Как ученые узнают об испытаниях ядерных бомб?

Землетрясение? Ядерный взрыв? Деление или синтез? Мы узнаем, даже если мировые лидеры лгут. На международной арене есть не так много вещей, пугающих больше, чем возможность ядерной войны. У многих стран есть боеголовки – некоторые с делением, другие с более смертоносным синтезом – но не все открыто заявляют, что они у них есть. Некоторые взрывают ядерные устройства, отрицая это; другие утверждают, что обладают термоядерными бомбами, тогда как в действительности нет. Благодаря глубокому знанию науки, Земли и того, как через нее проходят волны давления, нам не нужно подвергать лидера страны пыткам, чтобы узнать правду, считает Итан Зигель с Medium.com.


В январе 2016 года правительство Северной Кореи заявило, что взорвало водородную бомбу, которую также пообещало использовать против любых агрессоров, угрожающих стране. Несмотря на то, что в новостных агентствах были показаны фотографии грибных облаков с подробным описанием, эти кадры оказались архивными; испытания не были современными. Радиация, попадающая в атмосферу, опасна и будет явным нарушением Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года. Так что, если страны хотят протестировать ядерное оружие, они делают это там, где никто не сможет найти радиацию: под землей.


В Южной Корее репортаж о ситуации был жутким, но неточным, поскольку показанные грибные облака – это старые кадры, не имеющие отношения к северокорейским испытаниям

Вы можете взорвать бомбу где угодно: в воздухе, под водой в океане или под землей. Все три взрыва можно в принципе обнаружить, хотя энергия взрыва будет «приглушенной» в зависимости от среды, в которой распространяется.

Воздух, будучи наименее плотным, хуже всего заглушает звук. Грозы, извержения вулканов, запуски ракет и ядерные взрывы испускают не только звуковые волны, которые можно услышать, но и инфразвуковые (длинной волны, низкой частоты), которые – в случае ядерного взрыва – такие энергетически мощные, что детекторы по всему миру с легкостью их распознают.


Облако ядерного взрыва над Нагасаки

Вода плотнее, и хотя звуковые волны движутся в воде быстрее, чем в воздухе, энергия быстрее рассеивается с пройденным расстоянием. Однако, если ядерная бомба взрывается под водой, выделяемая энергия настолько велика, что генерируемые волны давления могут быть легко уловимы гидроакустическими детекторами, развернутыми многими странами. Кроме того, нет никаких водных явлений, которые можно было бы спутать с ядерным взрывом.

Поэтому, если страна хочет попытаться скрыть ядерное испытание, лучше всего будет провести его под землей. Хотя генерируемые сейсмические волны могут быть очень сильными от ядерного взрыва, у природы есть еще более сильный метод генерации сейсмических волн: землетрясения! Единственный способ рассказать о них – триангуляция точного положения, потому что землетрясения очень и очень редко происходят на глубине 100 метров или меньше, а ядерные испытания (пока что) всегда проходили на небольшой глубине под землей.

С этой целью страны, которые подписали Договор о запрещении ядерных испытаний, создали сейсмические станции по всему миру, чтобы вынюхивать любые ядерные испытания, которые проводятся.


Международная система отслеживания ядерных испытаний, показывающая пять крупных типов испытаний и положения всех станции. Всего в настоящее время активны 337 известных станций

Именно этот акт сейсмического мониторинга позволяет нам делать выводы о том, насколько мощным был взрыв и в каком месте Земли – в трех измерениях – он произошел. Сейсмическое событие Северной Кореи, которое произошло в 2016 году, было зарегистрировано по всему миру; 337 активных мониторинговых станций по всей Земли были достаточно чувствительны для этого. По данным Геологической службы США, в 6 января 2016 года в Северной Корее произошло событие, эквивалентное землетрясению величиной 5.1 балла на глубине 0,0 километра. Основываясь на величине землетрясения и сейсмических волн, которые были зарегистрированы, мы можем восстановить объем выпущенной энергии – порядка 10 килотонн тротилового эквивалента – и понять, был это ядерный взрыв или нет.


