從1996年9月10日聯合國第50屆大會通過《全面禁止核試驗條約》（CTBT）算
起，到現在已經有4年多時間。除印度等少數國家外，世界上大多數國家（155個
以上）已成為條約簽署國，承諾不進行任何形式的核爆炸。大規模的核爆炸試驗
在締約國已經停止進行。

　　但在現今的世界上，核武器仍然是最具威懾力的武器。只要核武器存在一天，
對它的研究、維護和管理就要繼續進行下去。所以簽署CTBT後，各有核國家--尤
其是美國--並未放棄對核武器的研究。CTBT的簽署意味着“核武器研究新階段”
的開始，而亞臨界實驗正是這個“新階段”的重要標誌。

　　美國於1997年7月2日在內華達核試驗場進行了CTBT後的首次亞臨界實驗，拉
開了新形勢下核武器研究的序幕。截至2000年12月14日，美國已在內華達核試驗
場進行了13次亞臨界實驗。俄羅斯也緊隨其後，從1998年9月到2000年12月在位於
北極的新地島核試驗場，至少進行了14次亞臨界實驗。最近印度也宣布要進行亞
臨界實驗。

　　亞臨界實驗究竟是怎麼回事？什麼是亞臨界實驗

　　“亞臨界”（subcriticality）亦稱次臨界，是反應堆物理與核武器物理中
的概念。大家都知道，反應堆或原子彈都是通過原子核的裂變反應來釋放能量的，
當裂變材料達到“臨界”或“超臨界”狀態時，在自發裂變中子或外部中子的作
用下，裂變反應就會持續進行下去,即可以實現“自持鏈式反應”。而在亞臨界狀
態下，無法實現自持鏈式反應。這裡，臨界和亞臨界指的是裂變材料所處的狀態。

　　那麼，“亞臨界實驗”指的又是什麼呢？亞臨界實驗實際是在全面禁試談判
後期形成的一個概念。1995年8月11日，美國總統克林頓宣布美國謀求達成“零威
力”的全面禁試條約。但“零威力”的具體含義是模糊的。亞臨界實驗研究的是
核武器初級中所用裂變材料在高能炸藥或其他方式衝擊（或爆轟）下的物理、化
學行為，是直接為核武器的研究和發展服務的。如美國進行帶有核材料的爆轟流
體動力學實驗，實驗中所用核材料的數量以不發生自持鏈式反應為限，也就是說
核材料在實驗過程中始終處於亞臨界狀態。人們一般把這種實驗稱為亞臨界實驗
或次臨界實驗。

　　目前對於亞臨界實驗的準確界定，世界上還沒有公認的說法。能否達到臨界
或超臨界狀態，與核系統所處的條件及所含裂變材料的質量有關。在一定條件下
能夠使系統達到臨界狀態的最小質量被稱為臨界質量。臨界質量不是一個常量，
通常與構成系統的裂變材料的種類、幾何形狀和密度（隨溫度和壓力而變化）有
關，也與系統周圍的結構材料、中子慢化材料及其幾何配置有關。如在常溫常壓
下，鈈的臨界質量約為17千克，而在一定條件（壓縮功為107焦爾）時，14毫克的
鈈小丸也可達到臨界。因此，任何用到核裂變材料的實驗，不管所用裂變材料的
多少，只要在整個實驗過程中未達到臨界條件，原則上都可稱之為亞臨界實驗。

　　美國和俄羅斯每次進行亞臨界實驗後，都聲稱“沒有自持鏈式反應發生”、
“不違反CTBT”。顯然，這裡強調的是系統動作的結果，而不是系統中裂變材料
的總量。如美國在第一次亞臨界實驗中總共使用了1475克鈈和72.57千克高能炸藥
；而在第二次亞臨界實驗中僅使用了127克鈈和100克高能炸藥，但它們都是亞臨
界實驗。在亞臨界狀態下系統放出的能量是很少的。如一個內爆型初級裝置，假
定使用的脈衝中子源一次放出106個中子來引發裂變，則該系統亞臨界狀態下釋放
核能的上限不超過2×10-9克TNT威力。這雖不是“零威力”，但也足夠小了。

