Nordkoreas ledare, Ordförande Kim Jong Un, har helt klart ingen brådska att demilitarisera sitt land. I kölvattnet av två historiska men ändå improduktiva toppmöten med president Trump, Kim gjorde ett statsbesök i april i Moskva, där han klargjorde att hans land inte kommer att ge upp sina kärnvapen utan internationella säkerhetsgarantier. Nordkorea testade också vad som tycktes vara kortdistansmissiler den 18 april och 4 maj.

Dessa tester är påminnelser om att Nordkoreas militära styrkor, särskilt dess kärnvapenarsenal, utgör ett allvarligt hot mot USA och dess asiatiska allierade. Denna tillbakadragna nation är ett högprioriterat mål för amerikansk underrättelsetjänst, men det finns fortfarande stora osäkerheter om kraften i dess kärnvapen. Nordkoreanska forskare arbetar isolerat från resten av världen, och avhoppare är långt och få emellan.

Min forskning fokuserar på att förbättra tekniker för att uppskatta avkastningen, eller storlek, av underjordiska kärnvapenexplosioner genom att använda fysikbaserade simuleringar. Vetenskap och teknik ger oss många verktyg för att bedöma kärnkraftskapaciteten i länder som Nordkorea, men det är fortfarande svårt att spåra och exakt mäta storleken och kraften på deras kärnvapenarsenaler. Här är en titt på några av utmaningarna.

En nation i mörkret

För en isolerad nation som Nordkorea, att utveckla ett fungerande kärnvapenprogram är en historisk bedrift. Bara åtta andra suveräna stater har uppnått detta mål – de fem deklarerade kärnvapenstaterna (USA, Ryssland, Storbritannien, Frankrike och Kina) plus Israel, Indien och Pakistan.

Nordkorea har utvecklat kärnvapen sedan mitten av 1980-talet. Paradoxalt, 1985 anslöt det sig också till fördraget om icke-spridning av kärnvapen, eller NPT, enligt vilken den lovade att inte utveckla eller förvärva kärnvapen. Men 2002 Den amerikanska underrättelsetjänsten upptäckte bevis för att Nordkorea producerade anrikat uran – en teknisk milstolpe som kan ge explosivt material för att driva kärnvapen. Som svar stoppade USA transporter av eldningsolja till Nordkorea, vilket fick Norden att lämna NPT 2003.

Sedan återupptog norr ett tidigare slutat program för att utvinna plutonium från använt uranbränsle. Plutoniumbaserade kärnvapen är mer energitäta än uranbaserade konstruktioner, så att de kan vara mindre och mer rörliga utan att ge avkall på avkastningen.

Nordkorea genomförde sitt första kärnvapenprov den 6 oktober, 2006. Många experter ansåg att testet var misslyckat eftersom explosionens storlek, enligt seismogram, var relativt liten. Dock, denna slutsats baserades på ofullständig information. Och testet fungerade fortfarande som ett kraftfullt inhemskt propagandaverktyg och internationell uppvisning av makt.

Fler tester, mer osäkerhet

Sedan 2006 har Nordkorea genomfört ytterligare fem kärnvapenprov, var och en större än den förra. Forskare arbetar fortfarande med att mäta sin avkastning exakt. Denna fråga är viktig, eftersom det avslöjar hur avancerat det nordkoreanska kärnkraftsprogrammet är, vilket har konsekvenser för global säkerhet.

Uppskattningar av storleken på Nordkoreas senaste test i september 2017 placerar det på mellan 70 och 280 kiloton TNT-ekvivalent. Som referens, det är fem till 20 gånger starkare än bomben som släpptes på Hiroshima. Faktiskt, explosionen var så kraftig att den fick berget under vilket det detonerades att kollapsa med flera meter.

Vi har en mängd olika verktyg för att få kunskap om dessa evenemang, allt från satellitbilder till radar och seismogram. Dessa metoder ger oss en uppfattning om Nordkoreas kapacitet, men de har alla nackdelar. En svårighet som är gemensam för dem alla är osäkerhet om geologiska förhållanden på testplatsen. Utan en god förståelse för geologin, det är svårt att exakt modellera explosionerna och replikera observationer. Det är ännu svårare att begränsa felet i samband med dessa uppskattningar.

Annan, mindre förstått fenomen är effekten av sprickskador på testplatsen. Nordkorea har genomfört alla sina kärnvapenprov på samma plats. Fältexperiment har visat att sådana upprepade tester dämpar de utgående seismiska och infraljudsvågorna, att få explosionen att verka svagare än den faktiskt är. Detta beror på att stenen som spräcktes vid den första explosionen hålls lösare samman och fungerar som en gigantisk ljuddämpare. Dessa processer är dåligt förstådda och bidrar till ännu mer osäkerhet.

Dessutom, min forskning och arbete av andra forskare har visat att många typer av berg ökar produktionen av jordbävningsliknande seismiska vågor genom underjordiska explosioner. Ju mer energi från en explosion som omvandlas till dessa jordbävningsliknande vågor, desto svårare blir det att uppskatta storleken på explosionen.

Vad vet vi?

Vad amerikanska tjänstemän vet är att Nordkorea har ett aktivt kärnvapenprogram, och varje sådant program utgör ett existentiellt hot mot USA och världen i stort. Underrättelseexperter i Sydkorea och kärnkraftsforskare i USA uppskattar att Nordkorea har mellan 30 och 60 kärnvapen i reserv, med möjlighet att producera mer i framtiden.

Det är fortfarande oklart hur långt Nordkorea kan leverera kärnvapen. Dock, deras förmåga att producera plutonium gör det möjligt för dem att göra små, lätt transporterbara kärnvapenbomber, som ökar hotet.

Inför en sådan utveckling, en åtgärd tillgänglig för USA som skulle tjäna vårt lands nationella säkerhetsintressen är att förhandla med Nordkorea i god tro, men acceptera inget mindre än fullständig kärnvapennedrustning på den koreanska halvön. Och alla sådana avtal måste verifieras genom avslöjanden och inspektioner för att säkerställa att Nordkorea inte fuskar.

Det är omöjligt om amerikanska experter inte har en korrekt redovisning av vad Norden har uppnått hittills. Ju mer amerikanernas förhandlare vet om Pyongyangs kärntekniska aktiviteter hittills, desto bättre förberedda kommer de att vara att sätta realistiska villkor om och när Nordkorea beslutar – som andra nationer har – att dess framtid är ljusare utan kärnvapen.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.