有跟進報道消息,各國軍方也沒有任何跟進行動,只有社交媒體轉發,而且很早就被打假新聞網站指出是假新聞

有人傳這幅地震圖作為證明,但其實完全證明不了什麼,因為時間上對不上。這是聲稱核爆前一天的地震震波圖。(網絡圖片)

 

事件聽上去當然有很多漏洞及疑點,例如他們所提供的資料如uRADMonitor的圖例,並沒有任何比較資料(有趣的是,當你點擊進入那網站查察時,會發現那幾天南海周邊的監測站水平都未有顯著變化);另外所聲稱收到的地震報告也出了問題,因為正式紀錄顯示,當天那個時間沒有任何地震報告,甚至連整個南海整日都沒有大於2.7級的地震報告。

 

2017年11月阿根庭聖胡安號潛艇事故,CABTO遠在3000-4000公里外的3個聲納陣列就聽到整個意外(由電池爆炸,耐壓殼破裂到殘骸撞到海底)的經過。(網絡圖片)

 

不過,即使就核潛艇與核試常識而言,這則謠言亦相對容易破解:例如查看全面禁止核試驗條約組織籌備委員會(CABTO)的公報或紀錄,他們本來就是負責監聽有沒有異常的水中震波,以確認有沒有人進行類似核試驗;他們最近的公告可是早至11月10號,即兩個星期前了!事實上,他們的儀器不是最先進,但要監聽水下哪怕只有幾噸TNT的爆炸力,恐怕也完全沒問題,前年聖胡安號事故,他們亦監聽到遠在五千公里外潛艇電池爆炸及外殼破裂的聲音,即可見之。

除此以外,我們還可由以下三點,看出這則假新聞的不合理性:

1946年十字路行動是長崎原爆後第一次核試,而當中的Baker試爆更是第一次水底核試,深度27米,和今次傳聞中的試爆情況接近。如果南海真的有水中核試發生,那情景也會像這樣。順帶一提,那磨菰雲由於帶了大量水份,最終並沒有升上平流層,而是絕大部分落回環礁內。(網絡圖片)

1. 萬噸級TNT水中核爆會發生什麼事?

一枚萬噸級核武在淺海中爆炸,和在空中有些不同,首先,海中爆炸未必能讓人看到強烈閃光,甚至連強烈的X射線或加瑪射線也可能被水所阻擋,太空中的核爆監察衛星(現在是由GPS衛星搭載的Global Burst Detector (GBD) 載荷及由另一枚政府衛星搭載的Space and Atmospheric Burst Reporting System (SABRS)載荷負責)也未必能第一時間觀察到。

然而,由於是水中引爆,水份吸收了核彈的熱能與衝擊力,會爆出更為明顯的衝擊波、更為巨大並以水及水蒸氣為主的磨菇雲。而且也會引發巨浪,附近的船隻及飛機不可能見不到。比較特別的是,由於是在淺海中爆發,絕大部分輻射物質會混在水中或者給炸上半空,然後隨水落下,最終亦跌回水中,能造成的輻射落塵少得多

研究報告描述南海在每年不同時間的洋流與盛行風吹向,小箭頭是洋流走向,而大箭頭是盛行風。圖右是冬天時的情況。(網絡圖片)

 

其次,該宗新聞聲稱附近區(包括香港)探測到周邊輻射大幅上升,並附以uRADMonitor的資料圖作證明。然而這亦正是最受可疑的地方:首先,就香港及台灣氣象部門的輻射水平資料,並沒顯示爆炸當時或期後輻射讀數發生突變;其次,由於地平線關係,光輻射也不會立即到達周邊海平面以下地區;再三,由於輻射落塵難以形成,大部分輻射應該是隨海流擴散,而這個時期的南海的海流是捲向南方/越南沿岸再南下;就算有落塵形成,風向同樣也是向南吹去,照理在爆心北面那麼遠的地區(而且當量不大),應該沒什麼輻射影響才是。

史上第一艘核動力水面艦企業號及其所用反應堆。事實上反應堆結構呈棒裝分佈,除了是方便插進反堆速度的控制棒,還是要避免其他排列形態可能出現超臨界反應。(網絡圖片)

 

2. 核潛艇爆炸可搞成這樣的威力?

