编者按1月18日,在日内瓦举行的联合国裁军会议上,来自65个国家的外交官将试图就一项停止生产用于核武器的钚和高浓缩铀的条约展开谈判。停止生产用于武器的裂变材料可以为不可逆转地裁减所有核武器提供基础。

在下面这篇文章中,普林斯顿大学的亚历山大·格拉泽、齐亚·米安和弗兰克·冯·希佩尔(他们都隶属于国际裂变材料小组)提出了裂变材料禁入条约的基本支柱,如何验证该条约的遵守情况,以及谁应该为此买单。我们希望您的意见,这将有助于为正在进行的关于该条约应包含什么内容及其如何发挥作用的讨论提供信息,并帮助我们进一步发展该条款;请使用本页末尾的评论功能。

下面是一些帮助你开始的问题:

你同意或不同意哪些观点?为什么?这些作者是否忽视了可能使条约更有可能、更不可能或不可能达成的因素?

一项条约是否应该只适用于未来用于武器的裂变材料的生产,还是应该设法捕获已经存在但不用于武器的大量不受保障的裂变材料库存?

如何处理核武器中不再需要的裂变材料?

对裂变材料的控制和检查是否应该平等地适用于所有国家,还是应该区别对待核武器国家,甚至是对其民用核材料?

谁应该为核查条约遵守情况的检查支付费用?

美国和俄罗斯已经签订了条约,限制两国准备在导弹和轰炸机上发射的核弹头数量。2009年开始的谈判可能会进一步降低两国的武器上限,将各自部署的武器数量降至1,675件以下。英国和法国分别将各自的核武库削减至约200枚和300枚核弹头。中国也有类似的数字,以色列大约有100个。但目前没有任何协议能有效阻止一个国家生产更多用于武器的核材料。事实上,印度、巴基斯坦和北韩都在增加武器储备。世界需要一项可核查的条约,以帮助限制核武器的积累,并使世界各地的裁减不可逆转。

2009年5月,联合国裁军谈判会议同意就禁止生产用于核武器的裂变材料的国际条约举行会谈,该条约通常被称为裂变材料禁产条约。裂变材料——实际上是钚和高浓缩铀——是维持核爆炸中裂变链式反应的关键成分。

与会者希望今年春天开始的会谈早就应该开始了。20世纪50年代初,有人首次提出停止生产用于武器目的的裂变材料,但这一进展因冷战而停滞了几十年。1993年,联合国大会一致同意就这样一项条约进行谈判,但由于在条约应涵盖哪些内容、在联合国裁军会议的优先事项上存在分歧以及小布什政府对军备控制的怀疑态度等问题上存在长期争议,谈判被推迟。奥巴马总统2009年4月在布拉格的演讲帮助重新打开了取得进展的大门。他宣布,作为“迈向无核武器世界的具体步骤”之一,他的政府“将寻求一项新的条约,以可核查的方式终止生产用于国家核武器的裂变材料”。

终止核武器条约将使前五个核武器国家的暂停生产不可逆转,并停止其他核武器国家的生产。它将加强无武器国家采取集体行动应对挑战的决心,比如朝鲜和伊朗目前正在面临的挑战。而且,这将使所有国家有更大的理由坚持要求武器国家减少武器级材料的库存。至少,这些国家可以宣布,现有的武器储备永远不会被用于制造武器。巴基斯坦已经发出了这样的呼吁,因为印度有大量分离钚的库存;尽管其中的90%打算用作钚增殖反应堆的启动燃料,但所有这些都可能用于制造武器。

为了帮助为联合国裁军谈判会议的谈判提供信息,我们在此提出《裂变材料禁产条约》(FMCT)应该要求什么以及如何核查遵守情况,并考虑是否有能力进行监测。

没有更多的炸弹材料
核武器中最常见的裂变材料是钚和同位素铀-235 (HEU)高度浓缩的铀。大约一公斤的物质——广岛和长崎原子弹裂变的数量——释放的能量相当于1.8万吨化学烈性炸药的爆炸。国际原子能机构(IAEA)将“大量”裂变材料定义为制造第一代长崎型内爆炸弹所需的数量,其中包括生产损失。重要的数量是高浓缩铀中所含的8公斤钚和25公斤铀235。美国公开了“4公斤钚足以制造现代核爆炸装置”的事实。

