法国核威慑新利器：兆焦激光

建造这台超级激光发射器只有一个目的：尽管法国已经停止了核试验，但它要通过在实验室里模拟的核爆炸再次向世界重申自己依旧牢牢掌握着氢弹技术。这是一个兼涉前沿物理与地缘战略的骇人计划。

历经十年艰辛，这台仪器终于制造完成。它耀眼、稳定、精准，仿佛出自工程师的梦境。

波尔多以南40千米，离一片松林不远，兆焦激光发射器（Laser Mégajoule）在一片爱国声浪中开始了运转。

这台仪器足以与任何国际“大科学”（big science）项目相媲美：一幢长300米的建筑内，176个超能激光发射器和大约20万个高科技元件汇聚在一个直径10米的球体周围。而在这个球体中，将生成1亿摄氏度的超高温，1000亿巴的超高压，以及接近太阳核心、比铅高100倍的超高密度！

一个地缘战略问题

如果不是周围的四道铁丝网，入口处的严格管控，回答记者提问时刻意的闪烁其辞，以及游走于宣耀国家实力与保卫最高军事机密之间，摇摆于高级基础科学与毁灭性武器试验之间，出入于单纯的材料强度研究与有关法国世界地位的地缘政治言论之间的奇特印象，也许我们还会把它当成浪漫的宇宙学家的物理学新圣殿。

然而，这就是核武器的悖论。

作为一座高科技领域的丰碑，这台兆焦激光发射器的建设具有很高的针对性：“我们将重现氢弹爆炸的环境，”法国原子能和可替代能源委员会（CEA）核武器部门主任弗朗索瓦·格莱兹尼科夫（Fran ois Geleznikoff）直言不讳。

法国总共拥有大约300枚氢弹，这些核聚变弹头的威力与数十万吨三硝基甲苯（TNT）相当，一个就低数十个广岛原子弹……这种毁灭性武器能通过铺天盖地的炽热、震荡和辐射瞬间抹去整座大都市。建造它们的目的是希望永远也不要用上它们，这便是核威慑的意义。

而这样的热核爆炸并不会在波尔多以南发生，这台兆焦激光发射器仅仅只是用来模拟这个过程：为了在几毫米范围内重现核爆炸的惨剧，这台仪器将动用一系列激光发射器同时照射靶标。

换言之，法国刚刚启动了一台能够在实验室里模拟核试验的仪器。

核试验？这种耀武扬威的行动似乎属于遥远的过去。在那个年代，我们能够听到戴高乐将军的独特嗓音，它郑重地宣告：“法国万岁！自今晨起，我们已变得更加强大、更加凶残。”那一天是1960年2月13日，法国刚刚进行了首次核爆炸。

那次核试验被命名为“蓝色跳鼠（Gerboise bleue）”。此后，法国在阿尔及利亚和波利尼西亚总共进行了210次空中和地下核试验。

这些核试验有着多重目的。如在展示地缘战略实力的同时，验证并优化新技术。上世纪70年代，法国的核裂变炸弹已经被结构更加复杂、威力更加强大的核聚变弹头取代，但核聚变反应需要在核裂变制造的极端环境下才能发生。

210次轰鸣似乎已将所有技术细节调校到位……因为法国不仅在1996年完全停止了核试验，还在1998年签署并通过了《全面禁止核试验条约》。

那么，法国为什么还要建造一台能够模拟氢弹爆炸的仪器呢？

这项请求直接来自于由大约200名科学家组成的核武器设计师群体。

新型核弹头的研制工作从来没有停止，由于已制成的核弹会老化、锈蚀，因此必须以几十年的频率更新核武器。“但我们无法制造出完全一样的核武器，因为技术环境已经发生了变化，”弗朗索瓦·格莱兹尼科夫证实，“而不经过核试验，我们就无法向国家证明这些新弹头的威力。”

