En oktobermorgon 2023, var en kemisk explosion som detonerade i en tunnel under Nevadaöknen lanseringen av nästa uppsättning experiment av National Nuclear Security Administration, med målet att förbättra upptäckten av lågavkastande kärnvapenexplosioner runt om i världen.
Fysikexperiment 1-A (PE1-A) är det första i en serie icke-nukleära experiment som kommer att jämföra datorsimuleringar med högupplösta seismiska, spårgas-, akustiska och elektromagnetiska data från underjordiska explosioner och atmosfäriska experiment, säger Lawrence Livermore National Laboratory-forskaren Stephen Myers vid Seismological Society of America (SSA) årsmöte 2024.
Explosionen den 18 oktober – motsvarande 16,3 ton TNT – ägde rum i Aqueduct Mesa "P Tunnel" vid Nevada National Security Site (NNSS). Seismiska, akustiska och elektromagnetiska vågor från chocken registrerades av instrument nära explosionen och med regionala seismiska nätverk, medan gasspårämnen och kemiska biprodukter som släpptes ut i den resulterande håligheten och borrhålen också provtogs av en tät instrumentuppsättning. Seismiska signaler registrerades minst 250 kilometer från explosionen.
"Allt detta är för att hjälpa oss att främja vårt mål att övervaka kärnvapenexplosioner bättre och förstå källans fysik för hur dessa explosioner genererar seismiska vågor," sa Myers.
Physics Experiment 1 (PE1) är det senaste forskningsprogrammet vid NNSS, där atmosfäriska kärnvapenprov ägde rum mellan 1951 och 1962, och underjordiska tester ägde rum mellan 1961 och 1992. På senare tid har program som Source Physics Experiment tittat på en rad icke- kärnkemiska explosioner i olika bergmiljöer, samlar in data för att lära dig mer om explosionsfysik.
De sju nya experiment som planeras som en del av PE1 inkluderar fler underjordiska kemiska explosioner under olika placeringsförhållanden, såväl som atmosfäriska experiment som försöker spåra underjordiska och atmosfäriska transporter av gaser som produceras i dessa typer av explosioner.
Programmet kommer också att använda en stor elektromagnetisk spole, cirka fyra meter bred, för att generera pulser av elektromagnetisk energi inuti tunneln som kan mätas vid markytan, för att bestämma hur mycket av den elektromagnetiska signalen från ett underjordiskt kärnprov som skulle påverkas av reser genom jorden.
"Det finns inget experiment som kan generera alla signaler som produceras av ett kärnvapenskott, så vi gör den här serien om sju för att försöka sätta ihop alla dessa signaler," förklarade Myers, "så att vi kan validera vår fullständiga fysikkoder som vi använder för att simulera hur alla dessa signaler skulle se ut från en kärnvapenexplosion."
Betydande förbättringar av högpresterande beräkningar har gjort det möjligt för forskare som Myers att skapa allt mer realistiska och komplexa explosionssimuleringar, men "då är frågan "är de korrekta?" Och det enda sättet vi kan vara säkra på är att jämföra dem med dessa högupplösta datamängder från experimenten", sa han.
De nya experimenten är tyngre instrumenterade än äldre NNSS-experiment, noterade han, vilket hjälper till att validera datorkodsimuleringarna.
Atmosfäriska simuleringar måste till exempel ta hänsyn till komplexa variabler som temperaturförändringar och luftturbulens under olika topografiska förhållanden.
Med experimenten sa Myers, "Vi försöker få en uppfattning om spårämnen kom upp ur marken efter ett kärnvapenprov, exakt vad några av dessa mycket lokala förhållanden, topografi och andra aspekter, skulle påverka transporten av dessa radionuklider och andra kontrollampa gaser som skulle kunna frigöras vid ett underjordiskt test."
Myers sa att seismiska och akustiska data från PE1 kommer att släppas till en offentlig seismisk databas efter två år. "Vi vill att detta ska vara en resurs för samhället som helhet."
Tillhandahålls av Seismological Society of America