　　按以上分析，我們應這樣來認識所謂的亞臨界實驗：首先，它是為核武器的
研究和發展服務的；其次，在實驗過程中系統中的裂變材料要經受一定的高溫、
高壓衝擊；再次，實驗系統中雖有裂變材料，但在整個實驗過程中並不發生自持
鏈式反應，即達不到臨界或超臨界狀態。

　　亞臨界實驗的目的

　　前面我們已經了解了什麼是亞臨界實驗。隨後我們通過了解核試驗的一般目
的，進一步探討亞臨界實驗的目的，從而認識為什麼有核國家要積極進行亞臨界
實驗，以及亞臨界實驗與核武器發展的關係。

　　核試驗的一般目的

　　進行核試驗的重要目的之一是改進核裝置設計，以便更有效地利用裂變材料、
提高核裝置的穩定性、改善核武器性能。現代的核武器一般由初級和次級兩部分
組成，而初級的改進是減少核武器重量和尺寸的關鍵。通過核試驗，可以改進核
武器初級的性能，如改善化學炸藥化爆能量向裂變材料的傳遞、改善裂變能量向
核武器次級的傳遞、改進炸藥的能量特性、研究提高鈈燃耗的方法、發展炸藥起
爆系統、完善引發鏈式反應的中子源、改進裂變材料和中子反射層材料的品質，
等等。通過核試驗測試，可以提供核裂變及聚變的威力、各種核輻射的參數等信
息，來檢驗武器設計是否符合要求。通過與實驗室工作相配合，可以檢驗和發展
核裝置的設計。

　　核武器初級中的裂變材料可用武器級的鈾235或鈈239。由於鈈的中子增殖系
數高，使用鈈材料可以大大縮小核裝置的尺寸，減輕重量、提高比威力，並且使
核武器符合各軍兵種的需求。因此，現代的核武器一般都使用鈈作為初級核材料，
美蘇兩國都建立了以鈈為基礎的核武器系統。所以在大多數核試驗中，要測定核
裝置中鈈的壓縮效率，以及裝置改動後對鈈壓縮效率的影響。這些研究工作以及
實驗室內的流體動力學試驗和中子物理試驗，都旨在了解不同爆炸載荷條件下鈈
組件對核裝置的影響。

　　亞臨界實驗的目的

　　按美國能源部的說法，亞臨界實驗的目的主要有以下3個方面：增加對老化核
材料（如鈈）的動力學性質的認識，以確保核武器在庫存條件下的可靠性和安全
性，評估更換核武器部件及發展新製造技術對武器性能的影響；保持核武器實驗
室的核心智力和技術能力，以及內華達試驗場快速恢復核試驗的能力；為計算機
模擬核爆炸過程提供參數。

　　進行亞臨界實驗的重要目的是為了深化對核武器物理規律的認識。雖然美、
俄各進行了千次左右的核試驗，但由於核武器的動作過程過於複雜，在描述這些
過程中，仍存在許多“經驗因子”和“人為處理”，這說明對其中的物理規律並
未充分精密和準確地掌握，認識還有待於深化。

　　美國正通過地下、地面亞臨界實驗設施及核聚變設施的建設，使核武器研究
由過去的地下核試驗方式，向以理論模擬和實驗室實驗為主的方式過渡。實現這
種過渡的基礎是：美國多年來核武器設計、製造、試驗的豐富經驗和數據資料；
掌握這些技術的人才；具有世界最先進科研實力和設施的武器實驗室；以及強大
的資金支持。而這些條件不用說世界上的無核國家，就是其他有核國家，如俄羅
斯、英、法等國也無法與之匹敵。因此，CTBT條約本身並不能限制美國對核武器
的進一步研究，只能起到限制其他國家發展核武器的作用。

