内华达州的一次地下爆炸将如何帮助美国探测核试验

这次非核爆炸于10月18日故意进行。原因如下。
这是内华达国家安全场的U1a综合体。测试发生在内华达国家安全场12区的P隧道。美国能源部

10月18日,在美国内华达州沙漠的地下,国家核安全局故意引爆了一场非核爆炸。美国地质调查局测得其震级为1.7级,精确记录爆炸时间为上午8点15分59秒。自美国进行核试验爆炸以来已经过去了三十多年,但探测此类试验,特别是地下试验的能力,能够指导美国应对其他试验。10月18日的爆炸虽然不是核爆炸,但发生在旧核试验基础设施的“骨架”中,因为它是为了提高探测核试验的能力。

到目前为止,21世纪只有朝鲜进行了核武器爆炸,而且所有这些试验都是在地下进行的。但如果现有核大国恢复试验,或者一个国家通过试验首次部署其新型核武库,地下探测很可能会成为发现这一情况的方式。

“这些实验推动了我们为支持美国核不扩散目标而开发新技术的努力。它们将通过提高地下核爆炸试验的探测能力来帮助减少全球核威胁。”国家核安全局国防核不扩散副局长科里·亨德斯坦在一份新闻稿中说。

国家核安全局的测试发生在内华达国家安全场,该场地以前被称为内华达试验场,最近则被称为内华达试验场。在1951年至1992年期间用于实际核试验时,该场地共进行了100次大气核武器试验和828次地下核武器试验。自1992年9月以来,美国一直遵守停止进行核武器实弹试验的禁令,此前苏联于1991年实施了禁令,俄罗斯此后一直遵守。在没有实弹试验的情况下,使用计算机模型的模拟试验为美国核武库的持续研究和维护提供了信息,这些研究和维护得益于超级计算和近五十年来实际核试验中收集的大量数据。

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尽管如此,计算机模型是基于观察到的真实世界数据,而这次在内华达国家安全场进行的非核爆炸,使得这些算法和假设得以验证。

“这次实验将有助于验证新的预测爆炸模型和探测算法。测量数据是使用加速度计、地震仪、次声传感器、电磁传感器、化学和放射性示踪剂采样器以及气象传感器收集的,”国家核安全局的新闻稿中写道。

这次最近的测试建立在内华达场地先前工作的基础上。从2010年到2019年,美国核工业界的研究人员,包括国家核安全局的科学家以及桑迪亚国家实验室的研究人员,进行了源物理实验(Source Physics Experiments)。这些实验旨在帮助美国区分地震和地下爆炸,从而增进对武器试验和地震活动的了解。除了桑迪亚实验室,其他参与机构还包括洛斯阿拉莫斯国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室以及负责管理内华达国家安全场运营的Mission Support and Test Services LLC。

虽然卫星监测可以从上方探测到地表试验,但地下试验本身就更难被外部力量观测和追踪。人为爆炸与地震之间的区别之一在于压缩波与剪切波的比例。但是,为了确保核试验不会被忽略或误认为是常规地震数据,各实验室着手收集新数据,以区分爆炸和地震。

“在我们看来,唯一能更好地理解这一点的方法就是进行实际的物理实验。我们不能仅仅拥有新的建模代码,却没有东西来测试这些新的建模代码,”桑迪亚首席研究员、地球物理学家罗布·阿博特在2019年8月告诉桑迪亚实验室新闻(Sandia LabNews),“原文。”

源物理实验(Source Physics Experiment)系列中涉及的传感器包括钻孔内和地表的加速度计、次声波、光纤、地震监测、钻孔麦克风、氡传感器、摄影测量、试验场前后的地表测绘等。通过对试验预期结果进行建模,根据该模型布置传感器,然后使用非核爆炸物进行实地测试,研究人员在不引爆真正核弹的情况下,极大地促进了寻找核爆炸所需的数据收集。

上周测试的科学原理很简单。10月18日测试的地缘政治时机很有趣,因为它恰逢俄罗斯议会投票决定撤销《全面禁止核试验条约》(一项禁止核试验并设立国际组织监测此类试验的多边协议)。此举是在一部分正在进行的、背离了定义冷战后半期及其后二十年军备控制的趋势之中。俄罗斯拥有世界上最大的核武库,尽管美国的核储备也相差不远。到目前为止,21世纪以来拥有核武库的国家中,没有一个进行过核武器试验或爆炸。

国家核安全局已将10月18日测试的地震数据与全球其他国家和研究人员共享。虽然核试验仍然不太可能发生,但关于这些试验在地震传感器上会如何呈现的共享信息,可以让世界其他国家能够在一个熟悉且一致的基础上做出回应。

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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