Будапештский меморандум в шкафу: сможет ли Украина вернуть ядерное оружие?

В 1964 году в США провели эксперимент: собрали трех кандидатов наук (Phd. — не полный аналог, но близкий), только что получивших свои ученые степени. И поручили им спроектировать атомную бомбу на основе материалов публичных библиотек. Все это назвали «эксперимент страны N» — чтобы понять, насколько тяжело будет неядерной стране создать атомную бомбу на основе открытой информации. Всего через три года эксперимент остановили: физики вплотную подошли к нужным решениям, из чего стало ясно, что опыт удался. Любая страна, располагающая тремя действительно хорошими физиками (даже не гениями), может спроектировать работоспособный ядерный боеприпас.

В связи с этим становится особенно интересным заявление президента Украины Владимира Зеленского о том, что Киев планирует созвать саммит стран — участниц Будапештского меморандума. А если саммит не состоится, то Зеленский откажется от выполнения Будапештского меморандума 1994 года. Напомним: суть этого документа в том, что страны-участницы — США, Великобритания, Россия — гарантируют неприкосновенность границ Украины, а та в обмен отказывается от претензий на ядерное оружие. Попросту говоря, глава украинского государства дал понять, что либо западные страны гарантируют границы его страны, либо он попробует вернуть ей ядерный статус, недолгое время формально имевшийся у нее сразу после распада СССР.

Пуск «Точки-У». Ракетой этого типа когда-то на украинских армейских учениях попали в подъезд жилого дома в Броварах, Киевская область. Потенциально такая ракета может нести и ядерную боеголовку / ©Wikimedia Commons

Вряд ли США и Британия планируют гарантировать границы Украины. Если бы они собирались это делать, то вступили бы в войну с Россией еще в 2014 году, после Крыма. Не менее понятно и то, почему Вашингтон и Лондон этого не сделали и не сделают: война с Россией — далеко не экспедиция в Афганистан. А ведь даже с ней эти государства (при поддержке других стран НАТО) так и не справились. Из-за этого кажется только логичным, что Киев может отказаться от своего неядерного статуса и начать разработку бомбы.

На то же самое вроде бы указывает в своем выступлении от 21 февраля 2022 года и президент России. Более того, он добавил, что шансы Украины на создание ядерного оружия выше, чем у других государств, пытающихся получить сходный статус. Он также заявил, что Киеву будет проще создать и носители такого оружия, включая ракеты. Все это описывает не самую приятную для всех перспективу. 

Украинские обычные боеприпасы неоднократно падали на территорию России, и в абсолютном большинстве случаев это была явная случайность, поэтому возникают сомнения в том, что ядерными боеприпасами эта страна сможет управлять более точно. Тем более что на учениях с использованием своих ракет Украина уже поражала жилые дома собственных граждан (с жертвами среди них). Такая же ракета («Точка-У»), кстати, может быть и носителем ядерного заряда.

Что нужно, чтобы сделать ядерную бомбу?

Мы здесь ограничимся чисто теоретической стороной вопроса, без всяких практических советов. Также мы не будем обсуждать довольно сложный блок автоматики, нужный для создания ядерного оружия: предположим, эту проблему Киев как-то решит.

Существуют две самые простые схемы атомных боеприпасов — имплозивная и пушечная, а также их гибриды. Пушечная считается чуть более простой. В ней один кусок урана-235 (этого элемента в куске должно быть не менее 80%, оптимально — более 90%) пороховым зарядом буквально выстреливается в «мишень» с таким же составом. Оба куска имеют подкритическую массу, и поэтому сами по себе цепную реакцию с ядерным взрывом запустить не могут. Однако их почти мгновенное сближение позволяет быстро достичь критической массы, нужной для запуска цепной реакции с необходимыми для ядерного взрыва параметрами.

Скорость сближения двух кусков (как при пушечном выстреле) тут критически важна, потому что если она будет слишком малой, цепная реакция успеет раскалить куски и начать процесс их испарения. В этом случае мощность взрыва сильно снизится. Пушечная схема организуется просто: если есть уран-235 нужного обогащения, саму «пушку» сделает любой приличный артиллерийский завод. Именно такая бомба упала на Хиросиму 6 августа 1945 года.

