러시아가 핵무기를 시험하기 위해 거대 레이저를 강화하고 있다

앤디 엑스턴스

모스크바에서 동쪽으로 약 350km 떨어진 폐쇄된 마을 사로프(Sarov)에서 과학자들은 미래에도 러시아의 핵무기 운용을 유지하는 데 도움이 되는 프로젝트를 진행하느라 바쁘다. 10층 높이에 축구장 2개 크기의 거대한 시설 내부에서 그들은 공식적으로 UFL-2M으로 알려진 장치, 즉 러시아 언론이 "차르 레이저(Tsar Laser)"라고 부르는 장치를 건설하고 있습니다. 완성되면 세계에서 가장 높은 에너지의 레이저가 될 것이다.

고에너지 레이저는 원자 그룹에 에너지를 집중시켜 온도와 압력을 높여 핵반응을 시작할 수 있습니다. 과학자들은 이를 사용하여 핵탄두가 폭발할 때 어떤 일이 일어나는지 시뮬레이션할 수 있습니다. 과학자들은 연구용 샘플이든 기존 핵무기에서 나온 소량이든 소량의 물질 샘플에서 폭발을 일으킴으로써 본격적인 폭탄이 어떻게 작동할 것인지 계산할 수 있습니다. 오래된 탄두를 사용하면 여전히 의도한 대로 작동하는지 확인할 수 있습니다. 레이저 실험을 통해 핵무기를 발사하지 않고도 테스트할 수 있습니다. 캘리포니아에 있는 미들베리 국제학 연구소의 핵 비확산 연구원인 제프리 루이스는 "이는 러시아가 핵무기에 상당한 투자를 한 것입니다."라고 말했습니다.

지금까지 러시아는 고에너지 레이저를 보유하지 못한 점에서 가장 잘 확립된 원자력 보유국 중 유일했습니다. 미국에는 현재 세계에서 가장 강력한 레이저 시스템인 국립 점화 시설(NIF)이 있습니다. 192개의 개별 빔이 결합되어 1.8메가줄의 에너지를 전달합니다. 어떤 면에서 보면 메가줄은 엄청난 양이 아닙니다. 이는 가벼운 식사와 비슷한 240 음식 칼로리에 해당합니다. 하지만 이 에너지를 작은 영역에 집중하면 매우 높은 온도와 압력이 발생할 수 있습니다. 프랑스는 현재 350킬로줄을 전달하는 80개의 빔을 갖춘 레이저 메가줄을 보유하고 있지만 2026년까지 176개의 빔을 사용하여 1.3메가줄을 전달하는 것을 목표로 하고 있습니다. 영국의 Orion 레이저는 5킬로줄의 에너지를 생산합니다. 중국의 SG-III 레이저, 180킬로줄.

완료되면 Tsar Laser가 모든 것을 능가할 것입니다. NIF와 마찬가지로 192개의 빔이 있지만 총 출력은 2.8메가줄로 더 높습니다. 하지만 현재는 첫 번째 단계만 시작되었습니다. 2022년 12월 러시아 과학 아카데미 회의에서 한 관계자는 레이저가 현재 상태에서 64개의 빔을 자랑한다고 밝혔습니다. 총 출력은 128킬로줄로 계획된 최종 용량의 6%입니다. 다음 단계는 이를 테스트하는 것이라고 관계자는 말했다.

핵반응을 일으키는 레이저를 만드는 데 있어서는 "크면 클수록 좋다"고 이탈리아 로마 대학의 물리학자인 스테파노 아체니(Stefano Atzeni)는 말합니다. 시설이 클수록 더 높은 에너지를 생산할 수 있습니다. 이는 재료가 더 높은 온도나 압력에 노출될 수 있거나 더 많은 양의 재료를 테스트할 수 있음을 의미합니다. 실험의 한계를 확장하면 잠재적으로 핵 연구자들에게 더 유용한 데이터가 제공됩니다.

실험에서 이러한 레이저는 대상 물질을 플라즈마라고 알려진 고에너지 물질 상태로 폭발시킵니다. 기체, 고체, 액체에서 전자는 일반적으로 원자핵에 단단히 고정되어 있지만 플라즈마에서는 자유롭게 돌아다닙니다. 플라즈마는 빛과 X-선의 섬광과 같은 전자기 방사선과 전자 및 중성자와 같은 입자를 방출합니다. 따라서 레이저에는 이러한 이벤트가 언제 어디서 발생하는지 기록할 수 있는 감지 장비도 필요합니다. 이러한 측정을 통해 과학자들은 전체 탄두가 어떻게 작동할지 추정할 수 있습니다.

로렌 구드

로렌 구드

줄리안 초카투

윌 나이트

지금까지 러시아의 이러한 레이저 부족은 무기 기능을 보장하는 데 큰 단점이 되지 않았습니다. 그 이유는 러시아가 많은 핵무기에서 발견되는 폭발성 핵인 플루토늄 "구덩이"를 지속적으로 재생산하기 위해 노력하고 있기 때문입니다. 복숭아와 같은 과일의 단단한 중심 이름을 따서 명명된 것입니다. 오래된 폭발물 구덩이를 새 것으로 쉽게 교체할 수 있다면 레이저를 사용하여 수년간 성능이 얼마나 저하되었는지 확인할 필요가 줄어듭니다. 루이스는 "미국에서는 대량의 구덩이를 생산할 능력이 없다는 점을 제외하고는 핵무기도 재제조할 것"이라고 말했습니다. 콜로라도주 Rocky Flats에 있는 미국 최대 생산 시설은 1992년에 폐쇄되었습니다.