Esittely
Pohjois-Korean ydintavoitteet ovat palvelleet kahta tarkoitusta: ydinenergiaa omavaraisuutena ja ydinaseet sotilaallisena voimana. Tämä on osoitettu sen nykyisellä fissiopohjaisella ydintoiminnalla – tuottamalla halkeamiskelpoista materiaalia ja suorittamalla kuusi maanalaista ydinräjähdyskoetta. Ainakin vuodesta 1991 lähtien on kuitenkin ollut todisteita pohjoiskorealaisista tiedotusvälineistä ja tieteellisistä aikakauslehdistä, kuten Journal of Kim Il Sung University (jäljempänä Journal) , että maa on myös ajanut ydinfuusiota. Tämä on toinen kaksikäyttöinen teknologia, jota voitaisiin käyttää sekä siviilienergian tuotantoon että aseisiin liittyvien valmiuksien hankkimiseen.
Fuusiotutkimuksen monista mahdollisista sovelluksistaan inertiaalinen fuusio (ICF) auttaa ydinkokeista kokemusta omaavia valtioita edistämään aseohjelmaansa ilman, että niiden tarvitsee suorittaa täyden mittakaavan lisätestauksia. Pohjois-Korea aloitti ICF:n tutkimuksen parissa samaan aikaan, kun se väitti menestyneensä lämpöydinkokeiden suorittamisessa. Vaikka tämä ei ole ainoa maan tutkima fuusioteknologia, sen ICF-tutkimuksen välitön tavoite näyttää olevan tietokonesimulaatioohjelman kehittäminen, jota voidaan käyttää osana varastonhallintajärjestelmää.
Pohjois-Korean ICF-kyky näyttää olevan toistaiseksi alkuvaiheessa, ja kokeiden suorittamiseen tarvittavan täyden ICF-kyvyn hankkimisessa on monia haasteita. Fuusioteknologian mahdolliset sovellukset maan aseohjelmassa ovat kuitenkin riittävät oikeuttamaan pakotteiden laajemman täytäntöönpanon akateemisella alalla, mikä auttaa estämään Pohjoisen mahdollisia fuusiotavoitteita.
Fuusioteknologiat ja niiden kaksikäyttönäkökohdat
Fuusioreaktio kevyiden alkuaineiden, kuten deuteriumin, tritiumin ja helium-3:n, välillä muodostaa erilaisia alkuaineita ja vapauttaa energiaa. Fuusioreaktiot tapahtuvat yleensä erittäin korkeissa lämpötiloissa ja usein suuressa paineessa. Tällaiset äärimmäiset olosuhteet voidaan helposti täyttää ydinräjähdyslaitteissa fissioreaktioiden aiheuttaman valtavan lämmön ja paineen vuoksi. Kehittyneet ydinaseet, kuten lämpöydinaseet ja tehostetut laitteet, käyttävät fuusiomekanismeja parantaakseen tuottoaan ja halkeavien materiaalien käytön tehokkuutta. Siviilialalla fuusioreaktioille suotuisten olosuhteiden luominen vaatii valtavan määrän energiaa fuusiopolttoaineen lämmittämiseen tai puristamiseen.
Ydinfuusion alalla on kolme päähaaraa: magneettinen rajoitusfuusio (MCF), magnetoitu kohdefuusio (MTF) ja ICF.
Siviilisovelluksissa fuusioyhteisö pitää tokamak-pohjaista MCF:ää kannattavimpana ehdokkaana energialähteeksi. Noin 35 valtiota ympäri maailmaa tekee parhaillaan yhteistyötä fuusioenergian toteuttamiseksi maailman suurimmassa tokamakissa, kansainvälisessä lämpöydinkoereaktorissa (ITER), joka sijaitsee Ranskassa. Samaan aikaan ICF ja MTF ovat kaukaisia vaihtoehtoja toteuttamiskelpoisiksi energialähteiksi lukuisten teknisten ja taloudellisten haasteiden vuoksi. On esimerkiksi teknisesti haastavaa säilyttää laserien tasaisuus yritettäessä iskeä polttoainekapseliin. Kustannukset, jotka liittyvät oikeiden olosuhteiden luomiseen fuusiosytytyksen aikaansaamiseksi kondensaattoreiden tai suurienergisten säteiden avulla, ovat liian merkittäviä kompensoitaviksi tällä hetkellä saavutettavissa olevalla energiantuotannon tasolla.