Самая общая схема атомного боеприпаса пушечного типа. Цифрой 1 обозначен нитроглицериновый порох, толкающий полую урановую пулю (3) по стволу (2) в урановую мишень (4) / ©Wikimedia Commons

Простота создания боеприпаса имеет и свою оборотную сторону. Из ядер атомов урана-235 сравнительно редко вылетают нейтроны. Поэтому какие отражатели нейтронов ни применяй (лучшие — бериллиевые), критическая масса, нужная для атомного взрыва, все равно останется выше 15 килограммов. В хиросимской бомбе детали были отработаны не идеально, и урана там было еще больше. Более высокая масса боеприпаса не просто делает его менее компактным. Куда более серьезная проблема — то, что обогащенный по урану-235 делящийся материал довольно сложно получить.

В природном уране 235-го изотопа всего 0,7%, остальное — более тяжелый и не поддерживающий цепную реакцию уран-238. Как поднять его концентрацию до 80–90%? США во время Манхэттенского проекта пошли по крайне энергоемкому диффузионному пути. Сперва уран фторируют до гексафоторида урана (UF6), потом нагревают до 56,4 °C, отчего гексафторид закипает. В виде газа его прогоняют через цепь из мембран. Более тяжелый уран-238 постепенно «отсекается», и в итоге получается обогащение по 235-му изотопу.

Общая схема газодиффузионных установок по обогащению урана / ©Wikimedia Commons

Вся эта схема крайне энергонеэффективна. Американский диффузионный завод в Пайктоне потреблял 3 гигаватта мощности — примерно столько дают три крупных атомных реактора или десяток приличных ТЭС. В итоге завод проиграл экономическую конкуренцию российским производителям, использовавшим центрифуги. В них при вращении создается искусственный аналог повышенной гравитации, и более тяжелые молекулы с ураном-238 оседают вниз, а с более легким ураном-235 — остаются выше.

Наработка урана по диффузионной схеме настолько дорого обходится, что Украина вряд ли сможет использовать ее просто по финансовым причинам. А применение газоцентрифужной технологии требует высочайшего технологического уровня исполнителя. Поясним на примере.

Самая общая схема газовой центрифуги для обогащения урана / ©Wikimedia Commons

В 1990-х, когда железный занавес пал и российские производители топлива (сейчас это компания ТВЭЛ) смогли начать поставки на международный рынок, оказалось,что их топливо объективно дешевле. Тогда в США захотели построить собственные газовые центрифуги, чтобы конкурировать с Россией на равных. Началось это в 1995 году, спустя 16 лет, к 2011 году, дело дошло до первого испытательного пуска каскада центрифуг. В итоге часть из них довольно зрелищно разрушилась. Немудрено: современные центрифуги для этих целей имеют скорость вращения в полторы тысячи оборотов в секунду, это самый передний край возможностей человеческой техники. Его очень непросто достичь за короткие сроки: нужны десятки лет постепенного совершенствования.

Все закончилось так печально, что американское государство не продлило лицензию United States Enrichment Corporation, которая всем этим занималась. В итоге закрытия газодиффузионной программы (как слишком дорогой) и срыва работ по центрифугам у Штатов уже давно нет собственных производителей ядерного топлива и тем более собственного производства оружейного урана.

Может ли Украина создать индустрию газовых центрифуг с нуля? Может, но ее шансы на это существенно ниже, чем у США. Которые, напомним, потратили на это четверть века и много миллиардов долларов — но пока так ничего и не добились. Если Киев и преуспеет там, где Вашингтон не смог, то решение этой задачи займет у него явно не менее десятка лет. Напомним, что свои центрифуги есть у Ирана, Китая и еще ряда стран. Но Китай их покупает в России, иные игроки изначально импортировал технологию. Другие страны потратили на эти технологии десятки лет и очень большие финансовые ресурсы.

Каскад газовых центрифуг на заводе в Пайктоне, Огайо, еще в 1980-х. Несмотря на большие вложения в этой отрасли, США не смогли довести свои центрифуги до конкурентоспособного состояния ни тогда, ни в XXI веке / ©Wikimedia Commons

Скрыть нормальную индустрию газовых центрифуг невозможно. Равно как невозможно и представить себе, как Россия позволяет Украине ее создавать. Да что Россия: вряд ли и США будут спокойно наблюдать за таким развитием событий.

