Nordkorea sprängde en kärnkraftsanordning 2017 motsvarande cirka 250 kiloton TNT, en ny studie uppskattar, skapa en explosion 16 gånger storleken på bomben som USA detonerade över Hiroshima, Japan, 1945. Den nya bedömningen av explosionens storlek 2017 ligger i den högre delen av tidigare uppskattningsintervall.

2017 års test var en storleksordning större än de tidigare fem underjordiska testerna på Nordkoreas testplats Punggye-ri, enligt den nya studien i AGU:er Journal of Geophysical Research:Solid Earth . Den nya studien tog hänsyn till testplatsens geologi för att uppskatta storleken på explosionerna från avlägsna seismiska inspelningar av sprängningarna.

"Från 2006 till 2016 ökade Nordkorea stadigt storleken på evenemangen, från någonstans runt 1 kiloton upp till cirka 20 kiloton. De mycket tidiga händelserna såg ut som att de inte fungerade särskilt bra, för att de var ovanligt små. Och sedan på ett år hoppade de upp till 250-ish kiloton, sa Thorne Lay, en seismolog vid University of California Santa Cruz och författare till den nya studien. "Det skrämmande är att det här var en så stor enhet."

Nordkorea har testat kärnkraftsanordningar sedan 2006. Kärnkraftstestet 2017 orsakade en jordbävning på 6,3, enligt US Geological Survey, och producerade ljudvågor inspelade av seismometrar runt om i världen. Dessa efterklang är ledtrådar till storleken på sprängningen, men att bestämma explosionens storlek på ett avstånd baserat på seismiska inspelningar är inte enkelt, sa Lay, som har tjänstgjort i Air Force Technical Application Center Seismic Review Panel i uppdrag att ge råd om kärnvapenprovning i över 25 år.

Okända egenskaper hos kärnkraftsanordningarna, testplatserna och deras geologiska sammanhang skapar stora osäkerheter i uppskattningar av explosionsstorlek. Tidigare publicerade vetenskapliga uppskattningar av testets storlek 2017 har varierat från 30 till 300 kiloton. Det amerikanska underrättelsetjänsten har uppskattat explosionens storlek till 140 kiloton enligt en rapport i Diplomaten tidskrift.

Amerikansk underrättelse tillämpar vanligtvis ett osäkerhetsintervall med en faktor två på rapporterade uppskattningar. Ett rapporterat utbyte på 100 kiloton, till exempel, skulle omfatta förbehållet om att den kan vara så liten som 50 kiloton eller så stor som 200 kiloton.

Den nya forskningen sätter storleken på 2017 -testet i intervallet 148 till 328 kiloton.

Steven Gibbons, en geofysiker med programmet för Array Seismology och Test-Ban-Treaty Verification vid NORSAR och en forskare som inte är ansluten till den nya studien, sa att den nya forskningen exakt bestämmer den relativa storleken på de sex tester som Nordkorea gjorde från 2006 till 2016.

"Jag tror att den osäkerhet som författarna citerar är ganska realistisk. "sa Gibbons." Förhållandena mellan de exakta siffrorna är ganska exakta, så om nordkoreanerna berättade för oss, till exempel, att det andra testskottet 2016 var exakt 25 kiloton, vi kunde beräkna de andra exakt utifrån det. "

Att veta storleken på testerna relativt varandra är i sig användbar information, Gibbons sa:visar stadiga framsteg i Nordkoreas kärnkraftsprogram.

