1996年9月10日,联合国大会通过旨在促进全面防止核武器扩散、促进核裁军进程,从而增进国际和平与安全的《全面禁止核试验条约》以来,全球共进行过16次核试验,均发生在中国周边邻国,其中1998年印巴核竞赛,印度5次,巴基斯坦6次。2006年10月9日至2016年9月9日间,朝鲜5次核试验。三国都没有签署《全面禁止核试验条约》。三国的核试验都采用了地下核试验的方式进行。按字面理解地下核试验就是把核装置埋放在地表下面的核试验。但在实际操作中,技术人员要把设计的核装置经过多种复杂的环境考验后,放到一定深度的地下进行核爆炸,以验证所试验的核装置是否满足要求,验证理论计算和工程设计是否正确,以改进设计和为生产提供科学依据等。
《部分禁止核试验条约》的真实意图
地下核试验技术的兴起、发展与成熟有着深刻的冷战烙印,事情的起因还要追溯到二战后期,1945年7月16日,在美国新墨西哥州阿拉莫戈多的特里尼蒂发射场,名为“曼哈顿工程”的核武器研究计划进行了首次核试验项目,核试验足以改变战争进程的巨大震撼性场面,验证了核武器研究的可行性,让现场的科学家、军人们兴奋异常。随即,当年8月,美国在日本的广岛、长崎投放两颗原子弹,造成20余万人死伤。8月15日,日本天皇在广播上宣布无条件投降,结束战争。
二战的硝烟还未完全散尽,冷战的铁幕却已悄然拉开,在美苏两国严重对立的时代背景下,美国拥有核武器的震慑性极大冲击苏联的国防安全,加速推进了苏联对本国核武器研发的速度。1949年8月29日,在苏联哈萨克苏维埃社会主义共和国境内的“米什克瓦”试验场,苏联的第一颗原子弹在大气层试爆成功,给曾独自拥有并垄断核武器达4年之久的美国人带来了巨大的失落感,美国人惊恐地发现,潜在的敌人,在熟练掌握新型武器的时间上一点不比自己慢。
军备竞赛悄然从美苏双方的核武器研发进程中开始了,20世纪50年代至60年代初,作为冷战初期一个重要事件,美苏双方的核试验无论从频率上,还是规模上都同步进入加速期,双方在海陆空开展的大量核试验造成对全球环境的严重污染,引发了世界范围内的反对浪潮,与此同时,双方为维持核恐怖平衡的费用,越来越大,美苏两国高层领导人意识到,所有尝试在核武器研发上超越对手,取得压倒性优势的条件已经不再具备。与此同时其他国家加紧增强本国的防御能力,大力研制核武器,力求拥有独立的核力量。1952年10月3日,英国在澳洲的“飓风行动”中成功引爆原子弹后,成为第三个拥有核武器的国家。1960年1月13日,法国在当时还是殖民地的阿尔及利亚的“蓝色跳鼠计划”中成功引爆核弹后,成为第四个拥有核武器的国家。为了保持超级大国的核垄断地位,拥核国家禁止其他国家继续发展核武器。
1963年8月5日,苏、美、英三国在莫斯科签订《禁止在大气层、外层空间和水下进行核武器试验条约》(简称《部分禁止核试验条约》)。条约详细规定禁止“在大气层;在大气层范围以外,包括外层空间;或在水下,包括领海或公海”进行核试验,但事实上,美、苏两国之前已从大气层、高空、地面和水下的大量核试验中获得充分的数据,因而,该条约并未对其产生太大的影响。
由于条约并未禁止地下核试验,双方转而将试验转入地下,次数甚至超过了缔约前各种环境下的试验总数。《部分禁止核试验条约》的真实意图无非是美、苏两国企图以条约形式限制当时中国正在发展独立的核力量事业。
浅层与深层,平洞与竖井
早在1951年11月29日,美国就在内华达州核试验场的“克星-争吵行动”中进行了第一次地下核试验探索,这次核试验目的是验证核武器对弹坑和掩体武器效应试验。在将1.2千吨的核装置安放在5.2米深的地下引爆后,产生的“蘑菇云”,使爆心附近形成一个79米宽、16米深的大坑。
此后,美国在1955年3月23日的“茶壶行动”,将1千吨的核装置埋放在20.4米深的地下引爆,爆心处深坑达91米宽、39米深。通过两次试验测试参数,美国人发现,地下核试验能够极大地降低海空核试验造成的核污染范围,与地面试验相比,释放到大气层中的放射性尘埃减少到原来的1/10。从军事角度,地下核试验的隐秘性更加保密安全。1957年7月26日作为 “57工程行动”的一部分,美国在内华达核试验场将代号为“帕斯卡尔-A”的核装置深埋距地面152米处,以地下竖井的方式,进行了人类首次真正意义上的地下核试验。1961年10月11日,苏联在哈萨克斯坦核试验场也进行首次地下核试验,1961年11月7日,法国在阿尔及利亚因埃凯尔核试验场进行代号为“玛瑙”的首次地下核试验,1962年3月1日,英国在美国内华达核试验场进行代号为“潘帕大草原”的首次地下核试验,随之各有核国家的科技触手伸向地下核试验,地下核试验理论日渐成熟,此后,根据各国核装置在爆炸后,产生的爆心会在地面以下一定深度,核试验依据比例、爆炸深度不同,科研人员将地下核试验分为浅层地下核试验和深层地下核试验。
浅层地下核试验首先在地下爆炸点形成一个由高温、高压气体组成的火球,火球会穿出地面,并且在没有被尘埃遮蔽之前还会被看到。火球突破地面时,高温、高压气体被释放出来,将大量的土壤、石块等抛向天空,形成一个倒立的圆锥状空心柱,在它上升过程中以辐射状形式将大量泥土、石块等抛掷出去。当热气冷却时,便形成放射性云团,发射强烈的核辐射。在爆心投影点附近,由于大量地面物质被抛出,留下一个相当大的弹坑,核爆炸后几秒钟,被抛掷到空中的土壤、石块开始向地面回降,落到地面的较细颗粒很快散开、浮起,形成放射状尘雾,从中间向外移动,很快与放射性云团混合,并顺风移动、扩散。浅层地下核试验一般属于地下核试验技术成熟前的探索性尝试。
深层地下核试验,常称为封闭式地下核试验,核爆炸效应基本上被封闭在地下,爆点上方的地面可能受到扰动,但不会有火球、烟云冲出地面。只有少量放射性物质逸出,试验技术日趋成熟。为避免因放射性物质逸出造成的次生伤害和飘散物质受气流影响波及邻国出现外交危机的情况发生,各国通常多采用封闭式地下核试验。这种试验方式有利于物理诊断,便于屏蔽,可模拟出某些高空环境研究高空核爆炸效应,放射性物质几乎全部封闭于地下,受气象条件影响较小,有利于核试验中的安全和保密。同时核试验场的规模比较小,便于组织实施,还可以研究核爆炸的和平利用。但这种核试验的工程量大,周期长,不便于进行百万吨梯恩梯当量级的试验,毁伤效应试验也受到限制。