要有1-20000噸威力的水中爆炸,原則上只有兩個爆炸源,即反應堆自身及艦上搭載的核彈頭。但事實上,兩個爆炸源都不太可能是禍首。首先,核潛艇的反應堆事故大多是來自冷卻液流失,有可令反應堆過熱破裂或發生蒸氣爆炸,炸穿潛艇外殼。然而現時的反應堆控制棒系統是比較容易控制反應堆的反應能量,從而防止溶毀事故;而且,即使是溶毀事故,由於除美軍外,四常的核潛艇核燃料鈾235濃度都是20-70%,並不達到引發失控連鎖反應所需濃度,無法引發核爆,加上就算是美軍的濃度達93%以上,由於鈾浩合金燃料的設計,本來就是將核燃料適當分隔,適免出現燃料過份集中至達到臨界質量,而且合金中鈾燃料是彼此分隔,故就算濃度達到93%,也不會有太多鈾燃料聚合一起,從而達到臨界質量並發生核爆。

鈾鋯合金燃料粒,兩種金屬質量的比例各約50%。軍用版本中所用的鈾,鈾235濃度較高,不過內部基本結構一樣,都是鈾金屬微粒散布於鋯合金內,並非聚在一起,以免發生核反應時反應過大過快。(網絡圖片)
一枚鈈彈的示意圖,中間的圓球由外至內分別是中子反射層、鈈、輕物質墊托層以及中子源。周圍的烈性炸藥要同時引爆,才能把鈈壓縮至超臨界質量(10公斤鈈集中在直徑9.9厘米的圓球內),並在中子源的激發下起爆。如果只有一至兩點的炸葯起爆,結果就是把核彈炸掉。(網絡圖片)

 

 

好了,如果是彈頭自行引爆呢?那並非不可能,但有一點要知道,核彈中的核裝葯(鈈)要達臨界質量,需先以圓球形的烈性炸葯一同引發內爆,讓鈈核芯受到均勻壓縮,才可達到臨界質量並引發超臨界連鎖反應。而現時起爆用的烈性炸葯多是鈍感型,設計上也採取”one point safe”的設計,撞擊最多也只能令部分炸葯爆炸,形成一個爆炸失敗的「噴嚏彈」(未能完全起爆,有時最多只有幾噸的爆炸力,甚或沒有);而要引爆核彈,關鍵是以電火引爆的烈性炸葯同時起爆。要做到這點,只能是彈頭的電源給觸動並同時向各引爆點放電。

俄亥俄級SSBN發動潛射導彈核攻擊的程序介紹。

 

問題來了,作為核彈的安全措施,核潛和導彈基地一樣,主要是以二人原則(Two-man rule)運作的,即由艦長與副艦長確認發射命令,輸入密碼後兩人同時拿出啟動鎖匙,才能啟動控制面板、彈頭引信的電力系統與發動機的點火裝置並正式發射核彈(美軍則更複雜,除確認程序以取出各項啟動鎖匙,還要由不同官兵三把鎖匙,分別啟動發射控制裝置(艦長持有)、啟動核彈引信及冷射裝置,加上武器官輸入發射扳機的密碼,艦長才能進行發射)。沒有司令室發令,彈頭的電子點火引信就不能啟動;再講,類似安全系統運行了超過60年,亦從來未見過發生任何事故,發生這種事情的機會率亦未免太低了。

地下核試場面。當核彈爆炸時,高溫會令地底岩層溶出一個空洞,若果上方岩層支撐力不夠,會整個塌入空洞,造成地面凹陷。地下核試的好處是核爆產生的輻射會被岩層完全阻隔,被活化的輻射物質會長期被困在地底,對地面影響非常少。(網絡圖片)

 

3. 為何海上核試沒有可能?

自從各國1967年簽訂第一條規範核試的條約後,已經陸續停止地面、空中及外大氣層的核試,只餘下對環境損害更少的地下核試。以較後期(1992年)才簽署的中國及法國而言,他們的地下核試亦於1996年以後結束,此後只餘下印度、巴基斯坦及朝鮮進行過核試,而他們怎樣也不會跑到南海進行吧。

諾斯阿拉莫斯核研究中心的次臨界測試裝置。(網絡圖片)

 

現時還有兩項技術可以進行類似核實驗的研究,分別是超級電腦模擬核試及次臨界核試。模擬核試方面,過往所收集的所有試爆數據(包括實際試爆、次臨界起爆的核試,甚至沒有核裝葯的單純核彈引信試爆)其實可作為進一步模擬起爆的壓力、裂變/聚變物質起始與反應密度、時間、不同結構的爆炸/助爆模式等,只需超級電腦即可完成運算並模擬不同狀態下的核彈爆炸情況。

