System för detektering av kärnkraftsdetoner - Nuclear detonation detection system

Ett system för detektering av kärnvapen (NDDS) är en anordning eller en serie enheter som kan indikera och fastställa en nukleär explosion har inträffat liksom riktningen för explosionen. Huvudsyftet med dessa enheter eller system var att kontrollera om de länder som undertecknat nukleära fördrag som partiella provstoppsavtalet 1963 (PTBT) och Fördraget Tlatelolco .

Det finns många olika sätt att upptäcka en kärnkraftsdetonation, dessa inkluderar seismisk , hydroakustisk och infraljuddetektion , luftprovtagning och satelliter . De har sina egna svagheter och styrkor, liksom olika verktyg. Var och en har använts separat, men för närvarande uppnås de bästa resultaten när data används i tandem, eftersom energin som orsakas av en explosion kommer att överföras till olika medier.

Seismisk

Seismiska nätverk är en av möjligheterna till detonationsdetektering. Under en kärnexplosion ovan jord kommer det att finnas en blommande svamp på himlen, men det kommer också att vara en vibration genom marken som sprider sig långt. På 1980-talet flyttades kärnvapenprovningen under marken. Även då är det svårt att upptäcka, och särskilt svårt när explosionen har ett litet utbyte. Med ett seismiskt nätverk är det möjligt att upptäcka dessa kärnvapenprov.

Partial Test Ban Agreement (PTBT) förbjöd kärnvapentestning i atmosfären , under vattnet och i yttre rymden . Den amerikanska utvecklat många olika enheter för att se till att Sovjetunionen var att upprätthålla sin del av avtalet. PTBT syftade också till att förbjuda underjordiska tester, men vid den tiden kunde tekniken inte upptäcka detonationer särskilt bra med seismografer, än mindre att skilja dem från jordbävningar som gör underjordiska tester svårare att identifiera än detonationer i atmosfären eller under vattnet. Större avkastning kunde differentieras men de mindre inte. Redan då kunde större explosioner dämpas av ett större hålrum i marken. Med hotet om Sovjetunionen genomför jordiska detonationer USA pumpade in pengar i seismologi forskning .

Ett stort framsteg gjordes av Sheridan Speeth som ändrade seismografdata till hörbara filer. Man kunde skilja mellan jordbävningar och kärnkraftsexplosioner bara genom att lyssna på skillnaden. Men på grund av hans politiska övertygelse ignorerades hans arbete. Huvudsystemet för att upptäcka underjordiska detonationer fortsatte att kräva ett stort antal övervakningsstationer. På grund av svårigheten att skapa teknik och antalet stationer som behövs tillät PTBT underjordisk testning.

Luftprovtagning

Ett annat sätt att upptäcka en kärnkraftsdetonation är genom luftprovtagning. vid kärnexplosioner finns radioaktiva isotoper som släpps ut i luften som kan samlas upp med flyg. Radionuklider inkluderar Americium-241 , Jod-131 , cesium-137 , krypton-85 , strontium-90 , plutonium- 239, tritium och xenon . Att skicka flygplan över eller i närheten av ett område kan avslöja om det fanns en kärnkraftsdetonation, men de flesta luftprover tas på en av många radionuklidstationer som finns i hela världen. Även underjordiska detonationer kommer så småningom att frigöra radioaktiva gaser (framför allt xenon) som ska upptäckas. Problem med detekteringsinstrument för luftprov inkluderar saker som känslighet, bekvämlighet, tillförlitlighet, noggrannhet och effektkrav.

En svaghet med denna metod är att luftströmmar kan flytta gaserna eller radionukliderna på oförutsägbara sätt, beroende på var explosionen var och väderförhållandena vid den tiden. Detekteringsprocessen innebär att man tar in luftprover med ett filterpapper och det radioaktiva materialet räknas av en maskin och analyseras av en dator . Om det finns "buller" utanför (andra former av strålning som vissa som släpps ut från fabriker eller kärnkraftverk ) kan det kasta bort resultaten. Ytterligare en svaghet är att specialmedier måste användas för speciella radionuklider. Radioaktivt jod är ett exempel på detta, det finns i många kemiska former med en mängd många olika gaser som inte är lämpliga för direktläsningsmetoder med användning av absorption eller uppsamling av en fast volym i behållare.

Ett exempel på hur luftströmmar som rör radioaktiva partiklar är Tjernobylkatastrofen . När reaktorn började misslyckas släpptes en stor mängd radionuklider ut i luften som sedan sprids av luftströmmar , vilket ledde till strålning som kunde upptäckas hela vägen i Sverige och andra länder hundratals mil bort inom några dagar. Detsamma inträffade vid Fukushima Daiichi- katastrofen. Spridningen av radioaktiv xenongas, jod-131 och cesium-137 kunde detekteras på olika kontinenter många mil bort

Satelliter

Satelliter implementerades också under det kalla kriget för att säkerställa att inga kärnkraftsprovningar pågick. De förlitade sig på sensorer som tog upp strålning från kärnkraftsdetonationer. Kärnkraftsdetonationer producerade alltid gammastrålar , röntgenstrålar och neutroner . Ett anmärkningsvärt amerikanskt satellitdetekteringssystem var VELA-hotellprojektet . Projektet bestod av 12 satelliter, var och en utrustad med röntgen-, neutron- och gammastrålningsdetektorer.

