从1996年9月10日联合国第50届大会通过《全面禁止核试验条约》（CTBT）算
起，到现在已经有4年多时间。除印度等少数国家外，世界上大多数国家（155个
以上）已成为条约签署国，承诺不进行任何形式的核爆炸。大规模的核爆炸试验
在缔约国已经停止进行。

　　但在现今的世界上，核武器仍然是最具威慑力的武器。只要核武器存在一天，
对它的研究、维护和管理就要继续进行下去。所以签署CTBT后，各有核国家--尤
其是美国--并未放弃对核武器的研究。CTBT的签署意味着“核武器研究新阶段”
的开始，而亚临界实验正是这个“新阶段”的重要标志。

　　美国于1997年7月2日在内华达核试验场进行了CTBT后的首次亚临界实验，拉
开了新形势下核武器研究的序幕。截至2000年12月14日，美国已在内华达核试验
场进行了13次亚临界实验。俄罗斯也紧随其后，从1998年9月到2000年12月在位于
北极的新地岛核试验场，至少进行了14次亚临界实验。最近印度也宣布要进行亚
临界实验。

　　亚临界实验究竟是怎么回事？什么是亚临界实验

　　“亚临界”（subcriticality）亦称次临界，是反应堆物理与核武器物理中
的概念。大家都知道，反应堆或原子弹都是通过原子核的裂变反应来释放能量的，
当裂变材料达到“临界”或“超临界”状态时，在自发裂变中子或外部中子的作
用下，裂变反应就会持续进行下去,即可以实现“自持链式反应”。而在亚临界状
态下，无法实现自持链式反应。这里，临界和亚临界指的是裂变材料所处的状态。

　　那么，“亚临界实验”指的又是什么呢？亚临界实验实际是在全面禁试谈判
后期形成的一个概念。1995年8月11日，美国总统克林顿宣布美国谋求达成“零威
力”的全面禁试条约。但“零威力”的具体含义是模糊的。亚临界实验研究的是
核武器初级中所用裂变材料在高能炸药或其他方式冲击（或爆轰）下的物理、化
学行为，是直接为核武器的研究和发展服务的。如美国进行带有核材料的爆轰流
体动力学实验，实验中所用核材料的数量以不发生自持链式反应为限，也就是说
核材料在实验过程中始终处于亚临界状态。人们一般把这种实验称为亚临界实验
或次临界实验。

　　目前对于亚临界实验的准确界定，世界上还没有公认的说法。能否达到临界
或超临界状态，与核系统所处的条件及所含裂变材料的质量有关。在一定条件下
能够使系统达到临界状态的最小质量被称为临界质量。临界质量不是一个常量，
通常与构成系统的裂变材料的种类、几何形状和密度（随温度和压力而变化）有
关，也与系统周围的结构材料、中子慢化材料及其几何配置有关。如在常温常压
下，钚的临界质量约为17千克，而在一定条件（压缩功为107焦尔）时，14毫克的
钚小丸也可达到临界。因此，任何用到核裂变材料的实验，不管所用裂变材料的
多少，只要在整个实验过程中未达到临界条件，原则上都可称之为亚临界实验。

　　美国和俄罗斯每次进行亚临界实验后，都声称“没有自持链式反应发生”、
“不违反CTBT”。显然，这里强调的是系统动作的结果，而不是系统中裂变材料
的总量。如美国在第一次亚临界实验中总共使用了1475克钚和72.57千克高能炸药
；而在第二次亚临界实验中仅使用了127克钚和100克高能炸药，但它们都是亚临
界实验。在亚临界状态下系统放出的能量是很少的。如一个内爆型初级装置，假
定使用的脉冲中子源一次放出106个中子来引发裂变，则该系统亚临界状态下释放
核能的上限不超过2×10-9克TNT威力。这虽不是“零威力”，但也足够小了。

　　按以上分析，我们应这样来认识所谓的亚临界实验：首先，它是为核武器的
研究和发展服务的；其次，在实验过程中系统中的裂变材料要经受一定的高温、
高压冲击；再次，实验系统中虽有裂变材料，但在整个实验过程中并不发生自持
链式反应，即达不到临界或超临界状态。

　　亚临界实验的目的

　　前面我们已经了解了什么是亚临界实验。随后我们通过了解核试验的一般目
的，进一步探讨亚临界实验的目的，从而认识为什么有核国家要积极进行亚临界
实验，以及亚临界实验与核武器发展的关系。

　　核试验的一般目的

　　进行核试验的重要目的之一是改进核装置设计，以便更有效地利用裂变材料、
提高核装置的稳定性、改善核武器性能。现代的核武器一般由初级和次级两部分
组成，而初级的改进是减少核武器重量和尺寸的关键。通过核试验，可以改进核
武器初级的性能，如改善化学炸药化爆能量向裂变材料的传递、改善裂变能量向
核武器次级的传递、改进炸药的能量特性、研究提高钚燃耗的方法、发展炸药起
爆系统、完善引发链式反应的中子源、改进裂变材料和中子反射层材料的品质，
等等。通过核试验测试，可以提供核裂变及聚变的威力、各种核辐射的参数等信
息，来检验武器设计是否符合要求。通过与实验室工作相配合，可以检验和发展
核装置的设计。

　　核武器初级中的裂变材料可用武器级的铀235或钚239。由于钚的中子增殖系
数高，使用钚材料可以大大缩小核装置的尺寸，减轻重量、提高比威力，并且使
核武器符合各军兵种的需求。因此，现代的核武器一般都使用钚作为初级核材料，
美苏两国都建立了以钚为基础的核武器系统。所以在大多数核试验中，要测定核
装置中钚的压缩效率，以及装置改动后对钚压缩效率的影响。这些研究工作以及
实验室内的流体动力学试验和中子物理试验，都旨在了解不同爆炸载荷条件下钚
组件对核装置的影响。