Значит, остается только имплозивная схема — где используется не уран-235, а плутоний-239. Принципиальная разница здесь в том, что плутоний можно получить без слишком дорогих для Украины (и энергетически, и финансово) диффузионных или непомерно сложных центрифужных установок. Кроме того, его критическая масса около 6 килограммов, что позволяет создавать заметно более компактные ядерные боеприпасы.

Общая схема имполозивного ядерного устройства. Имплозия означает взрыв, направленный внутрь и резко увеличивающий плотность плутония в центре ядерного боеприпаса, что и запускает ядерный взрыв / ©Wikimedia Commons

Этот вид делящихся материалов получают в ядерном реакторе. Процессы деления порождают поток нейтронов, уран-238 захватывает один из нейтронов, и становится плутонием-239. Тут тоже все не идеально просто: если уран-238 будет погружен в нейтронный поток от реактора на большое время, там будет слишком много плутония-240. Он образуется, когда только что поглотивший нейтрон уран-238 стал плутонием-239 и тут же «поймал» второй нейтрон, став плутонием-240. Последний дает слишком сильный нейтронный фон. И если его в плутонии для ядерного оружия будет более 7%, резко растет вероятность провала всего проекта.

Почему? Потому что имплозивная схема подразумевает взрыв, «обжимающий» плутониевый элемент конструкции. При слишком высоком нейтронном фоне еще в начале взрыва, создающего условия для взрыва ядерного, делящийся материал преждевременно разогреется и испарится еще до полноценного срабатывания. Это разрушит сам атомный боеприпас, но не даст взрыва запланированной силы. Получится очень дорогая, но сравнительно безопасная хлопушка.

Значит, в оружейном плутонии должно быть мало плутония-240 (менее 8%). Достичь этого можно, подвергая уран-238 пребыванию в реакторе лишь очень короткое время.

Кольцо из плутония-239, диаметром 11 сантиметров и весом 5,3 килограмма, американское производство. Этого объема плутония достаточно для изготовления атомной бомбы с эффективным бериллиевым отражателем / ©Wikimedia Commons

Но тут возникает другая проблема. У Украины нет реакторов, которые позволяли бы быстро погружать и вынимать из них стержни с ураном-238 прямо во время работы. То, что у Украины есть (ВВЭР советской постройки), просто не позволяет производить такие операции. То есть попробовать-то можно, но итоги могут оказаться крайне печальными. Ким Чен Ыном (напомним, у КНДР есть ядерное оружие) экспериментатор при этом не станет, а вот лауреатом премии Дарвина — запросто.

«Благодаря» тому же плутонию-240 нельзя просто взять и извлечь (после химической переработки) плутоний-239 из отработавшего ядерного топлива. Точнее, извлечь-то можно, но он будет в смеси с плутонием-240 (его в наработанном в обычном реакторе плутонии будет не менее 17%, в норме — более четверти), то есть не будет годиться для ядерной бомбы. Разделить плутоний-239 и 240 на практике очень сложно: у них слишком слабо отличается масса атомов, это кратно сложнее, чем разделение 235-го и 238-го урана в центрифугах.

Что реально может сделать Украина?

 В теории ничего нереального в создании атомного реактора иного типа — не как ВВЭР, а специализированного, «оружейного» — нет. Американцы в 1942 году сделали первый реактор в мире вообще из природного урана, без обогащения. Чтобы замедлять нейтроны до скоростей, при которых уран сможет захватывать их лучше всего, они использовали нейтронный замедлитель-графит, который пилили на обычных деревообрабатывающих станках. Для прочности графитовую кладку укрепляли деревянным каркасом. Уран Украина достать вполне может, графит и дерево тоже. Деревообрабатывающие станки тоже есть.

Мало того, теоретически в такой реактор смогут заложить не природный уран, а обогащенный до нормального топливного (такой даст больший нейтронный поток). Такой на Украину поставляют и Россия, и США, и вряд ли проверяющие будут залезать в каждый реактор ВВЭР и смотреть, не вытащили ли из него по паре ТВЭЛов.

