原子弹能监测吗？

1949年8月29日苏联试爆第一枚原子弹的情景

1949年，苏联拥有了核武器。新中国成立后，中苏关系十分亲密。西方敌对势力面对这种局势，感到了更大的压力。

　　原子弹能监测吗？

　　(美)T-A-赫本海默　

　　蒋旭光 任国军 编译

　　引言：20世纪40年代末，监测苏联的核武库已成为美国人的当务之急 ， 可专家们却认为这是不可能完成的任务。

　　当地时间1949年8月29日上午7点，苏联的第一枚核武器试爆成功。爆炸结束后，主管苏联核武器研发计划的秘密警察头子贝利亚，立即给试验场另一端的一位观测者打电话（此人曾在现场观测美国1946年进行的核武器试验）。

贝利亚吼道，“它看起来和美国人的一样吗？”得到证实之后，贝利亚迫不及待地致电约瑟夫•斯大林，汇报试爆成功的喜讯。 斯大林回答，“我已经知道了”，原来他在试爆现场安插了亲信 —— 这不免让贝利亚有些沮丧。

　　几天后美国人也获悉了这一消息。尽管苏联人对核试验实施了严密的信息封锁，美国空军的空中侦察机仍确认发生了一次核爆炸。他们使用的是刚开发出来的技术，再早两年这还是一片空白。

　　关键人物：斯特劳斯

　　该项技术是在原子能委员会委员刘易斯•斯特劳斯的领导下研发成功的。

　　斯特劳斯是一名富有的金融家，热爱物理学和国际政治，一战期间开始涉足政界。斯特劳斯当时是家庭鞋厂的旅行推销员，他的母亲建议他到华盛顿为赫伯特•胡佛工作，后者当时正在组建“比利时战争救援”组织。结果斯特劳斯成为胡佛的私人秘书，并多次陪同胡佛出访海外。1919年，年仅23岁的斯特劳斯进入著名的库恩-洛布投资银行。他迎娶了一位合伙人的女儿，之后自己也成为一名合伙人。

　　30年代中期，斯特劳斯的父母均被癌症夺去了生命，这促使他开始对物理学产生兴趣。他后来写道，“我认识到，美国医院缺少治疗癌症所需要的镭。”斯特劳斯开始寻求放射性钴同位素的低成本生产方法，因而结识了核物理学家西拉德。随着关系的日趋密切，西拉德使从未上过大学的斯特劳斯成为最早了解原子弹制造前景的非专业人士之一。

　　斯特劳斯1926年成为一名海军预备役军官，并在第二次世界大战期间担任海军部长詹姆斯•福莱斯特的助理。战争结束不久，他即要求海军“测试现有设计舰船的抗原子弹打击能力”，方法就是在军舰附近试爆原子弹。1946年海军在太平洋的比基尼环礁进行了一系列原子弹爆炸试验，即“十字路口”行动。这一计划的成功使斯特劳斯声名大振，并跻身于核决策核心圈。1947年参议院批准斯特劳斯成为原子能委员会委员。

　　游说

　　上任伊始，斯特劳斯急欲了解陆军的曼哈顿工程区（通常称为曼哈顿计划）在监测苏联核活动方面的进展情况 —— 后者曾制造出美国的首枚原子弹，当时正在研究如何监测苏联的核试验。美国核试验的辐射性尘埃在距离试验场几千英里远的地方都能监测到，斯特劳斯认为同样的方法可以用于监测苏联核活动的放射情况。当然，这种测量是在知道刚刚发生了一次核爆炸的前提下通过监控器完成的；监测一次不知何时发生的核试验可比这个困难得多。尽管如此，斯特劳斯仍在1947年4月写道，“持续监控高层大气中的放射性活动……可能是我们拥有的发现其他国家核武器试验的唯一手段。”

　　就在斯特劳斯关注这一问题的同时，中央情报组（中央情报局的前身）也进行了相关研究。后者得出的结论是：目前尚不存在能对核试爆进行远程监测的有效办法，但是认为有三种方法可能奏效：地震法：通过监控核试爆产生的地震式效应；声学法：通过监听核试爆产生的巨响；放射法：通过收集核试爆产生的放射性碎片。1947年6月，中央情报主任罗斯科•希伦科特海军上将预测，要建立一套可行的监控系统至少要花两年时间。