一個慢中子撞到並被可裂變物質原子核及收後,該物質會分裂成兩個較輕的原子核及一定數量的中子,並放出一定能量。這些中子在物質中遇到另一些原子核,會重覆以上的部驟,這就是裂變反應。若物質的質量不足,能吸收上一次反應所產出中子數量不夠,那經過幾輪分裂後,反應會漸漸停下來,這就是次臨界狀態(圖左);如果物質的質量剛好,上一輪反應後發放的中子中的一粒剛好可撞上另一個原子核進行反應並持續下去,那核分裂就可以穩定速度持續發生,即我們所說的連鎖反應/臨界反應,核發電就是利用這種反應進行發電(中圖);如果物質質量超過臨界質量,那每一波反應產出的中子都可撞到另外幾顆重原子核,如此類推,每一波所引發的裂變反應與產出中子呈幾何級增長,最後引發失控的裂變反應,成為核子爆炸,這就是所謂超臨界反應。核彈就是以這種反應產出能量(右圖)。詳細可留意以下網頁

 

 

其次還有次臨界核試驗,主要包括Hydronuclear tests (以常規爆炸的震波激發核物質產生裂變反應,爆炸力最多只有幾磅TNT), Critical mass experiments(臨界物質試驗,以研究中子撞擊情況,會有連鎖反應發生但時間極短且比較穩定,不過實驗具相當大危險性) 及Subcritical tests (即次臨界實驗,沒有核裝葯 / 起爆少量未達臨界質量的核裝葯,無法發生連鎖反應,爆炸力比最前一項更小)。無論有什麼分別,類似實驗都能在可控的實驗室環境進行。比較特別的是部分研究高能物理學範疇的高級實驗室亦能進行類似試驗,例如美國的國家點火設施(National Ignition Facility/ NIF)是以大量激光照射氘球,令其加熱至超高溫超高壓狀態並引發可控核聚變(即慣性約束聚變),但這裝置同樣亦能模擬熱核武器引爆後最初期階段的實際環境及測量中子流(它甚至能在極小尺度上模擬超新星爆炸一刻的環境),事實上擁有研究激光聚變能力的國家都可以做這種實驗。

位於勞倫斯利佛摩國家實驗室、面種相當於三個足球場的國家點火設施(National Ignition Facility / NIF)。2013年,透過超級電腦的分析,NIF成功模擬了一次超巨星核心失控核反應所造成的、足以摧毀整個行星系的超新星爆炸。(網絡圖片)

 

在這些裝置下,加上地下核試可達到同樣測試效果,五強任一方何解要在南海中央進行極端污染海洋生態而且形同戰爭行為的核試呢?若果你說是想發展核武又需要試爆做試驗數據累積的國家,東盟周邊現時也沒有國家想這樣做,而且看現時風向與海流,在這區做核試其實和與自己作對沒有分別。

 

總結:

寫作此文結尾之時,恰巧明報亦報導了多份中大人以個人名義採集泥土 / 物件樣本進行二噁英化驗的的新聞及其初步結果……大部分市民的恐慌、揣測,甚至因而衍生出的各種的「偏方」解藥與洗滌方法,似乎只是一場「大龍鳳」。

類似的網絡傳言其實連軍事界都有一大桶,例如什麼「雄三最強論 / 無敵論」、「中國極超音速武器天下無敵」等等等等。我們究竟應該怎樣分辨這些消息的真偽,看出對方有沒有「夾帶私貨」甚至「信口開河」呢?

以軍事及其他科學 / 知識性範疇而言,一般愛好者其實可以先由實體書或具權威性的學術雜誌開始吸收基本知識,而且要中文與外文兼讀,這至少可以建立相應的基礎知識,第一眼就可見到網絡傳言的問題;作為愛好者亦應採信權威機構或研究者的研究,而不是輕信什麼XX天王、YY教父的說話;而且過往的研究報告比任何一位「大神」的話都可信得多,故你寧可信報告,也不要亂信「大神」的說話。

無論如何,對抗這些網絡傳言,需要的仍只是「足夠的基礎知識」及「多看、多留意具權威性的報告 / 論文」。一般小市民不懂不奇怪,但作為愛好者的你們,對自己有較高的要求,不算過份吧。

最後,只能來侵侵一句名言…..

 

 

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William Lam
現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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