紐約市碼頭的海關檢查員將剛剛從伊斯坦布林一艘船上卸下的一個密封貨櫃透過輻射掃描器進行掃描。裡面似乎有十幾輛新拖拉機。儘管探測器沒有感應到輻射，但檢查員還是打開了貨櫃。他們的手持裝置也沒有顯示出輻射，因此他們允許貨櫃離開。一位私人運輸商將其運送到美國中西部的一個小城市。恐怖分子小組的成員在那裡取出了他們最後一批高濃縮鈾，這些鈾被偽裝成拖拉機引擎中的10個金屬墊圈，總重兩公斤。幾個月後，一枚當量為一千噸的簡易核裝置在洛杉磯引爆。爆炸、火災和空氣中的放射性物質導致超過10萬人死亡。幾乎所有進入美國的航運都停止了，引發了金融危機。在法醫和情報工作將陰謀追溯到巴基斯坦和伊朗的恐怖組織之後，軍事行動在中東展開。
編者按 作者和編輯們一直很小心，沒有洩露可能幫助恐怖分子或在已出版來源中不易獲得的細節。
這些可怕的事件是否牽強附會？近年來，我們兩人曾兩次幫助美國廣播公司新聞團隊將一個蘇打罐大小的貧鈾圓筒偷偷透過美國港口的輻射探測器。這種材料對任何人都沒有危險，但它確實發出了與高濃縮鈾（HEU）相當的輻射特徵，而高濃縮鈾可以組裝成核彈。當您閱讀本文時，布什政府和美國國會可能正在考慮花費數十億美元在港口和其他邊境口岸增設探測器——這些探測器也無法可靠地發現我們的圓筒或類似數量的HEU。
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用高濃縮鈾製造的簡易核裝置對恐怖分子造成大規模殺傷的風險最大。在9月11日襲擊事件之後，美國政府試圖阻止核武器和材料的走私。美國國土安全部實施了所謂的“分層防禦”，主要圍繞昂貴的輻射探測器構建。
為什麼要關注探測？進入美國的貨櫃數量之多令人震驚。貨櫃有不同的尺寸，因此數量按標準20英尺貨櫃或“20英尺當量單位”（TEU）計算。2005年，超過4200萬個標準貨櫃進入美國港口。到2007年，國土安全部已部署了數百臺輻射門戶監測器。它還要求國會增購更先進的機器，但在10月份，鑑於軟體問題，它退縮了，要對這些裝置進行進一步測試。儘管一些聯邦官員和政府承包商聲稱該技術將是有效的，但我們進行的一項分析表明，這些機器無法可靠地檢測出高濃縮鈾。相反，政府必須更加重視識別和消除或保護已知的高濃縮鈾庫存，從源頭上阻止潛在的問題。
易於隱藏
為了製造混亂，恐怖分子可以竊取、購買或被贈予完整的核武器，但這種情況不太可能發生。完整的核武器通常比製造核武器所需的可裂變材料受到更嚴格的物理安全保護。更可能的途徑是非法獲取這種材料——目前這種材料分散在世界各地的許多民用、軍事和太空力量設施中——然後將其走私到美國並組裝成炸彈。主要關注兩種可裂變材料：鈽和高濃縮鈾。
要達到給定的爆炸當量，所需的鈽比高濃縮鈾少，但製造鈽武器需要複雜得多的工程。如果鈽在貨物中運輸，也更容易被探測到。高濃縮鈾更易於處理，更易於製成簡易爆炸裝置，並且在貨櫃中更難探測到。此外，更多的高濃縮鈾存在於更分散且安全性較低的地方。根據國際原子能機構的資料，1993年1月至2006年12月期間，全球共發生275起涉及核材料和犯罪意圖的已證實事件。其中4起涉及鈽，但14起涉及高濃縮鈾。超過40個國家藏有高濃縮鈾，其中俄羅斯、其他前蘇聯國家和巴基斯坦的設施被盜風險最高。哈佛大學最近的一項研究得出結論，美國資助的安全工作在蘇聯解體後國家中45%的受關注核設施中尚未完成。