　　但是原子能委员会不同意这一预测。斯特劳斯转而寻求福莱斯特的帮助。当斯特劳斯告诉他美国未对苏联核试验实施任何监控之后，福莱斯特感到难以置信，“不可能！我们肯定有人在做这件事！” 但是几通电话使他确信如此。斯特劳斯对他说：“吉姆，如果军方不做这件事，原子能委员会准备承担这一任务。但我们要做的话，一切都要从头开始，要购买飞机，要聘用飞行员，要申请拨款。而我们争取拨款时，国会将第一次了解到我们长期以来并未采取任何监控措施。”斯特劳斯在他的回忆录中写道，“福莱斯特马上就明白了重点所在。”

　　9月中旬，斯特劳斯再次会见福莱斯特（当时仍是海军部长，但不久即成为美国第一任国防部长）。福莱斯特把这一问题转给陆军参谋长德怀特•艾森豪威尔将军处理，后者决定由新成立的军种——空军承担这一监测任务。空军有3个气象侦察中队，配备有改装型B-29轰炸机。他们从处于中亚下风头的阿拉斯加起飞 —— 分析专家估计偏远荒凉的中亚地区将成为苏联核武器的试验场。第375中队承担收集大气层中核同位素的任务。

　　Tracerlab 公司的大买卖

　　解决了飞机问题，空军还需要收集和分析数据的手段。不久他们就了解到这并非易事。地面试验场产生的辐射尘可以被监测到，但是以曼哈顿计划战时主管J•罗伯特•奥本海默为代表的权威专家，认为高空爆炸产生的核辐射微粒数量少、颗粒小，无法进行有效监测。辐射尘在稀薄的空气中会很快消失，空中爆炸也不会产生地震，爆炸的巨响只能在数百英里范围内听到，而这点距离对于面积辽阔的中亚来说简直微不足道。

　　但是空军不想轻易放弃。将在太平洋埃尼威托克环礁举行的系列原子弹试爆 ——“砂岩行动”的准备工作已经开始，位于新泽西州蒙默思堡的陆军通信司令部实验室，正在采购监测和测量放射性物质的必要仪器。此后不久，纯属机缘巧合，刚成立的Tracerlab 公司开始参与进来。

　　Tracerlab公司规模不大但积极进取。该公司吸引了许多曼哈顿计划的资深人员，并从1946年开始生产放射性检测仪器。该公司还从原子能委员会获得放射性化学试剂，并将其重新加工后提供给医药、大学或工业实验室。1947年12月《财富》杂志将该公司称为“第一家在原子弹衍生产品基础上建立的真正商业公司”。

　　1948年1月底，该公司的一名工程师到蒙默思堡维修一些设备。在与驻军人员的交谈中，他得知通信司令部准备采购大量放射性仪器，采购目的属于机密。这名工程师赶回波士顿，把这一消息通知了公司的销售经理丹纳•阿奇利。阿奇利将此情况汇报给公司首席科学家弗里德里克•亨瑞格斯，两人立刻直奔蒙默思堡。

　　亨瑞格斯1981年曾回忆道，“我们必须从他们那里挖出有用信息。我们兴冲冲地赶过去，那些人却守口如瓶。我们就开始和他们交谈。我是科学家，他们也是科学家……通过交谈，我们逐渐弄清楚，他们想要利用我们的检测程序来做一套能监测俄国人原子弹的工具。在太平洋上进行的试验将用来检验这些程序的精确度。丹纳赶紧计算总共需要多少计数器、测量仪之类的。那么谁来操作这些设备呢？他们回答说还没找到合适的人。我说我会招募到这些设备的操作人员。我们生产的设备……还有谁比我们自己更能胜任呢？这是推销辞令。”

　　亨瑞格斯还参加了空军1948年3月初主办的会议，与会者包括空军官员、科学界人士以及原子能委员会的高层人士。原子能委员会的资深理论家爱德华•特勒也参加了此次会议。与会者一致认为在核试验的三种监测方法中，地震法成功希望最大，但是只能用于监测地面试验。奥本海默曾说过，“这个计划毫无意义。地震数据当然可靠，但是在数千英里之外收集核裂变碎片的可能性简直微乎其微。”