"Under 2006, när det var det lilla mullret, många människor var ganska avvisande att Nordkorea hade tekniken för att göra detta ordentligt, men jag tror från utvecklingen vi har sett med ökade avkastningar, det har varit ett mycket väl genomfört vapenutvecklingsprogram, "Sa Gibbons." När du kom till 2017, det är ingen tvekan om att detta är ett otroligt destruktivt vapen. Även i den nedre änden av denna osäkra avkastning, det är ett hemskt vapen. "

En explosion på 250 kiloton kan antagligen produceras av antingen en förstärkt klyvningsbomb eller en blygsam fusionsanordning, Lay sa. Klyvningsbomben som detonerade vid Hiroshima släppte en sprängning motsvarande 15 kiloton TNT genom att dela isär atomkärnor. Fusionsenheter, även känd som termonukleära eller vätebomber, härleda sin enorma explosiva kraft genom att kombinera vätekärnor för att bilda helium och kan ge upp till 50, 000 kiloton.

Inbyggda osäkerheter

Forskarna hade information om hur ljud rör sig i olika bergarter från tidigare forskning. "Det finns skillnader, beroende på bergförhållandena under testplatsen, i hur högt ljudet är när du lyssnar långt borta, "Lay sa." Det skulle vara annorlunda i granit än i säga, sandsten. Så vi kalibrerade genom att sätta igång tester i våra egna olika rockmiljöer och spela in bredvid källan. "

Andra faktorer som explosionsdjupet, åtkomsttunnelens geometri, regionens tektoniska historia, and temperature and fluid content of the rock also influence the rate at which sound waves created by the explosion are dampened, Lay said. Only a tiny amount of the energy generated by the blast is converted to sound and travels away from the test site as seismic waves.

Because of North Korea's seclusion, details of the underground geology are not well known. The area experiences very few natural earthquakes that can reveal information about properties of the underlying rock. Researchers used satellite images and other information to estimate the type of rock at the North Korea test site.

The researchers used the explosions from the nuclear tests North Korea conducted beginning in 2006 to calibrate models of how much explosive force transferred to the rock at the test site and how the sound waves traveled through the planet.

The echo of the explosion off the surface of the test site distorts the sound recorded far away. The distortion is affected by the depth and size of the explosion. If the echo were not present, the outgoing sound from the six test explosions would be similar. The researchers used this idea to estimate the relative sizes of the bombs by finding a combination of depth and yield that compensated for the reflection of the sound from the surface.

"They've modeled what the reflection would look like for different yields and depths and solved for what the signal would look like if you didn't have to account for this returning wave. The most impressive thing in the paper for me is how similar these waveforms are. This is what gives me confidence that they've done a good job, " Gibbons said.

Rebooting cold war strategies

The new study revived modeling strategies developed in the early 1980s to resolve suspicions that the Soviet Union had cheated on the Treaty on the Limitation of Underground Nuclear Weapon Tests by testing bombs larger than the 150-kiloton size threshold for testing they agreed to in 1974.

The treaty had been signed but not ratified by the U.S. Senate. The Regan Administration publicly aired intelligence concerns that Russian tests exceeded the size threshold, because observed sound waves produced by the tests were bigger than known test shots at the U.S.'s Nevada test site.

But seismologists believed the signals from the Soviet tests were bigger because they transmitted through the earth more efficiently.

"The mantle under the Nevada test site is very hot and has processes that dampen down the sound. It is very different from the former Soviet test site in Kazakhstan, where the rock under the test site is old and cold and transmits sound very efficiently, without much loss, " Lay said.

During negotiations for the 1987 Intermediate-Range Nuclear Forces (INF) Treaty, U.S. and Soviet scientists travelled to the test sites in Nevada and Kazakhstan and conducted joint tests. Measurements at the test sites confirmed geologists' methods for estimating the extra dampening effect in Nevada compared to the Soviet test site.

The new study applied some of the same methods validated in the 1980s to the North Korean tests.

"The methods were nothing particularly new. The difference is that the quality and availability of the data is much better now than 40 years ago, " Lay said.

Gibbons said the new study's results are likely as close as scientists outside North Korea could to the true size of the nuclear tests without data from the test sites. "I think the authors have pushed it to the limits with this paper. I would be surprised if we can get tighter constraints on the absolute yield without additional information, " han sa.