獲取核材料並非易事，但美國廣播公司新聞的演習表明，將其走私到美國可能是一件簡單的事情。2002年夏天，美國廣播公司新聞小組成功地將一個裝有6.8公斤（15磅）貧鈾（DU）圓筒的鉛襯鋼管偷偷通過了美國海關和邊境保護局，方法是將其放置在一個標準貨櫃內。這種材料不適合製造武器，但其化學性質與高濃縮鈾幾乎相同。我們的組織，自然資源保護委員會（NRDC），準備了遮蔽圓筒。美國廣播公司新聞攝製組將管道放在一個普通的行李箱中，並乘坐旅客列車從維也納到伊斯坦布林——選擇這條路線是為了模擬恐怖分子的旅程。新聞攝製組沿途沒有看到任何輻射探測裝置。
到達伊斯坦布林後，記者們將行李箱放在一個裝飾箱內，與成箱的巨型花瓶一起裝在一個大型金屬貨櫃中，該貨櫃於7月10日從伊斯坦布林乘船出發。當貨櫃抵達紐約州斯塔滕島時，國土安全部的海關官員將其列為高風險目標，部分原因是其原產地，並將其標記為進行更徹底的篩查。機器及其操作員未能感應到鈾。美國廣播公司新聞於2002年9月11日，即911襲擊事件發生一年後，播出了其報道。
美國廣播公司新聞在一年後重複了實驗。這一次，行李箱被放置在一個柚木箱內，該柚木箱與其他傢俱一起裝在雅加達的一個貨櫃中。貨櫃於8月23日抵達加利福尼亞州長灘港。與之前一樣，這批貨物被海關人員列為目標並進行篩查，但於9月2日獲准用卡車運輸。美國廣播公司新聞宣佈，官員們再次未能探測到貧鈾。在報道播出後，海關扣押了我們的圓筒，“處理”了它，並將我們中的一人（科克倫）列入航空旅行觀察名單數月。
探測器不足
國土安全部於2002年末開始安裝第一代探測器系統——稱為輻射門戶監測器（RPM）。儘管美國廣播公司新聞的結果如此，但已有800多臺此類機器及其後續產品被放置在有人值守的入境口岸、陸地邊境口岸、機場、海港以及國際郵件和快遞設施。這些機器是所謂的閃爍探測器，它們計數中子和伽馬射線，但不測量其總能量。因此，這些儀器可以測量探測到的輻射強度，但無法測量輻射源的特徵輻射譜或特徵。
為了顯示放射性物質，必須首先探測到輻射，但隨後計數也必須與貨物中無害放射性物質產生的計數區分開來——從香蕉、巴西堅果和白土豆到貓砂、飛機零件、玻璃和混凝土，應有盡有。這種自然背景輻射會根據貨櫃的內容而發生顯著變化。然而，輻射門戶監測器無法測量輻射源的特徵輻射譜，這不可避免地導致來自背景源的誤報，而當前監測器的誤報率非常高——在某些設施中，每天高達數百次。當警報被觸發時，海關人員必須讓貨櫃透過進一步掃描或手動檢查，從而增加相當大的運輸延誤和成本。
進一步的測試由稱為VACIS的伽馬射線成像系統完成，該系統生成貨櫃內容的X射線掃描。海關官員還配備了小型、尋呼機大小的個人輻射探測器。儘管所有這些感測器都出現在第二次美國廣播公司新聞實驗中，但它們都沒有探測到隱藏的鈾。
鑑於輻射門戶監測器的缺陷，國土安全部於2006年宣佈，它將採購數百臺第二代輻射探測器——先進光譜門戶（ASP）機器——僅硬體總價就超過10億美元。該系統既有伽馬射線探測器，也有中子探測器，但也可以執行伽馬射線光譜分析以顯示輻射特徵；當一起應用時，這些技術旨在透過將輻射源識別為無害的放射性貨物來降低誤報率。2007年8月，喬治·W·布什總統簽署成為法律的《2007年9/11委員會建議實施法案》規定，在五年內，所有海運貨物在裝載到駛往美國的外國港口的船隻之前都必須進行掃描。將需要部署更多的探測器。
然而，此舉是不明智的，因為即使是先進光譜門戶機器也不可靠。在美國國防部內華達州試驗場的機密試驗中，沒有證明它們可靠地感應遮蔽高濃縮鈾的能力。此外，由於軟體問題，先進光譜門戶機器在紐約和新澤西港務局安裝時未能正常執行。事實上，2007年11月，《華盛頓郵報》透露，國土安全部自身也質疑這些機器的有效性。據該報報道，2006年9月，美國政府問責辦公室的審計員聲稱，官員們大大誇大了這些工具的能力。問責辦公室一年後的另一項調查發現，官員們監督了先進光譜門戶系統受損的測試。在向國會請願撥款購買更多先進光譜門戶機器後，國土安全部部長邁克爾·切爾托夫於2007年10月決定推遲對新型先進光譜門戶機器的認證和進一步生產，直到問題得到解決。當本期《大眾科學》雜誌在報攤上發行時，國土安全部可能會向國會提交關於先進光譜門戶探測器的新承包商效能資料。立法者將不得不決定是否繼續資助此類採購，鑑於這些機器令人不安的歷史。