据我们所知,最初的五个核武器国家——美国、俄罗斯、英国、法国和中国——都在冷战结束前或之后不久停止了武器用裂变材料的生产。但它们没有正式宣布各自的暂停,也没有现场核查安排。印度和巴基斯坦是今天崛起的主要国家。巴基斯坦正在大力投资建设新的生产设施,以跟上与印度的核军备竞赛。以色列继续在迪莫纳运行其50年的钚生产反应堆,最有可能的是补充用于提高武器产量的氚(氚的半衰期为12年)。朝鲜曾暂停生产,但声称已于2009年重新开始生产。

条约的要点
本文作者三人都是国际裂变材料小组(IPFM)的成员,这是一个成立于2006年的多国工作组,汇集了来自多个国家的独立分析师和专家。去年11月,该小组发布了《2009年全球裂变材料报告》:核裁军之路联合国裁军谈判会议(Conference on Disarmament)在1月份的谈判中正在考虑一种关于禁产条约及其核查的方法。其中包括一项条约的基本支柱,已向外交官和非政府专家提出,各国政府正在研究这些支柱。基本规定是:

1.各缔约国承诺不生产、获取或转让用于核武器或其他核爆炸装置的裂变材料。

2.每一缔约国承诺迅速使其裂变材料生产设施失效和退役,并在可行时拆除其裂变材料生产设施,或仅为和平或军事非爆炸性目的重新配置和使用这些设施。

3.每一缔约国承诺不将其民用核部门的裂变材料、或宣布为所有军事目的的过量裂变材料、或宣布用于军事反应堆的裂变材料用于核武器或其他核爆炸装置。

4.每一缔约国承诺,任何减少其核武器储存的行动,都将导致申报从这些武器中回收的裂变材料为多余的武器用途。

5.每一缔约国承诺接受原子能机构核查这些义务的保障措施。

库存大幅削减
这些条款如果获得通过,将产生深远的影响。裂变材料的库存是巨大的。例如,武器国家分离出的钚中,约有一半不是生产用于军事目的,而是可用于武器。宣布它为民用并将其提交给原子能机构的保障措施将大大减少人们对它可能被用于武器的担忧。事实上,我们已经被权威地告知,巴基斯坦对印度巨大的动力反应堆钚储备(足以制造1000枚核弹头)的担忧将大大减少,如果这些材料被宣布为民用,并置于国际原子能机构的安全保障之下。

俄罗斯和美国各自宣布,在冷战时期储存的高浓缩铀中,约有40%是不需要用于军事目的的,武器级钚中,分别约有25%和50%是不需要的。大部分过量高浓铀已经被消除,但仍有更多;拟议的条约将使其非武器地位不可逆转。在俄罗斯和美国将其库存减少到与其他国家相当的规模后,预计这些国家也将开始将其多余的库存置于国际原子能机构的保障措施之下。法国和英国今天可以宣布,它们自冷战以来从武器库中移除的武器中有多余的裂变材料。

美国还留出128吨多余的武器级铀——足以制造5000枚以上的核弹头——作为储备,将来用于海军潜艇和舰艇的核动力反应堆。按照目前的使用速度,这些储备可以维持海军反应堆大约60年。其他一些武器国家也有类似的储备,尽管它们尚未公开宣布。我们提出的条约还将把这种材料置于国际原子能机构的监测之下。

检验遵从性
每当讨论军控协议时,大部分辩论很快就会集中在条约各方能否确保其他方不作弊上。布什政府对探测作弊的可行性持怀疑态度,也不急于让国际原子能机构核查人员去检查美国敏感设施的大门。因此,它主张签订一项不需要核查的条约,但可以使用成像卫星和其他“国家技术手段”单方面发射的条约除外。

根据现行的《不扩散条约》(不扩散条约),无核武器国家必须接受原子能机构的视察,以核实它们既没有生产用于核武器的裂变材料,也没有将现有核燃料储存中的材料用于这一目的。国际原子能机构对《不扩散核武器条约》的核查还远远不够完善,但美国和其他国家一直呼吁加强它,而不是废除它。

核查禁产条约的关键挑战与核查《不扩散条约》的挑战相同:核查在申报的浓缩设施中生产的高浓铀和在申报的再处理设施中分离的钚是否置于原子能机构的保障措施之下;发现未申报的生产活动;以及一旦将裂变材料提交给国际原子能机构进行监测,就应核查其是否不脱离国际保障措施,无论是新生产的还是已经存在的。