Vela var utformad för att mäta de fysiska utmatningarna av saker som ljus, röntgenstrålar och neutroner (som indikerar en kärnexplosion ). Mer specifikt mäter det synligt ljus, radiovågor och röntgenstrålar. Anledningen är att en kärnexplosion skulle frigöra en massiv röntgenstråle som skulle uppstå upprepade gånger med ett intervall på mindre än 1 mikrosekund. Grupperna av satelliter kommer att ta upp den här signalen och spåra explosionens plats.

Satelliter är nu också utrustade med kameror som kan fånga explosioner över marken. Med tillkomsten av GPS (Global Position System) har satelliter blivit en viktig metod för detonationsdetektering. En mindre nackdel med satellitdetekteringsmetoden är att det finns några kosmiska strålar som avger neutroner och kan ge falska signaler till sensorn.

I oktober 17, 1963, användes Vela Satellite först av flygvapnet och Atomic Energy Commission , som är en föregångareorganisation för det nuvarande energidepartementet . Vela-satelliten skapades efter PTBT (Partial Test Ban Agreement) , som undertecknades i augusti 1963. Velas syfte var att svara på PTBT, som en detektor för kärnkraftsdetonation. Vela betraktas som en GPA-satellit, medan energidepartementet driver sensorerna.

Hydroakustisk

Det finns 11 hydroakustiska stationer som är inrättade för att övervaka all aktivitet i haven. De utvecklades för att säkerställa förbudet mot testning under vatten, och på grund av vattnets förmåga att bära ljud är de mycket effektiva. Dessa stationer samlar in data i realtid, de arbetar 24 timmar om dygnet i 365 dagar om året. Hydroakustik har dock svårigheter att hitta platsen för en explosion eller händelse, så de måste användas med en annan metod för att upptäcka upptäckt (som de som tidigare nämnts). Andra problem som hydroakustik möter är svårigheterna som orsakas av havsbottens struktur, liksom öar som kan blockera ljud. Ljud färdas bäst genom djupt hav, så händelser nära grunt vatten kommer inte att upptäckas också. Emellertid tjänar hydroakustiska anordningar också olika syften och används som en unik resurs för forskning om havsfenomen.

Infraljud

Infrasound fungerar genom att ha flera stationer som använder mikrobarometrar för att lyssna på infraljudsvågor orsakade av explosioner, vulkaner eller andra naturliga händelser. Som med andra detektionsmetoder utvecklades infraljud under det kalla kriget. Dessa stationer utformades för att upptäcka explosioner med krafter så låga som 1 kiloton. Men efter PTBT lämnades atmosfärisk detonationsdetektering åt satelliter. Även om infraljudsvågor kan färdas över jorden flera gånger är de mycket benägna att påverkas av vinden och av temperaturvariationer. Källor till infraroniska vågor med lång räckvidd är svåra att skilja (t.ex. kemisk explosion mot kärnexplosion).

Omfattande fördrag om förbud mot kärnvapen

Den provstopps fördraget (CTBT) förbjöd alla former av kärnvapenprov i ett försök att avväpna och flytta bort från kärnvapen, men med det kom gamla utmaningar, såsom hur man kan säkerställa medlemmar skulle inte fuska om fördraget. För detta ändamål föddes det internationella övervakningssystemet (IMS) med 321 stationer som använder alla sensortyper som tidigare beskrivits. Med hjälp av insamlad data från varje källa för att beräkna detonationer använder IMS hydroakustiska, infraljud- och seismiska vågdetekteringssystem samt luftprovtagare för radionuklider. All denna information samlas in av den förberedande kommissionen för organisationen för omfattande nukleära testförbud (CTBTO) som är stationerad i Wien , Österrike .

Effektivitet

Ett av de första tillfällena när CTBTO och dess detekteringssystem visade sig vara effektiva var när det kunde identifiera kärnvapentester av Indien och Pakistan i maj 1998.

Ett annat anmärkningsvärt exempel är upptäckten av nordkoreanska tester. Eftersom de flesta länder har gett upp kärnvapendetonations tester har Nordkorea försökt att skapa en effektiv kärnstridsspetsar . På grund av Nordkoreas sekretess är det upp till IMS att ge forskare den information som behövs för att utvärdera Nordkoreas hot. Till och med deras första utbyte (0,6 Kiloton) mot ett kärnvapen plockades upp och isolerades 2006.

Referenser