另外，新一代导弹的问世也同样带来了新的束缚。“振动、热应力、加速度上升到重力加速度的100倍……因此，我们的武器结构也必须作出相应的调整，”弗朗索瓦·格莱兹尼科夫分析道。

要求很明确：“我们需要通过物理实验来证明这些核武器的确能够长时间地发挥作用，也就是说，证明它们具有设想中的破坏性。这对于我们的核威慑战略至关重要，要知道，相对来说，法国的核武器并不多。”

而且这些核武器容不得半点差池：当它们爆炸的时候，它们的结构将会被强大的湍流包围，这些湍流因材料的密度差异而形成，完全有可能扼杀整个核聚变反应。

核战争当然是全人类的噩梦，但核武器设计师所担心的，却是那些核弹头“噼”地一下成为了哑弹。尽管据核武器设计高级负责人夏尔勒·里昂（Charles Lion）所说，“我们的核试验通常都能为我们带来惊喜，但有时候，我们也得面对失败”。

CEA还有另一重顾虑：他们当然不愿意看到核炸弹在自己的国土或者潜艇里意外爆炸……

“上世纪90年代初，我们就已经强烈地预感到，将来的核试验数量一定会大幅度减少，但并没有料到它们会被完全禁止，”弗朗索瓦·格莱兹尼科夫回顾道。“1992年，密特朗总统决定暂停核试验，之后，一些替代方案就浮出了水面，”夏尔勒·里昂补充道，“为了模拟核爆炸的不同阶段，我们装备了非常强大的计算机，然后导入了之前数十次核试验的数据。”

验证数月的计算

他们那台超级计算机甚至有可能比法国气象局的超级计算机还要强大，此外，他们还拥有最尖端的理论模型。直到今天，CEA的物理学家还在不停地忙碌，他们描述和预测核弹头的各种状况，试图了解物质在核爆炸环境下的整个变化过程。

但这些为期数月的冗长数值计算最终还是需要通过实验证明。

想要在实验室里跟踪观测氢弹爆炸的第一阶段其实并不困难：2000年，CEA工程师在马恩省的莫隆维耶（Moronvilliers）造起了一台巨大的闪光放射照相仪。这台名为Airix的仪器能够凭借它50纳秒的曝光速度记录材料的变化状况。他们尤其关注常规爆炸对放射性元素钚的潜在影响。

然而还要模拟核爆炸本身的过程（先核裂变再核聚变），这是一段由核武器释放出毁灭性力量的过程。“化学爆炸最高只能达到5000℃，但核反应却能够达到上百万摄氏度，”夏尔勒·里昂指出，“除了核试验，唯一能够集中如此巨大能量的手段就是激光。”即便只是在几毫米范围内。

这就是为什么法国需要建造这台兆焦激光发射器。在这个世界上，只有2009年在美国投入现役的“国家点火装置（NIF）”能够与之匹敌。

极端复杂的难题

自上世纪80年代起，一些军方实验室和CEA一样，陆续研制了好几套实验性激光发射装置，它们能够输出将近20千焦光能，然而，模拟氢弹爆炸至少需要2兆焦。为了达到这个目标，美、法两国专家几乎通力协作。

“在某些技术难点，我们和他们有频繁的交流。我们还经常去他们位于加州利弗莫尔的实验室，他们也会过来。”CEA激光专家布鲁诺·勒加莱克（Bruno le Garrec）介绍道。

1996年出炉的草案即表明，建造兆焦激光发射器要求材料、技术，以及制造工艺上的突破。“为了节省空间，我们使用了光学上极其罕见的方形光束，”布鲁诺·勒加莱克透露。“为了制作这3000块玻璃激光放大器，我们不得不重新盖了一家工厂——任务结束后已拆除，发明了好几套全新的成形工艺。”项目负责人皮埃尔·维维尼（Pierre Vivini）补充道。