　　会议当晚，亨瑞格斯和一些原子能委员会的科学家返回下榻的旅馆继续探讨这一问题。他通宵达旦地计算，最终断定“核裂变碎片会浓缩形成颗粒”。奥本海默之所以怀疑，是由于他认为放射性同位素微粒太小，无法被捕捉或检测到。但是亨瑞格斯却发现，高温原子弹碎片凝聚后形成的颗粒能够被采集到，即使是在高空发生爆炸。第二天，他就把计算结果拿给了特勒和洛斯阿拉莫斯核实验室分区主管罗德里克•斯宾塞博士，他们也认为成功希望很大。

　　“砂岩行动”

　　检验亨瑞格斯想法正确与否的“砂岩行动”几周后就要开始，空军正在马不停蹄地进行筹备。亨瑞格斯回忆起当时运转的神速：“资金立马注入；不需要谈判，什么都不需要。我们甚至连成本分摊费率都没做。”这些武器试验的主要目的就是检验新的设计概念。而且，“砂岩行动”中爆炸的原子弹当量达49000吨，几乎是广岛原子弹的4倍。空军的评价结果是，地震法和声学法均未达到预期效果（虽然后来证明，地震监测法在监测地下核试验以及像氢弹这样的超大爆炸时非常有效），而放射监测法却十分成功。

　　正如亨瑞格斯所预言，在核爆中心数千英里之外也能收集到大量的可分析裂变产物，包括一些在显微镜下才能观察到的、极小的金属球体。由于“砂岩行动”的爆炸靠近地面，爆炸碎片中掺杂了大量的蒸发土壤；如果爆炸在高空发生，那么这些小圆球将更容易分辨。

　　捕捉战机

　　同时，第375气象侦察中队也得到了必需的装备。从1949年4月1日起，他们开始每天从阿拉斯加费尔班克斯的埃尔森空军基地起飞，分为两条航线：一条飞往北极接着返回，另一条飞往日本横田，次日返回；如果需要也可以开辟其他航线。每架飞机均装有专门采集空中尘埃颗粒的特殊滤纸，长22英寸，宽9英寸，着陆后进行放射性检查。如果放射性超过自然水平，则需进行更多的测量以查明原因。

　　如果还需要进一步分析，这些滤纸将被迅速送往Tracerlab公司在加州伯克利新建的分析中心。该中心的科学家会小心地分解出裂变物，包括钡、铈、铅、钼、锆等放射性同位素。 然后通过测量衰减率计算“放射生日”，并倒推每种同位素形成的日期。只有所有日期全部一致，才能证明这些同位素产生于同一次原子爆炸。

　　苏联首次核试验之前，他们共监测到111次高水平辐射异常，每次都被证明是由火山活动等自然因素引起的。尽管如此，Tracerlab公司的不懈努力使监测技术日臻完善。1949年9月3日,一架从苏联堪察加半岛东部返航的WB-29飞机降落在埃尔森空军基地，机上的滤纸显示放射性水平超过了Tracerlab公司规定警戒线的4倍。标准测试显示这不是自然因素的结果，这些滤纸马上被送到伯克利。随后的侦察飞行又陆续采集到了大量样本。两天后的一份样本显示放射性水平超过警戒线20倍！

　　“我们发现这些是新形成的裂变物……简直太令人激动了,”接替齐格勒担任实验室主任的劳埃德•朱姆沃尔特数十年后说道，“……那两个星期我们通宵达旦地工作，我一天只睡不到4小时的觉。我们小组昼夜不停地工作。两周后我们前往华盛顿汇报我们的成果。”

　　朱姆沃尔特和亨瑞克斯把他们的成果提交给一个委员会，该委员会同时也听取了洛斯阿拉莫斯国家实验室、海军和英国的报告。各方都认为苏联领土上发生了一次核爆炸，但是Tracerlab公司却在精确性方面一枝独秀。洛斯阿拉莫斯国家实验室和海军最多只能把爆炸日期范围锁定在几周之内，而Tracerlab 估计的爆炸时间与实际时间只存在1小时的误差。

