För att avskräcka försök att inaktivera amerikanska elföretag och att försvara amerikanska kärnvapensystem från tekniska hot som utvecklas, Sandia National Laboratories har påbörjat två fleråriga initiativ för att stärka USA:s svar.

Den ena är inriktad på att försvara stora amerikanska elnät från potentiella attacker från fientliga nationer, såväl som från skador orsakade av extrema naturkatastrofer som orkaner och solstrålar. Kampanjen Resilient Energy Systems, en flerårig forskningsportfölj med upp till 40 miljoner dollar i total finansiering, stöds av Sandia's Laboratory Directed Research and Development -program, som finansierar undersökande arbete inom vetenskap och teknik.

"Det ursprungliga elnätet var inte utformat med tanke på säkerhet mot cyberhack, eller skydd mot elektromagnetiska störningar, eller naturkatastrofer som orkaner eller geomagnetiska solstormar, "sade portföljförvaltaren Craig Lawton.

"Det primära målet med vår uppdragsportfölj är att mildra sårbarheter som orsakas av föråldrad teknik i transformatorer och andra komponenter. Lösningar kräver forskning, och vi letar efter kollektiva input av idéer från forskare inom industrin, verktygsföretag, universitet, andra laboratorier och naturligtvis Sandia, " han sa.

Avskräcka aggression genom att uppdatera vapensystem

Den andra forskningskampanjen utvecklar möjliggörande tekniska förmågor för att hjälpa USA att behålla sin strategiska kärnkraftsskräck.

Forskningskampanjen Assured Survivability and Agility with Pulsed Power är en flerårig portfölj med upp till 40 miljoner dollar i total finansiering, igen av Sandias LDRD -program. Uppdragsportföljen är avsedd att utforska teknik som använder korta men kraftfulla utbrott av elektrisk energi för att simulera kärnkraftsexplosioner - utan att ta till verkliga kärnvapenprov - för att bättre förstå deras inverkan på elektronik och material.

"Våra kärnvapensystem har varit relativt statiska, medan de möjligheter och teknik som våra potentiella motståndare använder utvecklas i snabb takt, "sa Sandia -fysikern Kyle Peterson, som utvecklat och leder uppdraget. "Vi måste vara smidigare när vi identifierar potentiella hot för att upprätthålla en effektiv avskräckning mot fientliga militära handlingar.

"Vi är öppna för, och hoppas på, input från forskare inom industrin, universitet och andra nationella laboratorier samt Sandia för att bidra med idéer och arbeta i detta arbete, sa Peterson.

Ytterligare fördelar med båda uppdragsportföljerna förväntas inkludera mer effektiv elproduktion, mer exakta data för astrofysiker, och ett närmare tillvägagångssätt för jämn och jämn högavkastningsfusion, som kan generera elektrisk energi genom att smälta atomer - ett mål för en gren av fysiken i 70 år.

Förbättra motståndskraften hos amerikanska verktyg

Det finns utrymme för förbättringar när det gäller skyddet av det amerikanska energisystemet, sa Lawton.

"Våra elproduktionssystem kan vara mer sårbara än vi skulle vilja, " han sa.

"Många av dessa byggdes på enklare tider, några runt tidigt 1900 -tal. Även om det är anmärkningsvärt hållbart, sedan dess har de överlagts med komplexa datorkontrollsystem för att hjälpa till att svara på dagens komplicerade krav. "

Dessa datorsystem, han säger, är sårbara för cyberhacking som kan ändra eller inaktivera dem, potentiellt störande kraft till stora geografiska områden.

"Elektricitet driver nästan allt i det moderna samhället, "Sa Lawton." Utan det, maten går dåligt, sjukhus kan inte fungera, kreditkort fungerar inte. Dammar som släpper ut föreskrivna mängder vatten- och gasledningar fungerar autonomt genom koder. "

Förutom skadligt skapade datorproblem, "skada från naturligt förekommande hot, som orkaner, kan orsaka problem som kan sträcka sig ut under långa perioder om reservdelar inte är tillgängliga, " han sa.