随着项目的推进，各项要求也变得越来越严苛。

任何微小的表面瑕疵或者灰尘都有可能分散激光束，消耗它的能量，破坏它的精度。“这些透镜的抛光质量至少达到了大型天文望远镜的标准。如果把每片透镜比作法国55万平方千米的国土，那么可允许的最大瑕疵就相当于一座1米高的土坡。”皮埃尔·维维尼自豪地说道，“为了得到尽可能纯净的激光束，我们还制造了可变形的光学系统……我可以告诉你，我们对建筑超高的稳定性需求还让承包商老练的建设团队大伤脑筋。”

但结果摆在那里：176个激光发射器（其中8个已经投入了使用）将同时向一粒由黄金包裹的球囊释放能量，它们将在这粒球囊中制造出巨大的温度和压力。

“每周四次试验，每年十个课题，我们的材料样本研究日程表已经排到了2022年。”夏尔勒·里昂透露，“比如，我们将会看到在核爆炸环境下一个带孔的物件是如何被填平的……我只能说这么多。”

在一系列承袭自往昔核试验的探测仪面前，勃艮第瓦尔杜克军事基地制造的上百粒毫米靶标已经做好了化为乌有的准备。当然，所有细节都属机密。

“不仅仅是核爆炸环境下的热力学方程，我们还有许多东西需要验证。”弗朗索瓦·格莱兹尼科夫强调道。这一切都是为一场私下所谓的“终极测试”所做的准备：CEA的工程师将通过摧毁装满氘氚混合物的球囊引发核聚变。

“核聚变决定着氢弹的破坏力：它能持续多久？温度又能达到多高？我们预计，局部温度可达到10亿摄氏度……”夏尔勒·里昂比较健谈，

“我们还要测定浑浊度，也就是光子穿透物质的能力。要知道，在氢弹爆炸过程中，75%的能量将会以光的形式向外界释放。”“我们还将研究伦琴射线、伽马射线和其他射线的散射情况，”弗朗索瓦·格莱兹尼科夫补充道。

公共关系与军事机密

只不过，想要在实验室里重现这种关键的核聚变其实非常不易。必须以将近300千米/秒的速度（子弹速度的300倍）完全对称地对氘氚混合物进行压缩。然而，一连串寄生效应会影响实验效果。

美国那台仪器的负责人之前夸下海口，以为能在三年内搞出核聚变，但很快就变得灰头土脸。“他们的工程师一开始就遇到了麻烦，因为激光束在交叉过程中交换了能量：压缩不够快，也不够对称，”巴黎综合理工学院强激光运用实验室负责人克里斯汀··拉邦（Christine Labaune）指出。

而且别忘了，靶标表面难免有瑕疵，它们会干扰到正常的压缩进程……“起爆会放大这些偏差，还有因材料密度差异形成的湍流……”夏尔勒·里昂哀叹道。

法国的兆焦激光发射器可能还需要十年才能实现核聚变。不过没有关系，这一使命已经产生了效应。它的启动就是一个强烈的信号，这说明，法国并没有放松国防。

“这台仪器的背后是一种意志，我们要向潜在的敌人证明我们拥有核武器，”弗朗索瓦·格莱兹尼科夫表示，“而这种意志也需要透过公共关系向外界表达……”军方物理学家在重要的学术杂志上发文也有这种考虑。“物理现象并不是军事机密，需要保密的只是制造这些武器的材料。”夏尔勒·里昂说。

尽管CEA大力宣传这一利器未来在非军事用途研究中所能发挥的作用，但这个借口实在没什么分量（见文字框）。“向非军方科学家开放兆焦激光发射器这件事情远非看上去那么无私，”克里斯汀·拉邦认为，“这项举措只是为了告诉全世界他们有这么一台仪器，它能工作，还能产生重要的成果。”

兆焦激光发射器将服役30年。与这台伟大仪器相关的公报、论文、评论定会层出不穷。届时再来回顾今天这些讨论，或许又能得到新的教益……

撰文 Vincent Nouyrigat

摄影 Hubert Raguet

编译苏迪

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