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2018
04-08

新的气体签名模型可以帮助检查人员定位和识别地下核试验


该图说明了气体分布,因为它从核试验腔的烟囱泄漏两种不同的气体:氙-133和氩-37。这两种气体通常被称为“吸烟枪”,用于检测秘密地下爆炸。这些气体也渗透到检查过程中可以检测到的表面,偶尔会释放到大气中,由国际监测系统检测到。

通过实验和天然气排放的计算机模型, 劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 科学家们模拟从由风从爆炸点远进行地下核爆炸(UNES)气体的签名。

这项工作将有助于国际核查人员定位和识别千平方公里搜索区域内的秘密UNE网站,可以根据 全面禁止核试验条约 (链接外部)进行现场检查时 。乔丹最近举办这样的模拟检查,综合实地演练2014(IFE14),由 全面禁止核试验条约组织主办 (链接外部) (CTBTO),涉及40多个国家,其中测试惰性气体特征检测的一些方面。

此外,该技术还可能有助于解释UNE(如1月份发生的北韩测试)后大气中捕获的惰性气体(放射性氙同位素)信号。

这项研究还导致了LLNL智能取样器的开发,该取样器最初设计为一种研究仪器,用于在地下释放气体示踪剂之后自动捕获到达远处表面的气体。在IFE14演习期间,禁核试组织部署了三个采样器,这些采样器是由实验室工程师Steven Hunter和David Ruddle在LLNL设计和制造的。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室科学家查尔斯·卡里根(Charles Carrigan)在斯洛伐克的一个惰性气体测试期间设立了手持式触摸屏的地下智能取样器。

工作结合涉及使用四个大型压缩机气体示踪剂注射到旧核爆炸腔新颖田间试验和复杂的数值模拟雇用用于跟踪不同的父/子在引爆腔同位素生产的新方法。模拟结果将野外实验的结果作为探测UNE同位素演化和气体运移过程的基础。

该小组,由来自LLNL科学家和 国家安全技术 (链路是外部的) (NSTec),部分再现的以下一个UNE负责爆炸气体的到表面的迁移的地下条件在测试地点可以在本地检测到。这样的结果可以让检查人员更好地了解当他们在检查区域搜索可疑的UNE时会发生什么。利用LLNL计算机模型利用示踪剂实验的信息,研究小组能够追踪爆炸腔内的气体演变情况,这些气体可能在数千公里外的下风侧被探测到。这实际上是在2013年第三次北韩UNE之后发生的。

“这项工作是新颖的,部分原因是我们是如何通过向旧的UNE腔注入气体,然后使用计算机模型通知实验来扩展我们对氙气是在UNE之后演变的,“LLNL地球科学家Charles Carrigan指出,这篇论文的主要作者出现在3月16日的期刊 Nature-Scientific Reports 上。

通过LLNL物理学家云为Sun开发使用计算机模型,该球队表明,相对于气体的迁移时,包括从爆炸腔或烟囱指示器气体在表面可基本上缩短到达时间的热驱动的迁移引起的仅由大气压的波动或气压泵送。以前的研究主要集中在气压抽气作为主要的地下气体运移机制。

“From 在我们的加压场实验过程中监测到地面的气体,我们还发现背景氡气含量在爆炸腔表面异常高(正常的10到15倍),“Carrigan说。

研究表明,在爆炸后模拟热驱动的弱地下增压增强了俘获的氡的数量。这表明,氡异常可能是隐藏的或秘密的UNE的潜在指标,否则在现场检查时难以发现。

部署一个大的防水布,用于捕获LLNL智能取样器的气体,因为它们上升到表面并收集在下面。

此外,模拟显示,爆炸腔或烟囱的行为像泄漏的化学反应堆或高压锅。从炊具移走的气体改变了在炊具或反应器中留下的气体的总化学组成(同位素比率),这继续产生新气体。在UNE之后,团队将这些气体的演变模拟了几个月。卡里根说:“在朝鲜进行的2013年地下核爆炸使我们对我们的爆炸气体演化模型进行了一些验证。 “我们发现,在俄罗斯接近两个月后检测到的气体与我们的不同氙同位素混合物的演化模型是最匹配的,当时我们假设一个产量范围与地震估计值一致,小于10千吨。这是一个很酷的结果,因为没有人认为同位素比值应该取决于核收率。“

这项研究也可能用于监测其他加热或加压地下区域,例如原位煤气化,超临界CO的深度封存 2 和核废料处置。

来源:LLNL