Medan stora verktyg redan har lättande överspänningsavledare för att mildra blixtnedslag, och mycket effektiva blixtar, "de fungerar inte tillräckligt snabbt för att fånga en nanosekund elektromagnetisk våg från ett kärnvapen som exploderade högt i atmosfären." Den elektromagnetiska pulsen kan steka oskyddade kretsar, han sa.

Även om elföretag måste ha beredskapsplaner för att ge ström om en generator i ett stort system går ur, det finns inget förberett svar om de tappar många generatorer samtidigt, han sa.

"Det här är några av de problem som vi förväntar oss att vårt kommande arbete kommer att mildra, "Lawton sa." Vi tror att idéer som föreslås för att öka vår elektriska säkerhet kommer från Sandia och andra nationella laboratorier, universitet och bruksföretagen själva. "

ASPENS intensiva rike

Bland de militära problem som en motståndare kan presentera är mer kapabla vapensystem samt teknik avsedd att förvirra en amerikansk missil och avleda den från att nå sitt mål. Den säkrade överlevnaden och smidigheten med pulserad effekt, SÅ FORT SOM MÖJLIGT, kampanjen kommer att investera i vetenskap och teknik som behövs för att säkerställa att "USA:s militära mål kommer att uppnås om avskräckning misslyckas, Sa Peterson.

Ytterligare studier av korta starka elektriska pulser behövs för att nå det målet. Pulserande effektacceleratorer lagrar energi och släpper ut den i kraftfulla skurar. De kan omvandlas till röntgenstrålar och neutroner för att användas som en laboratorieversion av en faktisk bombblast för att bedöma hur kärnvapen och konventionella vapensystem skulle reagera om de utsätts för dessa miljöer.

Sandia använder pulserad kraftteknik i ett antal olika anläggningar - Saturnus, Hermes och Z - och håller på att ta fram förslag för att förbättra några av dessa funktioner.

Det ena är vapensystem med riktad energi, sa Peterson. Pulser av ren energi kan avskräcka plutoner av framryckande soldater genom att göra dem obehagligt varma. Fokuserad på en smalare stråle, de kan användas för att skjuta ner inkommande missiler nästan omedelbart.

En dramatiskt förbättrad efterträdare till Z -anläggningen har föreslagits som skulle leverera 10 gånger energiutmatningen för Z för närvarande:en petawatt (kvadrillion watt) elektrisk puls.

Sa Peterson, "Detta skulle skapa oöverträffade nivåer av röntgenstrålar och neutroner, så mycket som tiotusentals fler neutroner än vad som för närvarande genereras av Z idag. "Z är redan världens mest kraftfulla röntgengenerator.

"Vi har sett petawatt -lasrar i många år, "fortsatte han." Detta skulle vara den första acceleratorn som levererar en petawatt elektrisk kraft och med mycket större energier än laser kan generera. "

Dock, to realize such a facility and other advances, the ASAP research campaign is needed to develop better understanding of basic support issues like high voltages and current delivery, electrical breakdowns and how to prevent them, more efficient and reliable capacitors and switches, and new materials for delivering petawatts of electrical power.

Such basic engineering research will do a lot for science, said Peterson. "It would enable better astrophysics experiments, create higher temperatures and pressures for material science, and higher fidelity environments for radiation effects testing on electronics and materials."

Also significant would be creating tools to manage the debris from repeated experiments from an improved Z that each would generate the energy equivalent of more than 20 sticks of dynamite exploding in nanoseconds in a tiny enclosed space.

"If a Z successor were built without improvements in its underlying support structure, its first firing would be a lot easier to achieve than its second, " said Peterson.

He's looking for ideas from qualified researchers to help the mission succeed in its aim of improving national security.