　　亞臨界實驗如何進行

　　為了說明亞臨界實驗如何進行，我們援引幾位美國核武器專家的說法。

　　美國普林斯頓大學的馮·希佩爾教授認為：核材料的老化有可能使其表面分
子結構變得疏鬆，核裝置中球殼形核材料在受到外表面化學爆炸和內爆衝擊之後，
材料分子有可能從球殼內表面剝離而進入空腔，從而影響空腔內氘氚反應過程，
進行亞臨界實驗正是為了更好地認識這種現象。實驗只用到核裝置的一個局部，
如取用球形核裝置的1/4進行亞臨界實驗。

　　美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室國際安全事務中心副主任約翰·沙恩博士認
為：“亞臨界實驗不過是衝擊波實驗。在實驗中用化學炸藥壓縮一小塊質量約為
50～100克的鈈材料，測量衝擊波速度，由此確定狀態方程。實驗中不使用中子源，
鈈材料密度增大為常態的1.4倍。”

　　美國退休的核武器專家雷·基德爾博士在一次談話中表示：一旦亞臨界實驗
被容許進行，實驗者會設法使實驗做得“極其接近臨界”，並極力開發亞臨界實
驗的用途，為核武器研究服務。

　　這3種說法從不同角度反映了美國亞臨界實驗的目的和作法。如洛斯·阿拉莫
斯進行的“反彈”和“公共馬車”亞臨界實驗類似於馮·希佩爾博士所述；利弗
莫爾試驗室的“全息”亞臨界實驗類似於約翰·沙恩博士所說的試驗；而正在建
造的大型地面亞臨界實驗設施，可能要體現的是雷·基德爾博士的說法。

　　由以上情況看，想要通過亞臨界實驗達到核試驗的一般目的，是相當困難的。
但有了充足的試驗數據，通過更先進的計算機和數學物理方法，人們還是有可能
通過亞臨界實驗探索核武器研究的新途徑。

　　密切注視形勢的發展

　　美國信誓旦旦，他們進行亞臨界實驗是為了在核禁試條件下，保持核武器的
安全和可靠性。從目前美國核武庫中存貯武器的情況來看，在今後至少10年內美
國的核武器仍是安全、可靠的。即使如此，為了保證庫存核武器的長期安全、可
靠，對此做一些研究工作似乎也無可厚非。

　　但從美國對三大武器實驗室和內華達試驗場的投資規模來看，其真實目的值
得懷疑。目前很多情況表明，美國的亞臨界實驗是“以科學為基礎的庫存管理計
劃”（SBSS）和“核武庫管理計劃”（SSMP）的組成部分，是為美國的核威懾戰
略服務的。亞臨界實驗不僅僅是為了現有武器的存貯安全和可靠性，更重要的目
的是將核武器研究從“以核試驗為基礎”轉變為“以科學為基礎”，設計和發展
新型核武器。

　　在CTBT簽署以後，美國三大武器試驗室進行了大量的核武器研究工作，以及
與核武器有關的基礎設施建設工作。從地下的亞臨界實驗到地面的流體動力學試
驗，從大功率脈衝輻射源的建設到國家點火裝置、Z-箍束裝置的建造和運行，我
們可以看到，美國對核武器的研究是全方位的（既包括對核武器初級的研究，也
包括對核武器次級的研究），也是深層次的。

　　亞臨界實驗一面世，作為其始作俑者，美國便受到了譴責。首先，雖然實驗
所釋放的核能很小，但它仍是為核武器的研究和發展服務的，人們認為這不符合
CTBT條約的精神；其次，亞臨界實驗仍含有大量的鈈材料，會對環境造成污染；
再次，由於目前的亞臨界實驗都在地下進行，實驗的透明度很低，人們很難判定
是亞臨界實驗還是小威力核試驗，更難判別實驗目的是檢驗核材料還是發展新型
核武器；最後，既然美國開了這個頭，那麼其他有核國家就會隨之仿效，從而展
開新的核軍備競賽，給世界的和平和發展帶來不穩定因素。

　　亞臨界實驗究竟向何處去，人們正拭目以待。