　　确定碎片来自核试爆之后，越来越多的科学家开始对其展开研究。到9月14日，在参与分析的专家中，有95%确信这些样本是由原子弹爆炸产生的，不是由其他原因——例如反应堆事故——造成的。

　　结合碎片的数量并排除气象因素的影响后，可以估计这颗原子弹的当量约为两万吨。根据碎片的成分能推断出这颗原子弹的制造方法。制造原子弹的方法只有几种，每一种都会产生出特有的同位素混合物。Tracerlab推断，苏联的这个核装置可能是一个带铀棒或铀壳的钚弹，否则将无法解释钚和铀238的存在。简而言之，它是模仿美国1945年在长崎投放的那枚原子弹而制造出来的。

　　这些发现有助于解释苏联人为什么这么快就造出了原子弹。从1946年末开始，中央情报组（后来的中央情报局）一直预测称苏联将在1953年中期进行第一次核试验。但是，这枚原子弹与投到长崎的那枚极为类似，并且苏联专家对必需的内爆程序也非常熟悉，所有这一切表明苏联进行了大规模的间谍活动。9月20日，这一消息被汇报给了杜鲁门总统。3天后总统发表了一份公开声明：“我们所获得的证据表明，在过去的几个星期中，苏维埃社会主义共和国联盟进行了一次原子爆炸。”

　　再接再厉

　　实验室分析人员很少能产生如此重大的影响。　杜鲁门对此做出的反应是加速美国的核计划。50年代初，为了对抗拥有核武器的共产主义联盟，总统宣布下列决策：他命令“原子能委员会继续加强对所有形式原子能武器（包括氢弹或超级炸弹）的研究、开发和生产。1952年，美国利用技术突破，制造出了艾维•迈克（Ivy Mike），一个真正的核聚变装置，爆炸当量为1400万吨，几乎是长岛原子弹当量的一千倍。

　　在此期间，苏联人也在继续发展和试验原子弹，美国空军则继续对其进行监测。美国根据斯大林的名字，把苏联的第一次核试验命名为“乔1”。1951年9月“乔2”来临。这一次弹芯被证实使用了铀235而不是钚，爆炸当量是1949年那枚的两倍。 次月“乔3”爆炸，它有一个复合弹芯，是从空中引爆的。1951年的两次试验是为了苏联首批原子弹的设计定型，它们于1953年装备部队。

　　所有人都认为，苏联接下来就要引爆一枚氢弹。因此，当苏联部长会议主席乔尔吉•马林科夫于1953年秋向最高苏维埃宣布 “美国人再也垄断不了氢弹”的时候，并没有引起多大的恐慌。4天后，苏联首枚氢弹即“乔4”在一个万里无云的晴朗日子爆炸。爆炸在地表进行，沙漠中巨浪翻腾、尘埃呼啸，可怕的蘑菇云腾空而起。但爆炸当量只有40万吨，还赶不上当时美国的一些原子弹。

　　这时，洛斯阿拉莫斯国家实验室已经着手进行核武器碎片分析任务，其成就已经超过了Tracerlab公司。　优秀的炸弹碎片分析专家乔治•科万认为，这枚装置肯定是苏联为了对“艾维•迈克”做出反应而匆匆上马拼凑而成的。通过分析碎片，他们断定这只是一个单一阶段核装置。相比之下，“艾维•迈克”则是一个两阶段的核装置：第一阶段的原子弹爆炸引发第二阶段的热核聚变，从而产生更大的威力。单一阶段核装置不过是一枚增效型原子弹，而这一设计思路早已被美国科学家认为是没有前途的。

　　但是，美国的优势并没有保持太久。苏联人在1955年11月首次试爆了设计当量为300万吨的两阶段式氢弹。

　　1963年美苏批准《部分禁止核试验条约》之后，核试验活动开始转入地下，空中监测核实验的日子从此一去不返。苏联之所以愿意接受这一通向和平的重大步骤，也是因为在大气层试验时代，他们的许多军事秘密都被Tracerlab和洛斯阿拉莫斯实验室的物理学家们轻松获得了。《现代舰船-军事广角》