Но кто-то должен спроектировать не ВВЭР-реактор — такой, в который можно быстро вставлять и вынимать стержень с ураном-238. Проектировать ядерные  реакторы так, чтобы те работали, умеет ничтожно малое количество людей. 

Часто можно услышать, что у Украины от СССР осталось много АЭС, она может взять плутоний там. Однако такой плутоний загрязнен плутонием-240, а разделить их практически нереально. Оружейный материал таким образом не получить: реакторы ВВЭР для этого чисто технически не подходят / ©Wikimedia Commons

Иными словами, все опять упирается в кадры. Ученых, способных создать нужный реактор, достать очень и очень непросто. Тут стоит напомнить, что за 30 постсоветских лет наука на Украине пострадала куда сильнее, чем даже в России. Старые кадры оттуда уезжали или уходили из науки. Молодым кадрам в такой обстановке появиться неоткуда. А еще нужны грамотные кадры организаторов. Если бы на Украине были люди, которые могли бы спроектировать и построить новый реактор, украинцы так бы и поступили. Ведь заказывать реакторы у «Росатома» они не хотят по идеологическими причинам, а советские ВВЭР не вечны. В Киеве это осознают, отчего уже подписали с американской компанией меморандум о строительстве АЭС американского проекта на своей территории.

Заказывать в наше время реактор у американского подрядчика — признак либо некомпетентности страны-заказчика в атомной сфере, либо жест отчаяния. Дело в том, что и в Штатах в атомно-энергетической отрасли произошла серьезная утрата навыков. Собственно, отсюда и само соглашение с украинскими властями: туда планируется сплавить те реакторные корпуса, которые вообще-то должны были начать работу в Южной Каролине много лет назад. Но Westinghouse не смог эти реакторы построить, хотя и потратил на попытки достройки 9 миллиардов долларов. И вот теперь оставшийся с той неудачной попытки бесхозный металлолом решили передать Украине.

Местная пресса описала ситуацию на стройке этой АЭС в США просто: Южная Каролина потратила девять миллиардов, чтобы вырыть дырку в земле, а затем засыпать ее обратно / ©AP

Если бы у Украины были необходимые научные и управленческие кадры для проектирования и постройки собственного реактора, вряд ли ей понадобилось бы такое соглашение.

Выходит, что вторая (имплозивная) схема создания ядерных боеприпасов Киеву недоступна примерно в той же степени, как и пушечная. Для нее нужен сравнительно чистый плутоний-239, который не получить без постройки специализированного реактора, позволяющего такой оружейный плутоний нарабатывать. Ни проектировать, ни строить такой реактор на Украине сейчас некому. Таких людей можно только купить на стороне, и это очень дорого и очень сложно.

Отчего же президент России пытается вводить мир в заблуждение, рассказывая о том, что у Украины с ядерным оружием все будет проще, чем у других стран-соискателей ядерного статуса?

Очевидно, автор этого заявления рассчитывает на неграмотность типичного политика. Вряд ли Байден или Джонсон хотя бы в общих чертах представляют себе, как устроено ядерное оружие или реактор для наработки оружейного плутония. Еще меньше они знают о собственно Украине. 

Насколько западные политики не слишком хорошо знают Восточную Европу, все мы наблюдали совсем недавно. Министр иностранных дел Великобритании Элизабет Трасс на переговорах с российским министром отказалась признавать суверенитет России над Ростовской и Воронежской областями. 

А про Украину западный политик знает, скорее всего, вот что: она была частью СССР. А СССР ведь делал ядерное оружие, верно? Правда, его делали за тысячи километров от Украины, и с использованием технологий и кадров, которых на территории современной Украины совсем не осталось.

Но «грязную бомбу» можно ведь и без высоких технологий сделать?

Это не проблема. Можно взять [смесь определенных химических элементов] (мы ведь обещали не писать практических пособий), заполнить им трубки, которые обычно загружают ядерным топливом, и на годик опустить в те самые реакторы ВВЭР, что пока еще работают на территории Украины.

