Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) genomförde framgångsrikt sitt första subkritiska experiment sedan 2003 den 13 februari vid Nevada National Security Site (NNSS) U1a-anläggning. Experimentet – kallat "Ediza" – ägde rum djupt under ökengolvet och var kulmen på en femårig kampanj som syftade till att fånga högtrogen plutoniumdata till stöd för säkerheten i kärnkraftslager.

Subkritiska experiment tillåter forskare att studera hur kärnämne reagerar på höga sprängämnen utan att genomföra ett traditionellt kärnvapenprov. De ingående experimenten är speciellt utformade för att se till att de förblir under tröskeln för kritikalitet. När det gäller Ediza, forskare använde höga sprängämnen för att implodera plutonium, fånga många, detaljerade vetenskapliga mätningar som kommer att jämföras med superdatorsimuleringar.

"Vi avancerar säkerhetsvetenskapen med detta subkritiska experiment, sa Barbara Kornblum, LLNL:s ledande designfysiker på experimentserien. "Ediza är det första experimentet i sitt slag, och det ger oss unika plutoniumdata."

När plutoniumet imploderade, forskare kunde fånga högkvalitativa röntgenbilder som var relevanta för lagersäkerheten. Dessa bilder liknar röntgenbilder tagna av en tandläkare, men är mer än tusen gånger kraftfullare än en tandröntgen. Dessa röntgenbilder och data från annan diagnostik kommer att jämföras med superdatorsimuleringar som förutspådde implosionen. Att jämföra dessa simuleringar med experimentella data gör det möjligt för forskare att förbättra fysikmodellerna, möjliggöra mer realistiska simuleringar och, i sista hand, mer förtroende vid bedömning av lagersäkerhet.

Ediza var det sista experimentet i "Sierra Nevada"-serien, som var ett tri-lab-samarbete mellan LLNL och dess motsvarigheter vid Los Alamos National Laboratory (LANL) och Storbritanniens Atomic Weapons Establishment, med stöd och vetenskapligt samarbete från NNSS. LLNL-forskare arbetade nära med dessa medarbetare, ansluter varje vecka via telefonkonferens under den femåriga Sierra Nevada-kampanjen, och dagligen med det kombinerade NNSS-teamet under Edizas experimentella aktiviteter.

Leder upp till Ediza, forskare genomförde fem förberedande experiment med skenkomponenter gjorda av icke-nukleära material. Förutom att tillhandahålla värdefulla fysikdata, de förberedande experimenten var väsentliga för att säkerställa att experimentella säkerhetsfunktioner och diagnostik skulle fungera korrekt i Ediza-experimentet. I slutet, all säkerhet, säkerhets- och diagnossystem utförs som förväntat.

"Varje experiment genererade användbara fysikdata, men Livermore gör inte "subcrits" för att studera höga explosiva ämnen, " sa LLNL fysiker Reed Patterson, experimentell gruppledare. "Detta experiment handlade bara om att svara på frågor om plutonium. Till slut, vi fångade några utsökta data, och det kommer att räcka långt för att förbättra de fysikmodeller vi använder för att garantera kärnvapensäkerhet."

Varje år, LLNL och LANL är ansvariga för att utvärdera det amerikanska kärnkraftslagret för att säkerställa att stridsspetsarna alltid kommer att fungera som avsett. Detta tillvägagångssätt är känt som stockpile stewardship. I avsaknad av att genomföra traditionella kärnvapenprov, en vetenskapsbaserad metodik används där en virtuell testplats simuleras med datormodeller. För att detta ska fungera med tillförsikt, simuleringarna valideras mot verkliga experimentella data både från historiska kärnvapenprov som gav kärnkraftsutbyte och från moderna subkritiska experiment som Ediza.

Detta experiment kommer att ge ökat förtroende för dessa årliga bedömningar, se till att säkerheten i kärnkraftssystem förblir robust och även gör det möjligt för forskare att förbättra säkerheten, där det är möjligt, eftersom de arbetar för att förlänga lagrets livslängd.