Як вчені дізнаються про випробування ядерних бомб?

Землетрус? Ядерний вибух? Розподіл або синтез? Ми дізнаємося, навіть якщо світові лідери брешуть. На міжнародній арені є не так багато речей, які лякають більше, ніж можливість ядерної війни. У багатьох країн є боєголовки - деякі з розподілом, інші з більш смертоносним синтезом - але не всі відкрито заявляють, що вони у них є. Деякі підривають ядерні пристрої, заперечуючи це; інші стверджують, що володіють термоядерними бомбами, тоді як в дійсності немає. Завдяки глибокому знанню науки, Землі і того, як через неї проходять хвилі тиску, нам не потрібно піддавати лідера країни тортурам, щоб дізнатися правду, вважає Ітан Зігель з Medium.com.

У січні 2016 року уряд Північної Кореї заявило, що підірвало водневу бомбу, яку також пообіцяло використовувати проти будь-яких агресорів, які загрожують країні. Незважаючи на те, що в новинних агентствах були показані фотографії грибних хмар з детальним описом, ці кадри виявилися архівними; випробування не були сучасними. Радіація, яка потрапляє в атмосферу, небезпечна і буде явним порушенням Договору про всеосяжну заборону ядерних випробувань 1996 року. Так що, якщо країни хочуть протестувати ядерну зброю, вони роблять це там, де ніхто не зможе знайти радіацію: під землею.

У Південній Кореї репортаж про ситуацію був страшним, але неточним, оскільки показання грибні хмари - це старі кадри, які не мають відношення до північнокорейським випробувань

Ви можете підірвати бомбу де завгодно: в повітрі, під водою в океані або під землею. Всі три вибухи можна в принципі виявити, хоча енергія вибуху буде «приглушеною» в залежності від середовища, в якій поширюється.

Повітря, будучи найменш щільним, найгірше заглушає звук. Грози, виверження вулканів, запуски ракет і ядерні вибухи випускають не тільки звукові хвилі, які можна почути, а й інфразвукові (довгою хвилі, низької частоти), які - в разі ядерного вибуху - такі енергетично потужні, що детектори по всьому світу з легкістю їх розпізнають.

Хмара ядерного вибуху над Нагасакі

Вода щільніше, і хоча звукові хвилі рухаються у воді швидше, ніж в повітрі, енергія швидше розсіюється з пройденою відстанню. Однак, якщо ядерна бомба вибухає під водою, що виділяється енергія настільки велика, що генеруються хвилі тиску можуть бути легко вловимі гидроакустическими детекторами, розгорнутими багатьма країнами. Крім того, немає ніяких водних явищ, які можна було б сплутати з ядерним вибухом.

Тому, якщо країна хоче спробувати приховати ядерне випробування, найкраще буде провести його під землею. Хоча генеруються сейсмічні хвилі можуть бути дуже сильними від ядерного вибуху, у природи є ще сильніший метод генерації сейсмічних хвиль: землетрусу! Єдиний спосіб розповісти про них - тріангуляція точного положення, тому що землетруси дуже і дуже рідко відбуваються на глибині 100 метрів або менше, а ядерні випробування (поки що) завжди проходили на невеликій глибині під землею.

З цією метою країни, які підписали Договір про заборону ядерних випробувань, створили сейсмічні станції по всьому світу, щоб винюхувати будь ядерні випробування, які проводяться.

Міжнародна система відстеження ядерних випробувань, що показує п'ять великих типів випробувань і положення всіх станції. Всього в даний час активні 337 відомих станцій

Саме цей акт сейсмічного моніторингу дозволяє нам робити висновки про те, наскільки потужним був вибух і в якому місці Землі - в трьох вимірах - він стався. Сейсмічне подія Північної Кореї, яке відбулося в 2016 році, було зареєстровано по всьому світу; 337 активних моніторингових станцій по всій Землі були досить чутливі для цього. За даними Геологічної служби США, в 6 січня 2016 року у Північній Кореї відбулася подія, еквівалентну землетрусу величиною 5.1 бала на глибині 0,0 кілометра. Грунтуючись на величині землетрусу і сейсмічних хвиль, які були зареєстровані, ми можемо відновити обсяг випущеної енергії - близько 10 кілотонн тротилового еквівалента - і зрозуміти, був це ядерний вибух чи ні.