Потом достать оттуда и начинить этим советскую ракету «Точку-У». Хотя, учитывая техническое состояние последних на современной Украине, надежнее, конечно, будет набить полученными радионуклидами 152-мм снаряд от еще советской пушки-гаубицы. Те сохраняют работоспособность почти без обслуживания куда дольше, поэтому с их помощью попасть «грязной бомбой» куда-то заметно вероятнее, чем «Точкой-У», которые, бывают, летают совсем не туда.

Потом можно попробовать выстрелить таким снарядом по какому-нибудь населенному пункту или воинскому подразделению. Что тогда?

Если выстрел будет в светлое время суток и по плотному скоплению людей, например рынку или крупной школе, то, конечно, будут убитые и раненые. И часть раненых — если правильно выбрать «[химический элемент такой-то]» — бесспорно, может умереть от лучевой болезни. Кто-то получит проблемы с щитовидкой и так далее. Но никаких чудес, никакого оружия массового поражения так не получить. Число жертв от радиационного загрязнения будет не сильно выше, чем от самих разрывов таких боеприпасов.

Протесты 1960-70-х против ядерного оружия могут снова стать актуальными? / ©Allan Tannenbaum

Нужные объемы достаточно опасных изотопов получать долго, хранить сложно, и все это крайне тяжело сделать скрытно. Пару стержней со [смесью химических элементов таких-то] еще можно сделать, а потом засыпать их в снаряды без лишнего шума. Но такие объемы не дадут ни большого числа жертв, ни массового поражения людей, даже мирных жителей. 

Про военных и говорить не приходится: в случае войны они защищены от радиологической (как, впрочем, и ядерной) угрозы намного лучше любых мирных жителей. Солдаты рассредоточены, часть укрыта в окопах, часть в БТР и БМП, оснащенных системами фильтрования воздуха, у них есть противогазы, которые затруднят вдыхание радионуклидов, и так далее, и тому подобное.

А вот набить нужными элементами тысячи стержней, поставить производство на поток и создать сотни и тысячи боеприпасов типа «грязная бомба» скрытно Украина (да и вообще любое государство) не может. Но если это сделать не скрытно, то будет невозможно избежать контрмер со стороны России. И общественное мнение в западных странах в таком случае нелегко будет склонить на сторону тех, кто делает «грязные бомбы».

А если попытаться начинить «грязную бомбу» не специальной смесью элементов, а отработавшим ядерным топливом? Попробовать можно, но будет две проблемы. Во-первых, отработавшее ядерное топливо опаснее всего тогда, когда оно ощутимо горячее: еще не все из самых опасных изотопов в нем «выгорели». Но горячее отработавшее топливо очень неудобно помещать в любой боеприпас. 

«Дэви Крокет», тактическое ядерное оружие, в прошлом имевшееся у американской армии / ©Wikimedia Commons

Во-вторых, даже если бы снаряды украинской армии были из материалов, не чувствительных к температурам, толку от таких «грязных бомб» было бы очень мало. Основная его часть состоит из долгоживущих изотопов типа того же урана-238 или плутония-239. Излучение от них довольно-таки умеренное. И даже примеси более короткоживуших элементов не помогают: такое отработавшее топливо в десятки и сотни раз безопаснее, чем оптимальная смесь химических элементов, год выдержанная в реакторе. Разрывы самих снарядов с такой «отработкой» смогут убивать больше людей, чем содержащиеся в них радионуклиды.

Да, Украина может сделать грязную бомбу, хотя и не может ядерную. И будет сохранять такую «грязнобомбную» возможность, пока в этой стране будет работать хоть один атомный реактор, то есть в любом случае довольно долго, как минимум десятки лет (даже если не получится построить новые на основе секонд-хендных корпусов реакторов из США).

Но «грязные бомбы» не слишком эффективны в военном смысле, и совсем плохи в смысле пиара. Так что вряд ли Киев даже имел в виду подобное мероприятие. Скорее всего, президент Зеленский упомянул об отказе от Будапештского меморандума либо потому, что не совсем понимает, как производится ядерное оружие, и поэтому не понимает, что Украина технологически не способна его создать быстро, либо потому, что хотел немного поблефовать.