Mỹ: Thử bom hạt nhân bằng siêu máy tính

Siêu máy tính sẽ hoàn toàn thay thế các vụ nổ hạt nhân?

Chương trình mô phỏng trên máy vi tính để kiểm tra, kiểm soát và thử nghiệm vũ khí hạt nhân được xây dựng dựa trên những dữ liệu, thông số thiết kế thực tế của quả bom nhập vào bộ nhớ máy tính. Chương trình được thiết kế và chế tạo bởi Phòng thí nghiệm Livermore vào những năm cuối Chiến tranh lạnh.

Thời đó, đây là bước đột phá lớn, vì lần đầu tiên con người có thể phát hiện sớm một sai sót kỹ thuật trong quả bom. Và nhờ bước đột phá này, "giờ đây chúng tôi đã có thể hiểu biết một cách căn bản hơn về cơ chế hoạt động của quả bom so với những gì chúng tôi hình dung trong các vụ nổ thử trước đây" - phát biểu của Bruce T. Goodwin, giám đốc các chương trình vũ khí của Phòng thí nghiệm Livermore.

Để tiến hành việc mô phỏng hoạt động của quả bom trên máy vi tính, một nhóm các nhà khoa học và thiết kế vũ khí của Mỹ đã cùng nhau kiểm tra một danh mục tất cả các điều kiện có khả năng tác động đến quả bom hạt nhân. Ở đây, các nhà khoa học Mỹ sử dụng quả bom chiến lược B-83 làm đối tượng mô phỏng trong chương trình máy vi tính. B-83 là quả bom hiện đại nhất đồng thời là một trong những vũ khí tối tân nhất trong kho vũ khí của Mỹ hiện nay.

Nó được chế tạo trong thời gian nước Mỹ đã ngưng hoàn toàn các vụ nổ thử trong thực tế, vì vậy chương trình vi tính được triển khai để thử nghiệm, kiểm tra, kiểm soát cường độ, độ an toàn và tất cả các đặc tính khác của quả bom này. Khi thực hiện mô phỏng kiểm tra tính an toàn và độ tin cậy trong quá trình phóng, các nhà khoa học và thiết kế đã kiểm tra các yếu tố tác động đến quả bom như nhiệt độ, độ cao, chấn rung và các yếu tố khác có khả năng tác động đến quả bom trong quá trình bay đến mục tiêu.

Hệ thống siêu máy tính The Dawn (loại máy IBM BlueGene P) đặt tại Terascale Simulation Facility - Trung tâm Mô phỏng máy tính thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore.

Trước khi có chương trình "siêu máy tính", việc kiểm tra thường được tiến hành bằng cách tách rời các bộ phận (đầu đạn và thân bom), kiểm tra, thử nghiệm bằng các phương pháp hóa học, vật lý, toán học, vật liệu học và một số lý thuyết khác; đồng thời đối chiếu, so sánh với các số liệu nổ thử bom hạt nhân trước đó. Với "siêu máy tính", các nhà khoa học không cần phải nhọc công làm các bước kiểm tra "thủ công" mà chỉ cần mô phỏng các vụ nổ, các kiểm nghiệm kỹ thuật bằng chương trình máy tính.

Theo tiến sĩ Goodwin, các nhà khoa học tại các phòng thí nghiệm được trang bị các máy tính mạnh nhất hành tinh đã đi sâu nghiên cứu bí ẩn của tiến trình phân hạch khi vụ nổ xảy ra. Chính những nghiên cứu này đã giúp làm sáng tỏ nhiều điều mà trước năm 1992 - thời điểm Mỹ chấm dứt hoàn toàn các vụ nổ thử bom hạt nhân - người Mỹ đã không thể hiểu hết được.

Đầu năm nay, Nhà Trắng tự tin tuyên bố rằng, với những tiến bộ về công nghệ thông tin, nước Mỹ sẽ không cần phải tiến hành trở lại những vụ nổ thử bom hạt nhân như trước nữa mà vẫn có thể thử nghiệm và kiểm tra hoàn chỉnh những quả bom mới được chế tạo. Bởi vì, chương trình mô phỏng trên siêu máy tính không chỉ dự báo trước những vấn đề trục trặc có thể phát sinh, giảm thiểu những rủi ro tác động xấu đến kho vũ khí của Mỹ, mà còn tiến hành nổ thử bom hạt nhân.

