An einem Oktobermorgen im Jahr 2023 detonierte eine chemische Explosion in einem Tunnel unter der Wüste von Nevada und war der Startschuss für die nächste Reihe von Experimenten der National Nuclear Security Administration mit dem Ziel, die Erkennung von nuklearen Explosionen mit geringer Ausbeute auf der ganzen Welt zu verbessern.
Das Physikexperiment 1-A (PE1-A) ist das erste einer Reihe nichtnuklearer Experimente, bei denen Computersimulationen mit hochauflösenden seismischen, Prüfgas-, akustischen und elektromagnetischen Daten aus unterirdischen Explosionen und atmosphärischen Experimenten verglichen werden, sagte Lawrence Livermore Stephen Myers, Forscher am National Laboratory der Seismological Society of America (SSA). Jahreshauptversammlung 2024.
Die Explosion am 18. Oktober – das Äquivalent von 16,3 Tonnen TNT – ereignete sich im Aqueduct Mesa „P Tunnel“ am Nevada National Security Site (NNSS). Seismische, akustische und elektromagnetische Wellen des Schocks wurden von Instrumenten in der Nähe der Explosion und mit regionalen seismischen Netzwerken aufgezeichnet, während Gasspuren und chemische Nebenprodukte, die in den entstandenen Hohlraum und die Bohrlöcher freigesetzt wurden, ebenfalls von einer dichten Instrumentenanordnung beprobt wurden. Seismische Signale wurden mindestens 250 Kilometer von der Explosion entfernt aufgezeichnet.
„All dies soll dazu beitragen, unser Ziel zu erreichen, nukleare Explosionen besser zu überwachen und die Quellenphysik zu verstehen, wie diese Explosionen seismische Wellen erzeugen“, sagte Myers.
Physics Experiment 1 (PE1) ist das neueste Forschungsprogramm am NNSS, bei dem zwischen 1951 und 1962 atmosphärische Atomtests und zwischen 1961 und 1992 unterirdische Tests stattfanden. In jüngerer Zeit befassten sich Programme wie das Source Physics Experiment mit einer Reihe nicht-atomarer Tests. nuklearchemische Explosionen in verschiedenen Gesteinsumgebungen, Sammeln von Daten, um mehr über Explosionsphysik zu erfahren.
Zu den sieben neuen Experimenten, die im Rahmen von PE1 geplant sind, gehören weitere unterirdische chemische Explosionen unter unterschiedlichen Lagerbedingungen sowie atmosphärische Experimente, die versuchen, den unterirdischen und atmosphärischen Transport von Gasen zu verfolgen, die bei dieser Art von Explosionen entstehen.
Das Programm wird auch eine große elektromagnetische Spule mit einer Breite von etwa vier Metern verwenden, um im Tunnel elektromagnetische Energieimpulse zu erzeugen, die an der Bodenoberfläche gemessen werden können, um zu bestimmen, wie stark das elektromagnetische Signal eines unterirdischen Atomtests davon beeinflusst würde durch die Erde reisen.
„Es gibt kein einziges Experiment, das alle Signale erzeugen kann, die ein Atomschuss erzeugt. Deshalb führen wir diese Serie von sieben Experimenten durch, um zu versuchen, alle diese Signale zusammenzusetzen“, erklärte Myers, „damit wir unsere Ergebnisse vollständig validieren können.“ Physikalische Codes, mit denen wir simulieren, wie all diese Signale bei einer nuklearen Explosion aussehen würden.
Bedeutende Verbesserungen im Hochleistungsrechnen haben es Forschern wie Myers ermöglicht, immer realistischere und komplexere Explosionssimulationen zu erstellen, aber „dann stellt sich die Frage: Sind sie richtig?“ Und der einzige Weg, wie wir uns darauf verlassen können, besteht darin, sie mit diesen hochauflösenden Datensätzen aus den Experimenten zu vergleichen“, sagte er.
Die neuen Experimente seien stärker instrumentiert als ältere NNSS-Experimente, was zur Validierung der Computercode-Simulationen beitrage.
Atmosphärensimulationen müssen beispielsweise komplexe Variablen wie Temperaturänderungen und Luftturbulenzen unter verschiedenen topografischen Bedingungen berücksichtigen.
Mit den Experimenten, sagte Myers, „versuchen wir, eine Vorstellung davon zu bekommen, ob Tracer nach einem Atomtest aus dem Boden kämen, welche genauen Auswirkungen einige dieser sehr lokalen Bedingungen, die Topographie und andere Aspekte auf den Transport dieser Radionuklide hätten.“ andere verräterische Gase, die bei einem unterirdischen Test freigesetzt werden könnten.“
Myers sagte, dass die seismischen und akustischen Daten von PE1 nach zwei Jahren in einer öffentlichen seismischen Datenbank veröffentlicht werden. „Wir möchten, dass dies eine Ressource für die gesamte Gemeinschaft ist.“