在武器国家的民用部门对《禁产条约》的核查可主要基于原子能机构为在无武器国家核查《不扩散核武器条约》而制定的同样程序。然而,在拥有核武器的国家,钚是在后处理工厂从乏燃料反应堆中分离出来的,铀燃料是在以前用于生产武器材料的气体离心机中浓缩的,还会出现一些额外的挑战。

一个问题是,国际原子能机构将无法全面检查核武器国家现有设施的设计。这对再处理厂来说尤其成问题,因为那里的许多管道都埋在混凝土中,而且由于高辐射水平,有些地区无法到达。但国际原子能机构可以专注于检查核电站是否如申报的那样运转。在考虑到预期损失后,在每年的工厂清理期间测量的分离钚量应与乏燃料溶解时测量的量相匹配。然而,与会计对银行资金流动的检查不同,它会有测量误差。在法国拉黑格这样的大型再处理工厂,每年可以分离10多吨钚,这些错误可能会掩盖其转移的材料,足以每年制造10枚核武器。幸运的是,再处理既不必要又不经济,由于官僚主义和政治原因,只在少数国家存在。在无核武器国家中,目前只有日本在进行再加工。核能的使用可能会持续几十年,即使规模要大得多,而不需要从乏燃料中再处理和分离钚。

转向低浓缩铀
各国也几乎没有理由生产高浓缩铀。动力反应堆的燃料是低浓铀或天然铀,而以高浓缩铀为燃料的研究用反应堆正在逐步淘汰,因为担心铀被窃取。越来越多的,只有海军推进反应堆将使用高浓铀作为燃料。然而,出于经济原因,法国新一代潜艇和航母反应堆的燃料是低浓缩铀(LEU)。目前尚不清楚中国使用的是高浓铀还是低浓铀,美国、俄罗斯和英国使用的都是高浓铀,但他们拥有大量的武器高浓铀储备,可以维持海军反应堆数十年。已知只有印度在为其海军反应堆项目生产高浓缩铀。考虑到在世界武器储备逐渐减少的情况下,高浓缩铀的大量库存可能会增加,所有拥有核海军的国家都应该转向低浓缩铀燃料。

在为动力反应堆燃料生产大部分低浓缩铀的大型浓缩工厂中,国际原子能机构拥有一种强大的技术,可以发现哪怕是少量的高浓缩铀的秘密生产。该公司先用纱布垫在设施的墙壁、机器和管道上“扫视”一下,然后在其实验室的纱布垫上进行扫描,寻找浓缩过程中使用的六氟化铀气体泄漏所凝结的任何高浓铀的微观颗粒。这样的扫荡揭露了伊朗未申报的铀浓缩活动。

打击行动的一个复杂之处在于,俄罗斯现在生产低浓缩铀的一些大型离心机浓缩工厂曾经生产高浓缩铀。但那已经是20多年前的事了,而且似乎可以通过测量U-234中衰变为钍-230的比例,以及其微量铀同位素“指纹”的其他特征,将旧高浓铀的大粒子与任何可能在禁产条约生效后非法制造的新粒子区分开来。

侦查秘密活动
根据《禁产条约》,探测秘密浓缩或再加工的问题将与国际原子能机构目前在探测签署了《不扩散核武器条约》的无武器国家的秘密生产所面临的挑战基本相同。

1991年,伊拉克的秘密核武器计划被发现后,国际原子能机构在成员国的帮助下,开始致力于改进探测此类活动的方法。结果之一就是《附加议定书》,根据该议定书,各国同意向国际原子能机构提供更多有关其核相关设施的信息和进入权,包括监测空气、土壤、水、植物物质和设施外表面的能力,以检测泄漏的放射性气体或其他流出物的释放。

如果样品分析提供了怀疑秘密浓缩或再加工活动的坚实基础,原子能机构可以要求进行现场视察。如果一个场址存在不相关的敏感资料,东道国有权隐瞒该资料,只要其隐瞒措施不妨碍原子能机构发现生产活动的能力。

如果原子能机构得到可信的证据,表明可能正在与核武器或海军推进反应堆有关的设施进行秘密生产,就需要与场址经营人作出“有管理的进入”安排,以确保核查人员能够发现浓缩或再加工的关键指标,而不收集有关核武器或海军燃料设计的敏感资料的数据。浓缩和再处理工厂不容易瞒过进入现场的核查人员。它们具有独特的物理特性和独特的辐射和化学指标。