Những tranh cãi quanh Hiệp ước CTBT

Các phòng thí nghiệm quốc gia Livermore (bang California), Los Alamos và Sandia ở bang New Mexico là những nơi chịu trách nhiệm chính báo cáo thẩm định lên Tổng thống Mỹ về tính an toàn và độ tin cậy của vũ khí trong kho theo một chương trình của Bộ Năng lượng tạm gọi là "quản lý kho vũ khí" do Cơ quan Kiểm soát an toàn hạt nhân quốc gia (NNSA) phụ trách. Trong những năm qua, đã có nhiều sai sót lớn nhỏ trong kho vũ khí Mỹ được phát hiện.

Năm 2003, qua kiểm tra thông thường, các nhà quản lý kho vũ khí đã phát hiện một vấn đề nghiêm trọng, tuy sai sót không lớn đến nỗi có thể xem như một "tai họa" nhưng nó lại là sai sót phổ biến. Các chi tiết về sai sót này hiện được bảo mật tối đa. Theo tính toán, nếu tiến hành sửa chữa sai sót này, Chính phủ Mỹ có thể phải chi đến nhiều tỉ USD. Vậy phải tìm hiểu kỹ xem sai sót này có thật sự cần phải sửa chữa hay không.

Các nhà khoa học ở Livermore đã tiến hành một loạt mô phỏng trên máy vi tính, sau đó phòng thí nghiệm Los Alamos phối hợp tiến hành thêm những thí nghiệm nổ phi hạt nhân. Các kết quả thu được cho thấy các vũ khí đó không cần sửa chữa.

Với chương trình mô phỏng trên máy tính, việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân không còn phải nhờ vào các vụ nổ thử như trước đây nữa. Nói như thế thì hệ thống giám sát, theo dõi các vụ nổ thử bom hạt nhân chẳng còn mấy ý nghĩa tồn tại. Và việc sử dụng các chương trình máy tính quản lý kho vũ khí đã làm sống lại những tranh cãi xung quanh việc phê chuẩn Hiệp ước cấm thử vũ khí hạt nhân toàn diện (CTBT) và vấn đề có nên nối lại các vụ nổ thử bom hạt nhân hay không.

Những vụ nổ thử hạt nhân không còn cần thiết nữa vì đã có các chương trình mô phỏng trên siêu máy tính.

Nội dung của Hiệp ước CTBT là cấm hoàn toàn việc nổ thử nghiệm bom hạt nhân, đồng thời thiết lập một hệ thống giám sát toàn cầu nhằm phát hiện những vụ thử lén. Hiệp ước đã được LHQ thông qua vào năm 1996, với 182 quốc gia đặt bút ký, trong đó có 154 quốc gia phê chuẩn. Nhưng để cho hiệp ước có hiệu lực thi hành thì cần phải được một số quốc gia chủ chốt, như Mỹ, Nga, Trung Quốc,… phê chuẩn. Thật tiếc, Hiệp ước đã bị Thượng viện Mỹ phủ quyết vào năm 1999 khiến cho đến nay nó vẫn chưa thể được triển khai trên phạm vi toàn cầu.

Tại thời điểm Thượng viện Mỹ bác bỏ Hiệp ước CTBT, nước Mỹ đã ngưng các vụ nổ thử bom hạt nhân từ lâu (từ năm 1992), và ở nước Mỹ khi đó cũng nổ ra một cuộc tranh cãi quanh việc có nên nối lại các vụ nổ thử bom hạt nhân hay không. Có đến 6 cựu bộ trưởng quốc phòng Mỹ, trong đó có Caspar W. Weinberger, Richard B. Cheney và Donald H. Rumsfeld vào năm 1999 đã gửi thư khuyến nghị lên Thượng viện trong đó lập luận rằng chương trình quản lý kho vũ khí "sẽ không thể đạt đủ độ tin cậy trong 10 năm tới" và đặc biệt là không thể thay thế hoàn toàn cho việc nổ thử.

Thượng nghị sĩ Jon Kyl, người có thâm niên chống CTBT, cho rằng chương trình mô phỏng trên máy vi tính dùng để quản lý kho vũ khí hạt nhân là "đáng tin cậy và hữu ích". Theo nhận định của Jon Kyl, chương trình mô phỏng máy vi tính cung cấp không chỉ những bí mật về quả bom mà còn cả những nguy cơ, những vấn đề nghiêm trọng của quả bom mà trước đây chưa được phát hiện. Tuy nhiên, Jon Kyl cũng không chấp nhận việc từ bỏ "quyền" nổ thử bom hạt nhân.