一個合適的替代品
國土安全部不喜歡美國廣播公司新聞的演習，並公開聲稱，如果自然資源保護委員會的貧鈾塊是高濃縮鈾，檢查員會識別並攔截它。我們不同意。我們的分析表明，即使用鉛和鋼稍微遮蔽一下，貧鈾和高濃縮鈾也具有相似的微弱輻射訊號，並且同樣難以被任何一代監測器探測到。
為了比較貧鈾和高濃縮鈾，我們計算了遮蔽和未遮蔽的貧鈾和高濃縮鈾樣品在不同距離處的輻射粒子計數和探測器劑量率，然後將這些量與背景輻射進行了比較。我們使用洛斯阿拉莫斯國家實驗室使用的標準輻射分析軟體和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室提供的常用鈾輻射資料進行了計算。
一些高濃縮鈾含有極低濃度的同位素鈾232，鈾232在天然鈾中不存在，但在高濃縮鈾在核反應堆中輻照時會產生。在美國和俄羅斯，大多數高濃縮鈾是從從軍用燃料中回收的鈾中濃縮而來的，因此被痕量的鈾232汙染。即使是微小的量，小於十億分之一（ppb），也具有明顯的輻射訊號。
兩個重要因素會降低輻射門戶監測器探測純高濃縮鈾或受汙染高濃縮鈾訊號的能力：吸收輻射的遮蔽以及輻射源和探測器之間的距離。在未遮蔽的情況下，純高濃縮鈾和受汙染高濃縮鈾的計算劑量率均高於貧鈾。但在兩種情況下，大部分劑量都來自伽馬射線譜的低能量部分，而低能量部分很容易被遮蔽吸收。如果輻射源被一層一毫米厚的鉛包裹，則不含鈾232的高濃縮鈾的輻射劑量率低於類似遮蔽的貧鈾的劑量率。對於被2 ppb鈾232汙染幷包裹在相同遮蔽層中的高濃縮鈾，伽馬射線劑量率與貧鈾的劑量率大致相等。公開資料表明，大約一半的俄羅斯高濃縮鈾的鈾232濃度可能低於0.2 ppb，而巴基斯坦和伊朗生產的所有高濃縮鈾可能都不含該同位素。
對於貧鈾和高濃縮鈾，發射的輻射都會隨著與輻射源距離的增加而減小。我們計算出，對於輕度遮蔽的高濃縮鈾（覆蓋一層一毫米厚的鉛），且不含鈾232，在兩米處的劑量率小於背景輻射的5%；對於被0.2 ppb汙染的高濃縮鈾，劑量率小於背景輻射的10%。在典型的門戶監測器中，從標準貨櫃中心到兩側探測器的距離大於兩米。因此，如果任何遮蔽高濃縮鈾被放置在貨櫃中心附近，輻射門戶監測器和新型先進光譜門戶機器都無法區分俄羅斯的大多數遮蔽高濃縮鈾。
我們的工作表明，在測試國土安全部探測走私核武器材料的能力方面，貧鈾是高濃縮鈾的良好替代品。如果我們的測試貧鈾塊是高濃縮鈾，輻射門戶監測器不會探測到它，下一代先進光譜門戶機器也不會探測到它。
足以製造炸彈
更糟糕的是，恐怖分子可能透過運輸比我們使用的貧鈾塊更小的碎片將高濃縮鈾走私到美國。那麼，問題是，小塊高濃縮鈾是否可以組裝成當量可觀的簡易炸彈。
大多數現代核武器都基於內爆：引爆常規炸藥以充分壓縮核材料，使其爆發失控的裂變鏈式反應。秘密行動的恐怖分子不太可能組裝出這種裝置，因為其複雜性。然而，一種更簡單的槍式設計可能是有效的；兩個次臨界高濃縮鈾塊被驅動在一起，使其形成一個超臨界質量。“小男孩”原子彈於1945年投向廣島，它在一毫秒內將大約65公斤高濃縮鈾組合在一起，方法是將一個次臨界塊沿著槍管射向第二個次臨界塊。