中子束测试
随着俄罗斯和美国削减他们的武库,他们宣布这些武器中的一些高浓缩铀和钚是多余的。有一段时间,这两个国家都有意通过提出让原子能机构监测这种材料,即使它仍在武器部件中,来证明它们的削减是不可逆转的。在《禁产条约》的框架下,这一进程可以正式确立,覆盖所有被从武库中裁减的武器中的材料。这将确保这些材料不会被秘密地退回用于武器用途。

在1990年代,俄罗斯原子能部和美国能源部与国际原子能机构共同发起了一项“三边倡议”,以表明国际原子能机构有可能在对武器部件的设计细节保密的情况下,核查一个装有武器级钚的封闭容器。辐射探测器将测量来自容器的伽马和中子辐射,计算机将对测量结果进行分析。然后,机密信息将被一个简单的计算机化“信息屏障”过滤掉,检查人员只能通过三对红绿灯看到分析结果。每对中的绿灯或红灯将根据容器中是否装有钚、钚是否为武器级以及是否超过规定数量的钚而亮起。

IPFM一直在研究类似的方法来处理武器部件或含有高浓缩铀的海军反应堆燃料。由于高浓缩铀以比钚低得多的速率发射伽马射线和中子,外部中子束将被送入容器,以诱导裂变反应,这将产生标志性的中子和伽马辐射。

对于我们所提议的裂变材料禁产条约(至少在政治上)来说,也许最具挑战性的核查任务是确定没有高浓铀被从海军推进反应堆的燃料循环中转移。至少包括美国在内的一些国家认为燃料和反应堆设计信息是敏感的。

正如前面提到的,解决这个问题最简单的办法就是让所有拥有核武器的海军在设计他们未来的反应堆时使用低浓缩铀——法国已经这样做了。但高浓铀燃料反应堆还将伴随我们一段时间。我们认为,将《三边倡议》的做法与一些有限的设施周边控制相结合,以确保在堆芯制造和安装过程的某些阶段不清除高浓铀可以提供一个解决方案。橡树岭国家实验室正在开发一种技术,利用中子审问含有高浓铀的物体,以探测小反应堆堆芯的高浓铀转移。

成本和谁来买单
原子能机构是核查《禁产条约》的自然选择。它在核查无武器国家核设施方面有丰富的经验,在核查核武器国家方面也有一定的经验。为了承担《禁产条约》所要求的额外责任,我们估计原子能机构可能必须将其检查预算增加一倍,该预算目前为每年约1亿美元。

维护核设施的典型成本以年度视察人日(PDI)表示。国际原子能机构每年在无武器国家进行约10,000次PDI,产生的总成本(包括行政费用、旅费和分析样本的专门实验室)约为每次PDI 1万美元。一个典型的轻水反应堆每年需要大约10 PDI。一个大型商业离心机设备每年需要大约150 PDI。

用过的动力反应堆燃料后处理工厂的保护难度要大得多,成本也高得多。日本的六所后处理工厂是唯一一个处于非武器状态的工厂,而且是定制的安全友好型工厂,每年需要大约1000 PDI进行监控。更新的核查和监测工具和方法可将检查工作减少到每年约200个PDI。随着剩余的旧的再处理设施被关闭、拆除并(希望)不更换,核查禁产条约将变得更容易、更便宜、更有效。

我们在条约草案中提出了由谁支付《禁产条约》核查额外费用的三个选择。当然,谈判条约的外交官们必须决定他们认为哪种选择是最好的:

原子能机构所有成员国都将增加对原子能机构的捐款。这就是今天《不扩散核武器条约》的资金来源。

所有《禁产条约》缔约国将根据反映其国民生产总值相对规模的公式支付额外费用。这就是对联合国捐款的确定方式,也是国际条约的典型资金来源。

只有核武器国家才会付出代价,因为这是核查必须发生的地方。一个公式可以综合考虑联合国公式和每个国家的铀浓缩和再处理工厂的能力。

由于我们已经起草了拟议条约的要点,我们和IPFM的其他人得出结论,实现一项经核查的禁产条约的技术挑战是可控的。但政治上的挑战也必须克服。那些仍在增加核武器储备的国家,尤其是印度和巴基斯坦,将不得不决定他们是否有足够的裂变材料。那些不愿意接受国际核查的国家和核设施,包括中国、俄罗斯和美国海军,必须愿意合作。一项经过核实的《禁产条约》是建立国际核材料控制体系的重要第一步,这一体系将使各国能够大幅削减其武器储备,并朝着一个没有核武器的世界迈进。