В САЩ от повече от 20 години се намира необичайно изследователско съоръжение, наречено JASPER – Joint Actinide Shock Physics Experimental Research. Това не е реактор или оръжеен полигон, а лаборатория, в която се изучава как се държат изключително плътните и радиоактивни материали в условията на рязък удар. Тези експерименти са необходими, за да се разберат свойствата на плутония и другите актиниди без ядрени експлозии, пише kaldata.com.
Неотдавна в JASPER беше проведен 201-ият така наречен „напълно изолиран“ експеримент. Това означава, че след изстрела всички фрагменти от мишената, продукти от разграждането на материала и евентуални радиоактивни частици остават в защитната система на съоръжението и не се изпускат във външната среда. За работата с плутоний това е от основно значение: съоръжението първоначално е било проектирано така, че дори при екстремни натоварвания експериментите да се провеждат, без да се вреди на персонала.
Първата работа с актиниди в JASPER е проведена през 2003 г. Оттогава досега там са проведени 201 пълни експеримента. В 92 от случаите са използвани радиоактивни материали, включително плутоний. Останалите 109 изстрела са проведени с нерадиоактивни проби – те са необходими за настройка на оборудването, тестване на измервателните системи и отработване на техниката преди работа с опасни вещества.
Сърцето на инсталацията е двустепенно газово оръдие с дължина около 20 метра. По същество това е устройство, което използва сгъстен газ, за да ускори метален снаряд до скорост от около 8 км в секунда. Това е около 18 000 мили в час – по-бързо, отколкото лети куршумът, и сравнимо със скоростите, характерни за космическите сблъсъци.
Когато такъв снаряд удари целта, в материала за много кратко време се създават екстремни условия. Налягането се увеличава милиони пъти повече от нормалното атмосферно налягане. Всичко това трае по-малко от микросекунда, но дори и в този кратък момент учените успяват да регистрират начина, по който материалът се свива, нагрява и започва да се разрушава.
Именно този вид данни позволяват да се разбере как се държи плутоният по време на внезапно ударно компресиране. Това е важно не за теорията, а за практическите задачи. Според Дейвид Бобер, ръководител на експерименталната група, в САЩ има само две съоръжения, в които е възможно да се изследват динамичните свойства на плутония чрез шокови експерименти. И само JASPER е в състояние да генерира необходимите нива на налягане.
Информацията от повече от 200 изстрела се използва в изчислителни модели на Националната администрация за ядрена сигурност на САЩ. Тези модели дават възможност да се оцени състоянието на ядрения арсенал без подземни тестове, които са забранени от международните споразумения. Всъщност JASPER помага да се провери надеждността на бойните глави, без да се прибягва до реални ядрени взривове.
С течение на времето задачите на съоръжението се изместват от чисто експериментални към по-приложни. Понастоящем JASPER работи за американската програма за ядрено възпиране. Съоръжението се експлоатира съвместно от Националната лаборатория Ливърмор и Националните обекти за сигурност в Невада. Основната цел е да се тестват свойствата на новопроизведения плутоний.
Тези изследвания са пряко свързани с програмата за модернизация на бойната глава W87-1. Учените сравняват поведението на стария плутоний, извлечен по време на редовните инспекции на арсенала, с новия материал, произведен в съоръжението PF-4 в Националната лаборатория в Лос Аламос. Сравнението дава представа за това как се променят свойствата на веществото с течение на времето и колко добре се представя новият материал.
Научната програма на JASPER се разширява значително през годините. Първоначално експериментите са насочени към основни измервания на състоянието на веществото при ударно компресиране – т.нар. данни на Хугониот. Днес съоръжението се използва и за изследване на температурните ефекти, якостта на материалите и поведението на материята при разтоварване след удара.
Преди да се приложат подобни режими към радиоактивни елементи, всички методики първо се тестват върху нерадиоактивни заместители. Това намалява рисковете и гарантира, че измервателното оборудване работи правилно.
Безопасността остава ключов елемент на цялата система. Експерименталната камера е херметически затворена чрез свръхбърз клапан и е поставена в допълнителна стоманена обвивка. Тази многостепенна защита е предназначена да гарантира, че дори при най-тежки условия всичко, което се случва по време на изстрела, остава вътре в устройството.
Според Рики Чау диагностичните системи на JASPER са станали много по-усъвършенствани с течение на времето. Те улавят повече параметри и с по-голяма точност, отколкото в първите години. Тези данни се използват като еталон за оценка качеството на материалите за отбранителни системи, като същевременно разширяват разбирането за поведението на веществата при условия, които не могат да бъдат възпроизведени с конвенционални лабораторни методи.
Програмата отразява и трайното партньорство между LLNL и NNSS. Учените от Ливърмор ръководят проектирането на експериментите, диагностиката и анализа на данните, докато NNSS помага за експлоатацията и поддръжката на съоръжението за газовите оръжия, управлява много от системите за диагностика и контролира обработката на отпадъците след изстрела.
„Всяко изстрелване е хореографско усилие на няколко организации и това партньорство е голяма част от причините JASPER да продължава да дава резултати“, казва Бобер.