然而，此後核材料的“質量”持續提高，以至於1987年諾貝爾獎獲得者、曼哈頓計劃科學家路易斯·阿爾瓦雷斯指出，如果恐怖分子擁有現代武器級鈾，他們“很有可能僅透過將一半材料掉到另一半材料上來引爆高當量爆炸”。為了檢驗這一論斷，我們模擬了“小男孩”設計與阿爾瓦雷斯描述的簡易核裝置之間的差異。
我們再次使用了洛斯阿拉莫斯軟體程式碼，並根據公開的設計資訊以及槍式元件中高濃縮鈾的兩種簡單配置，模擬了“小男孩”的當量。我們的模型顯示，對於爆炸驅動的槍式元件，獲得一千噸爆炸當量所需的最小量將大大少於“小男孩”中的高濃縮鈾量。最令人不安的是，對於更大的量，透過將一塊高濃縮鈾掉到另一塊高濃縮鈾上，可以實現大於50%機率的一千噸當量，這證實了阿爾瓦雷斯的說法。設計高濃縮鈾炸彈似乎簡單得令人震驚。因此，唯一真正的障礙是秘密收集足夠的材料。
更有效的對策
鑑於門戶監測器在探測走私高濃縮鈾方面的困難，阻止任何秘密流入至關重要。美國政府基本上有四種選擇：依靠情報來識別和抓捕核走私犯；從源頭上消除高濃縮鈾；鞏固高濃縮鈾並加以保護；或在國際邊界探測高濃縮鈾。明智的政策將根據其有效性和成本，以平衡的方式追求所有這些途徑。然而，美國目前的做法過於依賴可疑的探測器。聯邦政府確實有計劃“稀釋”俄羅斯過剩的軍用高濃縮鈾庫存，使其變成低濃縮鈾，並用低濃縮燃料取代研究堆中的高濃縮鈾燃料。美國還在幫助改善俄羅斯一些高濃縮鈾庫存的物理安全性。但政府並未像門戶監測器計劃那樣，給予這些不屬於國土安全部的計劃相同的高度優先地位。
正如試驗所示，輻射門戶監測器和先進光譜門戶機器目前都無法提供可靠的保護。國土安全部確實支援對其他先進探測方案的研究，例如主動探測系統，該系統用低能中子轟擊貨櫃或車輛，產生明顯的伽馬輻射訊號。去年，勞倫斯利弗莫爾公佈了一個原型，據稱它可以探測到輕度遮蔽的重量小於一公斤的鈾塊，且誤報率低[見第102頁的方框]。位於加利福尼亞州託蘭斯的RapiScan Systems公司正在開發類似的方案。然而，這項技術必須商業化，並且其成本必須大幅降低。公眾和託運人擔心貨物內容會暴露在產生的伽馬射線下，這也必須得到解決，即使能量水平非常低，輻射也會在一小時內消散。勞倫斯利弗莫爾表示，它可以在2009年之前準備好一個系統進行商業評估。
國會現在可能正在辯論是否應繼續支援陷入困境的、耗資數十億美元的先進光譜門戶計劃。有了輻射門戶監測器和先進光譜門戶機器，海關人員可能會抓住試圖走私高濃縮鈾的業餘恐怖分子，但他們不太可能抓住像9/11恐怖分子穆罕默德·阿塔這樣的老練特工。美國政府應該將更高的政策優先順序，並在某些情況下投入更多資金，用於在全球範圍內保護和消除高濃縮鈾來源。政府還應尋求在全球範圍內禁止高濃縮鈾的商業用途，例如用於醫療應用的同位素生產和核反應堆設計實驗，其中大多數可以使用低濃縮鈾或在粒子加速器中進行。為了保護美國免受恐怖分子核襲擊，美國應制定一項更大、更有效的戰略計劃，重點是消除獲得武器級材料的途徑。
更多探索 阻止核恐怖主義。《大眾科學》雜誌，第294卷，第2期，第56-63頁；2006年2月，亞歷山大·格拉澤和弗蘭克·N·馮·希佩爾著。
2007年保護炸彈。《哈佛
大學與核威脅倡議組織，2007年9月，馬修·本恩著。
尋找隱藏的材料。丹尼斯·斯勞特在
《核新聞》雜誌，第43頁；2007年11月。
邊境輻射探測器再次延遲。《華盛頓郵報》，第A1頁；2007年11月20日，小羅伯特·奧哈羅著。
華盛頓郵報，第A1頁；2007年11月20日。
國際原子能機構維護的非法販運資料庫，列出了涉及放射性材料的未經授權的活動：http://www.iaea.org/NewsCenter/News/2007/itdb.html