Sotilaallisissa sovelluksissa halkeamis- ja fuusiomateriaalit poltetaan mikro- tai nanosekunnissa korkeassa kuumuudessa ja paineessa ydinräjähdyslaitteissa. Tältä osin MCF ei sovellu sotilaalliseen käyttöön, koska se on riippuvainen pienitiheyksistä fuusiopolttoainetta ja vaatii pitkän sulkuajan.[2] ICF aiheuttaa kuitenkin merkittävämpiä leviämisriskejä. Röntgensäteiden hyödyntäminen epäsuorassa ICF:ssä on verrattavissa lämpöydinlaitteiden toissijaisen vaiheen räjäyttämiseen. Termoydinaseen ensisijainen fissiovaihe tuottaa röntgensäteitä, jotka puristavat toissijaisen vaiheen ja johtavat lämpöydinräjähdukseen.
Asetutkijat voivat vertailla ydinasesimulaatiokoodejaan aiemmin tehdyistä ydinkokeista kerättyihin tietoihin. Sitten ICF-kokeista äskettäin hankitut simulaatioohjelmat ja tiedot voivat tarjota tutkijoille mahdollisuuden tutkia lämpöydin- tai tehostettujen aseiden sisäistä toimintaa suunnitteluominaisuuksien nykyisen ymmärryksen ulkopuolella ilman, että vaaditaan täyden mittakaavan ydinkokeita. Esimerkkinä ICF:stä sotilassovelluksiin, Lawrence Livermore Laboratoryn National Ignition Facility (NIF) suorittaa epäsuoraan ohjaukseen perustuvia ICF-kokeita ja tietokonesimulaatioita tukeakseen US Stockpile Stewardship Program (SSP) -ohjelmaa.
MTF:hen liittyvät kokeet voivat auttaa asetutkijoita ymmärtämään ionisoidun fuusiopolttoaineen tutkimattomia ominaisuuksia yleensä. Asekohtaisemmissa sovelluksissa yksi tutkimus viittaa siihen, että voimakkaalla räjähteellä ohjattava MTF voi auttaa kehittämään puhtaita fuusiopommeja. Tämä tutkimus osoittaa, että MTF-laite, jonka paino on noin kolme tonnia, voisi tuottaa noin 2,5 tonnia tuottoa. Tämä tarkoittaa, että MTF-pohjaisella puhtaalla fuusiopommilla ei ole etua perinteisiin räjähteisiin verrattuna tuotto-painosuhteessa, vaikka luonnonuraanin lisääminen laitteeseen voi tuoda marginaalisen edun. Entinen Neuvostoliitto yritti kehittää puhtaita fuusiopommeja, joissa oli voimakas räjähdekäyttöinen MTF, tuloksetta.
Kuva 1. Kuva epäsuoraan ohjaukseen perustuvasta ICF:stä.
Kuva 2. Toinen esimerkki epäsuoraan ohjaukseen perustuvasta ICF:stä.
Kuva 3. Kuva tokamak-koneesta.
Pohjois-Korean fuusiotutkimus
Vuodesta 1991 vuoteen 2017 sekä akateemisissa piireissä että valtion tiedotusvälineissä on ollut todisteita Pohjois-Korean pyrkimyksistä kehittää ydinfuusio-ohjelmansa kaikkia kolmea osaa. Jotkut avoimen lähdekoodin tietoanalyysin tärkeimmistä havainnoista on lueteltu alla.
Ensinnäkin Pohjois-Korea on tehnyt MCF-tutkimusta viimeisen kolmen vuosikymmenen ajan. Vuosina 1991–2010 Journal julkaisi noin kymmenen artikkelia MCF:stä, pääasiassa tutkien magneettikenttien ominaisuuksia tietynkokoisessa tokamakin tapauksessa.[3] Vuonna 2010 Pohjois-Korean valtion tiedotusvälineet raportoivat tekemästä "läpimurtoa kohti uuden energian kehittämistä", mikä saattaa viitata sen teknologiseen edistymiseen MCF-tutkimuksessa. Pohjoiskorealaiset Kim Chaekin teknillisen yliopiston tutkijat väittivät, että maa oli rakentamassa fuusiovoimalaa maaseudulle vuonna 2015, vaikka todisteita tällaisesta laitoksesta ei ole löydetty. Vuosina 2016–2017 pohjoiskorealaiset tutkijat jatkoivat fuusiotutkimustaan keskittyen erityisesti fuusioreaktorin taloudelliseen tehokkuuteen.[4] MCF-tutkimukseen ja -kehitykseen viittaavien lähteiden määrä osoittaa, että Pohjois-Korea on keskittänyt suurimman osan ponnisteluistaan MCF:n tavoittelemiseen fuusioteknologian kolmeen päähaaraan.
