Ядерный надзор: как учённые "пронюхали" о Северной Корее

Хоть и факт взрыва был очевиден, первые сообщения задавались вопросом о природе взрыва: было ли это испытание ядерного оружия, или корейцы просто подорвали большой заряд обыкновенной взрывчатки. Чтобы однозначно ответить на такой вопрос, необходимо использование специальной систему обнаружения, которая всё ещё развивается с середины прошлого века.

Сейсмические датчики. Такие же используются для изучения землетрясений в сейсмически активной зоне в Америке, как и для системы обнаружения ядерных взрывов.

Первые шаги ядерного мониторинга начались с испытанием ядерного взрыва Советским Союзом в Казахстана в 1949 году, который был зафиксирован обычным взятием проб воздуха над Тихим Океаном. С того времени, была развёрнута сложнейшая система, включающая анализ радиоактивного фона, обнаружение вспышек взрывов, а также вибраций земли, воды и воздуха. Кроме того, одним из результатов договора о полном запрете ядерных испытаний, заключённого в середине 90-ых, стало развёртывание международной мониторинговой сети, которая сейчас насчитывает более 100 наблюдательных станций из 337 запланированных.

Сейсмические датчики (такие же используются для изучения землетрясений) составляют основу мониторинговой сети. В Информационном Центре Землетрясений расположенном в Денвере собирается и анализируется информация о более 30 тыс. землетрясений, получаемая с около 500 сейсмических станций по всему миру. Но не каждое "событие" связанно с землетрясением, поэтому учёные разработали методы, чтобы различать землетрясения от взрывов. Учёные из Денвера отмечают, что, например, в западной части США проводят достаточно много взрывов в шахтах и каменоломнях, и вызванные ими сейсмические сигналы выглядят по другому.

Взрывы, взрывная волна от которых равномерно распространяется по всех направлениях, вызывают сильную волну сжатия. В то время как землетрясения, вызванные скольжением плит земной коры относительно друг друга вдоль лини разлома, вызывают сдвиговые волны. Волны распространяются с разными скоростями, и волны сжатия "приходят" на датчики раньше сдвиговых волн. Упрощённо говоря, если первая волна сильнее второй, то можно предполагать, что это был взрыв. А также другие характеристики структуры волн, как спектр частот и соотношение волн пришедших вдоль поверхности к тем, что пришли из глубины земли, могут помочь различать взрывы от землетрясений.

Чувствительность сейсмических наблюдений зависит от того, где датчики расположены. Уже одна хорошая станция может локализовать источник взрыва, хотя, конечно же, всегда лучше использовать несколько станций, для исключения шумов и аномалий. Эта технология позволяет фиксировать взрывы в большей части Европы, Азии и Северной Африки с силой начиная от 30-60 тонн в эквиваленте к динамиту. Первые оценки северо-корейского испытания определили взрыв в одну килотонну; для сравнения, первое испытание ядерного оружия в 1945 году было мощностью в 21 килотонну.

Существует несколько способов обмануть сейсмическую систему обнаружения. Например, взрыв можно замаскировать обычными взрывными работами на шахтах. В другом методе, известном как "развязка", взрывное устройство приводят в действие внутри большой подземной полости, которая построена так, что энергия взрыва уходит на сжатие газа в этой камере, а не на плавление скальных пород и передачу им импульса сжатия. Эксперимент, проведённый американцами в 1966 году, показал, что такой способ позволяет уменьшить амплитуду сейсмического сигнала от взрыва в таких условиях в 70 раз. Оба метода, "развязка" и маскировка взрывами на шахтах, тяжело реализовать на практике.

Самая отличительная черта ядерного взрыва - это наличие радионуклидов: радиоактивных изотопов как продуктов ядерной реакции. Радиоактивное загрязнение было самым очевидным, когда первые эксперименты проводились над поверхностью земли, хотя подземные и подводные испытания тоже приводят к радиоактивным утечкам в атмосферу. Процесс обнаружения, при котором анализируется, например, соотношение разных изотопов ксенона, в таком случае длиться несколько дней и не может выявить расположение источника взрыва. Но если сигнал получен, то нет никаких сомнений, что ядерный взрыв был осуществлён.

Испытания, которые проводятся под поверхностью океана, вызывают волны давления, которые распространяются в воде. Такие волны могут быть обнаружены с помощью гидроакустических приборов. Аналогично, инфразвуковые детекторы "отлавливают" волны давления (в принципе, звуковые волны) в атмосфере в результате взрывов над поверхностью. Частоты этих звуковых волны ниже порога нашего слуха. Планируется использовать 11 гидроакустических и 60 инфразвуковых станций в рамках международной мониторинговой сети. К тому же, спутниковые снимки местности предоставляют критически важную информацию о предполагаемом месте взрыва. Более того, датчики электромагнитного излучения, расположенные на спутниках, позволяют следить за испытаниями в космосе и способны по «отпечатку» рентгеновского излучения обнаружить взрыв килотонной бомбы на удалении, сравнимым с расстоянием от Земли до Солнца.

Источник: Popular Mechanics