Завдяки чутливості станцій спостереження, глибину, величину і положення вибуху, який змусив Землю трястися 6 січня 2016 року, можна чітко встановити

Найважливіша підказка, крім непрямих доказів величини і глибини землетрусу, виходить з типів генеруються сейсмічних хвиль. Загалом, є S- і P-хвилі, зсувні, або вторинні, і поздовжні хвилі, які іноді називають первинними. Землетруси, як відомо, виробляють найпотужніші S-хвилі в порівнянні з P-хвилями, а ядерні випробування народжують більш потужні P-хвилі. І ось, Північна Корея заявляє, що це була воднева бомба (синтезу), яка набагато смертельнішою бомб ділення. У той час, як енергія, що випускається урановими або плутонієвої бомбами на основі реакції поділу мають потужність порядку 2-50 кілотонн тротилового еквівалента, водневі бомби випускають енергію в тисячі разів могутніше. Рекордсмен події - радянська Цар-бомба потужністю 50 мегатонн тротилового еквівалента.

Вибух Цар-бомби в 1961 році був найбільшим ядерним вибухом на Землі і став одним з найбільш важливих для подальшого визначення долі ядерної зброї

Профіль хвиль, отриманий по всьому світу, говорить, що це не землетрус. Так що так, Північна Корея найімовірніше підірвала ядерну бомбу. Але яку? Є різниця між бомбами на основі синтезу і на основі поділу:

• Бомба на основі ядерного ділення бере важкий елемент з великою кількістю протонів і нейтронів, наприклад, ізотопи урану або плутонію, і бомбардує їх нейтронами, які можуть бути захоплені ядром. Коли відбувається захоплення, народжується новий нестабільний ізотоп, який дисоціює на більш дрібні ядра, вивільняючи енергію, а також додаткові вільні нейтрони, дозволяючи початися ланцюгової реакції. Якщо все зроблено правильно, величезна кількість атомів може пройти через цю реакцію, перетворивши мільйони міліграмів або навіть грамів матерії в чисту енергію за формулою E = mc2.
• Термоядерна бомба на основі синтезу бере легкі елементи, такі як водень, і за допомогою величезних енергій, температур і тиску робить так, щоб ці елементи злилися в більш важкі, такі як гелій, виділяючи ще більше енергії, ніж бомба на основі поділу. Температура і тиск потрібні настільки великі, що єдиний спосіб створити термоядерну бомбу - це оточити гранулу синтезу паливо на основі бомби поділу: щоб величезний викид енергії зміг запустити реакцію синтезу. До кілограма речовини може перетворитися в чисту енергію на стадії синтезу.

Багато хто плутає випробування з бомбами ділення і синтезу. Але вчені розрізняють їх безпомилково

Що стосується виходу енергії, то північнокорейська тряска була безсумнівно викликана бомбою на основі поділу. Якби це було не так, то це був би найслабший, найефективніший вибух з реакцією синтезу на планеті, який навіть в теорії створити не виходить. З іншого боку, є чіткі докази того, що це був саме вибух з реакцією поділу, оскільки записи сейсмічних станцій показали неймовірно схожий вибух в 2013 році, все в тій же Північній Кореї.

Різниця між зустрічаються в природі землетрусами, сигнал яких показав синім, і ядерним випробуванням, показаним червоним, не залишає сумнівів в природі такої події

Іншими словами, всі дані, які ми маємо, вказують на один висновок: в основі цього ядерного вибуху була саме реакція поділу, а не синтезу. І це точно не було землетрусом. S- і P-хвилі довели, що Північна Корея підриває ядерні бомби, порушуючи міжнародний закон, але сейсмічні зведення, незважаючи на віддаленість, показують, що це не бомби синтезу. У Північній Кореї ядерні технології 1940-х років. Навіть якщо світові лідери брешуть, Земля скаже правду.