Toiseksi Pohjois-Korea näyttää tehneen vaatimattomia ponnisteluja sotilaallisen potentiaalin omaavien fuusiotekniikoiden, kuten MTF:n ja ICF:n, alalla. Vuosina 2005–2017 Journal julkaisi neljä kappaletta MTF:ssä. Joista kaksi oli nimeltään: "On the Simulation of Parameters in Ploding Process of Metal Liner for Magnetized Target Fusion (MTF)" vuonna 2017 ja "Mathematic Simulation of the Electromagnetic Compression Process of the Metal Liner" vuonna 2011.[5] Vuoden 2017 tutkimuksessa väitetään, että Pohjois-Korean tietokonesimulaatioiden tulokset täyttivät fuusiosytytyksen ehdot ja että ne olivat onnistuneet luomaan järjestelmän MTF:n räjähdysprosessin simuloimiseksi.[6] Samaan aikaan pohjoiskorealaisissa MTF-tutkimuksissa käytettiin kondensaattoripankkiohjattua MTF:ää voimakkaiden räjähteiden ohjaaman MTF:n sijaan, mikä osoitti, että Pohjois-Korean MTF-tutkimusta ei ehkä ollut tarkoitettu puhtaille fuusiopommeille.[7]
ICF:n osalta Journal julkaisi yhden tutkimuksen edellä mainitulla ajanjaksolla. Vuonna 2017 julkaistussa artikkelissa ”Research on the Mathematical Modeling for the Numerical Simulation of Indirect-Driven ICF Targets” todettiin, että ydinenergian perustutkimusta tulisi edistää maan kireän energiatilanteen ratkaisemiseksi.[8] Tutkimuksen kirjoittaja väittää, että hankkeessa valittiin epäsuoraa ohjausta käyttävä ICF suorakäyttöisen ICF:n sijaan suoran lähestymistavan teknisten haasteiden vuoksi.[9] Kuten aiemmin todettiin, epäsuoraa ohjausta ICF:ää käytetään enimmäkseen sotilassovelluksiin. Siksi on mahdotonta sulkea kokonaan pois Pohjois-Korean ICF-tutkimuksen mahdollista sotilaallista ulottuvuutta Pohjois-Korean julkisista väitteistä huolimatta. Pohjoiskorealaisista lehdistä on poimittu, että maa pyrkii kehittämään epäsuoraan ohjaukseen erikoistuneen simulointiohjelman, koska epäsuoraan ohjaukseen perustuvalle ICF:lle ei ole julkisesti saatavilla olevaa simulointiohjelmaa.
Kolmanneksi, Pohjois-Korean fuusio-ohjelman virstanpylväät osuvat yhteen sen fuusiota ja ydinkokeita koskevien kertomusten kanssa. Esimerkiksi noin aikoihin, jolloin Pohjois-Korea väitti menestyneensä fuusioenergian saavuttamisessa (2010), Journal julkaisi ennennäkemättömän määrän tutkimuksia MCF:stä verrattuna muihin ajanjaksoihin, jolloin MCF:hen liittyviä tutkimuksia ilmestyi vain satunnaisesti. Vuosina 2016 ja 2017 Pohjois-Korea suoritti väitetyt vetypommitestinsä. Tänä aikana Pohjois-Korea julkaisi edellä mainitut tutkimukset epäsuorasta ohjauksesta ICF:stä ja MTF:stä.[10]
Tiedämme yhteenvetona, että Pohjois-Korea on tutkinut ydinfuusiota ainakin vuodesta 1991 lähtien. Vaikuttaa siltä, että Pohjois-Korean prioriteettijärjestys on ollut MCF:n kehittäminen, jota seuraa MTF ja sitten ICF, mistä esimerkkinä on julkaisujen määrä ja vuosien tieteellisen tutkimuksen ponnistelut. Tällä voi olla sekä siviili- että sotilaallisia tarkoituksia, kuten maan nykyinen fissiopohjainen ydintoiminta osoittaa. MTF:llä ja ICF:llä saattaa kuitenkin olla potentiaalia auttaa pohjoiskorealaisia tutkijoita ymmärtämään aseisiin liittyvää fysiikkaa ja edistämään ydinaseohjelmaansa. On syytä huomata, että Pohjois-Korean viimeaikaiset ponnistelut näyttävät keskittyneen simulaatioohjelmien kehittämiseen epäsuoraa ohjausta varten.