Благодаря чувствительности наблюдательных станций, глубину, величину и положение взрыва, который заставил Землю трястись 6 января 2016 года, можно четко установить

Важнейшая подсказка, помимо косвенных доказательств величины и глубины землетрясения, исходит из типов генерируемых сейсмических волн. В общем, есть S- и P-волны, сдвиговые, или вторичные, и продольные волны, которые иногда называют первичными. Землетрясения, как известно, производят мощнейшие S-волны по сравнению с P-волнами, а ядерные испытания рождают более мощные P-волны. И вот, Северная Корея заявляет, что это была водородная бомба (синтеза), которая намного смертоноснее бомб деления. В то время, как энергия, выпускаемая урановыми или плутониевыми бомбами на основе реакции деления имеют мощность порядка 2-50 килотонн тротилового эквивалента, водородные бомбы выпускают энергию в тысячи раз мощнее. Рекордсмен события – советская Царь-бомба мощностью 50 мегатонн тротилового эквивалента.


Взрыв Царь-бомбы в 1961 году был крупнейшим ядерным взрывом на Земле и стал одним из самых важных для дальнейшего определения судьбы ядерного оружия

Профиль волн, полученный по всему миру, говорит, что это не землетрясение. Так что да, Северная Корея вероятнее всего взорвала ядерную бомбу. Но какую? Есть разница между бомбами на основе синтеза и на основе деления:

Бомба на основе ядерного деления берет тяжелый элемент с большим количеством протонов и нейтронов, например, изотопы урана или плутония, и бомбардирует их нейтронами, которые могут быть захвачены ядром. Когда происходит захват, рождается новый нестабильный изотоп, который диссоциирует на более мелкие ядра, высвобождая энергию, а также дополнительные свободные нейтроны, позволяя начаться цепной реакции. Если все сделано правильно, огромное количество атомов может пройти через эту реакцию, превратив миллионы миллиграммов или даже граммов материи в чистую энергию по формуле E = mc2.
Термоядерная бомба на основе синтеза берет легкие элементы, такие как водород, и при помощи огромных энергий, температур и давления делает так, чтобы эти элементы слились в более тяжелые, такие как гелий, выделяя еще больше энергии, чем бомба на основе деления. Температура и давление требуются настолько большие, что единственный способ создать термоядерную бомбу – это окружить гранулу синтеза топливо на основе бомбы деления: чтобы огромный выброс энергии смог запустить реакцию синтеза. До килограмма вещества может превратиться в чистую энергию на стадии синтеза.


Многие путают испытания с бомбами деления и синтеза. Но ученые различают их безошибочно

Что касается выхода энергии, то северокорейская тряска была несомненно вызвана бомбой на основе деления. Если бы это было не так, то это был бы самый слабый, самый эффективный взрыв с реакцией синтеза на планете, который даже в теории создать не получается. С другой стороны, есть четкие доказательства того, что это был именно взрыв с реакцией деления, поскольку записи сейсмических станций показали невероятно похожий взрыв в 2013 году, все в той же Северной Корее.


Разница между встречающимися в природе землетрясениями, сигнал которых показал синим, и ядерным испытанием, показанным красным, не оставляет сомнений в природе такого события

Другими словами, все данные, которые мы имеем, указывают на один вывод: в основе этого ядерного взрыва была именно реакция деления, а не синтеза. И это точно не было землетрясением. S- и P-волны доказали, что Северная Корея взрывает ядерные бомбы, нарушая международный закон, но сейсмические сводки, несмотря на удаленность, показывают, что это не бомбы синтеза. У Северной Кореи ядерные технологии 1940-х годов. Даже если мировые лидеры лгут, Земля скажет правду.

Источник