Bảo quản kho vũ khí bằng siêu máy tính

Trong Chiến tranh lạnh, Mỹ và Liên Xô đã tiến hành tổng cộng 1.769 vụ nổ thử bom hạt nhân, trong đó Mỹ tiến hành 1.054 vụ. Mục đích của các vụ nổ thử này chủ yếu là để kiểm tra cường độ và các đặc tính khác của những quả bom mới.

Tuy nhiên, Chiến tranh lạnh kết thúc đồng nghĩa với việc các vũ khí hạt nhân cũng mất đi ý nghĩa chiến lược ban đầu, từ đó nảy sinh vấn đề làm thế nào để bảo đảm duy trì kho vũ khí an toàn tuyệt đối, tức là không bị "nổ cả kho". Trên thế giới hiện còn khoảng 20.500 quả bom hạt nhân lưu kho, trong đó riêng Mỹ và Nga nắm giữ đến 19.500 quả, còn lại khoảng 1.000 quả phân bổ tại các quốc gia khác (như Israel, Trung Quốc, Ấn Độ, Pakistan, Anh, Pháp).

Việc bảo đảm an toàn cho kho vũ khí hạt nhân luôn là đề tài quan tâm hàng đầu của giới chức an ninh Mỹ và những quốc gia liên quan. Đầu năm 2011, Tổng thống Obama đã tuyên bố sẽ chi bổ sung 88 tỉ USD trong vòng 10 năm tới cho việc quản lý và bảo quản vũ khí hạt nhân. Trong tài khóa 2012, Tổng thống Obama sẽ tăng 10% kinh phí cho chương trình quản lý kho vũ khí.

Việc sử dụng siêu máy tính trong bảo quản kho vũ khí hiện đang nhận được khá nhiều sự ủng hộ của giới chính khách cũng như chuyên gia vũ khí hạt nhân của Mỹ.

Chuyên gia vũ khí hạt nhân Jeffrey G. Lewis, hiện là Giám đốc Chương trình cấm phổ biến vũ khí hạt nhân Đông Á tại Viện Nghiên cứu quốc tế Monterey (MIIS), một trong những người ủng hộ chương trình máy tính quản lý kho hạt nhân cho rằng, các vụ nổ thử dưới mặt đất trước đây có thể giúp các nhà thiết kế vũ khí biết quả bom hoạt động trong những điều kiện nhất định, nhưng "họ không bao giờ có thể giải thích được một cách đầy đủ nó diễn ra như thế nào và tại sao".

Nhưng với kết quả mô phỏng trên máy vi tính, các nhà thiết kế vũ khí hạt nhân đã thật sự hiểu được các vũ khí nhiệt hạch hoạt động như thế nào và cũng giải thích được tại sao nó lại diễn ra như thế.

Khi chương trình quản lý kho vũ khí bắt đầu hoạt động vào đầu thập niên 90 của thế kỷ trước, người Mỹ đặt mục tiêu là sẽ xây dựng các siêu máy tính có năng lực vi xử lý đến 100 teraflop (1 teraflop bằng 1 nghìn tỉ phép tính trên 1 giây). Hiện tại, người Mỹ đã có thể chế tạo được các siêu máy tính có năng lực xử lý nhanh hơn trước gấp nhiều lần.

Vào tháng 5 hoặc 6/2012 tới, Phòng thí nghiệm Livermore sẽ đưa vào vận hành một siêu máy tính mới do Hãng IBM sản xuất, có năng lực xử lý đến 20 petaflop, tức tương đương 1 triệu tỉ phép tính trên 1 giây. Kích thước của chiếc máy này cũng thuộc loại "khủng": tương đương 96 chiếc tủ lạnh đứng, tích hợp 1,6 triệu lõi vi xử lý và hoạt động nhanh gấp 10 lần chiếc máy tính nhanh nhất thế giới hiện nay.

Chiếc siêu máy tính mới này sẽ giúp nâng năng lực hoạt động của Phòng thí nghiệm Livermore lên gấp 8 lần. Và với năng lực siêu máy tính như thế, các nhà khoa học tại Livermore sẽ đủ sức tạo ra một mô hình như thật về những gì thật sự diễn ra bên trong một vụ nổ hạt nhân, với các hoạt động nén kim loại (uranium và plutomium) ở áp suất và nhiệt độ cực cao để tạo ra một vụ nổ hạt nhân. Hàng tỉ hạt nhân kim loại được mô phỏng hoạt động trong một mô hình máy vi tính sẽ mang lại vô số điều lý thú trong tương lai