Seuraukset
Jos se toteutuu, Pohjois-Korean ICF-ohjelman mahdollinen sotilaallinen tarkoitus saattaa olla järjestelmän kehittäminen asevarastojensa kehittämiseksi, jalostamiseksi ja ylläpitämiseksi ilman, että sen tarvitsee suorittaa täysimittaisia ydinkokeita. Kuten aiemmin todettiin, maat, joilla on jo ydinkoekokemusta, voivat parantaa aseiden fysiikan ymmärrystä ja ylläpitää turvallisesti aseohjelmiaan ilman lisätestejä ICF-kokeilujen avulla. Vuonna 2017 Pohjois-Korea ilmoitti, että sen ydinasekoke tehtiin vahvistaakseen "tehonohjaustekniikan ja sisäisen rakennesuunnittelun tarkkuuden ja uskottavuuden", joka kehitettiin sen edellisen "pilotti H-pommin" vuonna 2016 tekemän testin perusteella. Jos Pohjois-Korea keräsi riittävästi testausdataa valvotusta ympäristöstä ja käytti niitä tuleviin ICF-simulaatioihin, se ei välttämättä enää vaadi maanalaisia lisätestejä.
Ainakin kolme suurta haastetta voivat kuitenkin haitata Pohjois-Korean kykyä hankkia asehallintakykyä, joka on verrattavissa muiden ydinasevaltioiden kykyyn. Ensinnäkin Pohjois-Korea ei ehkä ole kerännyt tarpeeksi tietoa varastojensa ylläpitämiseksi ilman lisätestejä. Esimerkiksi Ranska arvioi, että se tarvitsisi noin seitsemän tai kahdeksan testiä varmistaakseen korkean luottamuksen sen TN-75 lämpöydinlaitteiden turvallisuuteen, jotta se varustettaisiin sukellusveneiden ballistisilla ohjuksilla (SLBM). siksi kaksi Pohjois-Korean testiä ei välttämättä riitä. Samaan aikaan Pohjois-Korea suoritti vain kaksi lämpöydinkoetta, mikä saattaa edellyttää lisätestitietoja.
Toiseksi Pohjois-Korealla ei ehkä ole varaa ICF:ään liittyvien laitteiden ja tilojen rakentamisesta aiheutuviin valtaviin kustannuksiin. National Ignition Facilities Lawrence Livermore National Laboratoryssa Yhdysvalloissa maksavat noin 3,5 miljardia dollaria, mikä on mojova summa Pohjois-Korean kaltaiselle maalle.
Kolmanneksi, mikä tärkeintä, Pohjois-Korean olisi äärimmäisen vaikeaa hankkia supertietokoneita asesimulaatioita varten nykyisen pakotejärjestelmän puitteissa.[11]
Vaikka Pohjois-Korea voi olla monen vuoden päässä hankkiakseen ICF:ään liittyviä valmiuksia, sen menestys tällä alueella vaikeuttaisi entisestään ydinaseriisuntaneuvotteluja tulevaisuudessa. Esimerkiksi Clinton piti Obaman hallintojen kautta kantaa, että ICF:n kokeet eivät ole kiellettyjä CTBT:n (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Agreement) nojalla. Tämä viittaa siihen, että CTBT:n allekirjoittaminen ei olisi kova neuvottelu Pohjois-Korealle ydinaseriisuntaneuvotteluissa, kun taas tällainen Pohjois-Korean ele saattaa edellyttää vastapuolilta valtavia diplomaattisia ja taloudellisia myönnytyksiä.
Jotta Pohjois-Koreaa estetään kehittämästä ICF:ää sotilaallisiin tarkoituksiin, tulevissa asesulkutoimissa saattaa olla tarpeen hyödyntää paremmin olemassa olevaa ydinsulkukehystä välittömänä ja käytännöllisenä askeleena. Toisin sanoen valtioiden on ehkä kiinnitettävä enemmän huomiota ICF-tutkimukseen tarvittavien elementtien siirtämiseen Pohjois-Koreaan pakotteiden ja vientivalvonnan tehostamisen kautta. Nykyisen leviämisenestokehyksen alaisia kohdeelementtejä ovat, mutta eivät rajoitu niihin: fuusiomateriaalit, kuten deuterium, tritium ja litium; ydinkokeisiin ja ICF-kokeisiin liittyvät tiedot ja ohjelmat; high-end-tietokoneet; ydinräjähteiden testauslaitteet; ja hiljainen tieto ja tekninen apu ICF-tutkimukselle.
Näiden valvontatoimien tulisi kattaa sekä aineelliset että aineettomat keinot teknologian siirron muotoina. Yksi tällaisten aineettomien teknologiansiirtojen (ITT) keskeisistä paikoista on kansainvälinen tieteellinen yhteistyö, johon osallistuu Pohjois-Korean akateemisiin instituutioihin sidoksissa olevia tutkijoita, kuten YK:n turvallisuusneuvoston Pohjois-Korean pakotekomiteaa neuvova asiantuntijapaneeli totesi tuoreessa vuosiraportissaan.
Kuva 4. Yleiskatsaus Pohjois-Korean fuusio-ohjelmasta ja siihen liittyvistä tapahtumista.