　　亚临界实验的目的

　　按美国能源部的说法，亚临界实验的目的主要有以下3个方面：增加对老化核
材料（如钚）的动力学性质的认识，以确保核武器在库存条件下的可靠性和安全
性，评估更换核武器部件及发展新制造技术对武器性能的影响；保持核武器实验
室的核心智力和技术能力，以及内华达试验场快速恢复核试验的能力；为计算机
模拟核爆炸过程提供参数。

　　进行亚临界实验的重要目的是为了深化对核武器物理规律的认识。虽然美、
俄各进行了千次左右的核试验，但由于核武器的动作过程过于复杂，在描述这些
过程中，仍存在许多“经验因子”和“人为处理”，这说明对其中的物理规律并
未充分精密和准确地掌握，认识还有待于深化。

　　美国正通过地下、地面亚临界实验设施及核聚变设施的建设，使核武器研究
由过去的地下核试验方式，向以理论模拟和实验室实验为主的方式过渡。实现这
种过渡的基础是：美国多年来核武器设计、制造、试验的丰富经验和数据资料；
掌握这些技术的人才；具有世界最先进科研实力和设施的武器实验室；以及强大
的资金支持。而这些条件不用说世界上的无核国家，就是其他有核国家，如俄罗
斯、英、法等国也无法与之匹敌。因此，CTBT条约本身并不能限制美国对核武器
的进一步研究，只能起到限制其他国家发展核武器的作用。

　　亚临界实验如何进行

　　为了说明亚临界实验如何进行，我们援引几位美国核武器专家的说法。

　　美国普林斯顿大学的冯·希佩尔教授认为：核材料的老化有可能使其表面分
子结构变得疏松，核装置中球壳形核材料在受到外表面化学爆炸和内爆冲击之后，
材料分子有可能从球壳内表面剥离而进入空腔，从而影响空腔内氘氚反应过程，
进行亚临界实验正是为了更好地认识这种现象。实验只用到核装置的一个局部，
如取用球形核装置的1/4进行亚临界实验。

　　美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室国际安全事务中心副主任约翰·沙恩博士认
为：“亚临界实验不过是冲击波实验。在实验中用化学炸药压缩一小块质量约为
50～100克的钚材料，测量冲击波速度，由此确定状态方程。实验中不使用中子源，
钚材料密度增大为常态的1.4倍。”

　　美国退休的核武器专家雷·基德尔博士在一次谈话中表示：一旦亚临界实验
被容许进行，实验者会设法使实验做得“极其接近临界”，并极力开发亚临界实
验的用途，为核武器研究服务。

　　这3种说法从不同角度反映了美国亚临界实验的目的和作法。如洛斯·阿拉莫
斯进行的“反弹”和“公共马车”亚临界实验类似于冯·希佩尔博士所述；利弗
莫尔试验室的“全息”亚临界实验类似于约翰·沙恩博士所说的试验；而正在建
造的大型地面亚临界实验设施，可能要体现的是雷·基德尔博士的说法。

　　由以上情况看，想要通过亚临界实验达到核试验的一般目的，是相当困难的。
但有了充足的试验数据，通过更先进的计算机和数学物理方法，人们还是有可能
通过亚临界实验探索核武器研究的新途径。

　　密切注视形势的发展

　　美国信誓旦旦，他们进行亚临界实验是为了在核禁试条件下，保持核武器的
安全和可靠性。从目前美国核武库中存贮武器的情况来看，在今后至少10年内美
国的核武器仍是安全、可靠的。即使如此，为了保证库存核武器的长期安全、可
靠，对此做一些研究工作似乎也无可厚非。

　　但从美国对三大武器实验室和内华达试验场的投资规模来看，其真实目的值
得怀疑。目前很多情况表明，美国的亚临界实验是“以科学为基础的库存管理计
划”（SBSS）和“核武库管理计划”（SSMP）的组成部分，是为美国的核威慑战
略服务的。亚临界实验不仅仅是为了现有武器的存贮安全和可靠性，更重要的目
的是将核武器研究从“以核试验为基础”转变为“以科学为基础”，设计和发展
新型核武器。

　　在CTBT签署以后，美国三大武器试验室进行了大量的核武器研究工作，以及
与核武器有关的基础设施建设工作。从地下的亚临界实验到地面的流体动力学试
验，从大功率脉冲辐射源的建设到国家点火装置、Z-箍束装置的建造和运行，我
们可以看到，美国对核武器的研究是全方位的（既包括对核武器初级的研究，也
包括对核武器次级的研究），也是深层次的。

　　亚临界实验一面世，作为其始作俑者，美国便受到了谴责。首先，虽然实验
所释放的核能很小，但它仍是为核武器的研究和发展服务的，人们认为这不符合
CTBT条约的精神；其次，亚临界实验仍含有大量的钚材料，会对环境造成污染；
再次，由于目前的亚临界实验都在地下进行，实验的透明度很低，人们很难判定
是亚临界实验还是小威力核试验，更难判别实验目的是检验核材料还是发展新型
核武器；最后，既然美国开了这个头，那么其他有核国家就会随之仿效，从而展
开新的核军备竞赛，给世界的和平和发展带来不稳定因素。

　　亚临界实验究竟向何处去，人们正拭目以待。