新的内华达实验将改善核爆炸监测

2023年10月的一天，内华达沙漠地下隧道中发生的化学爆炸标志着美国国家核安全局(NNSA)开展新一轮实验的开始，旨在改善对全球低当量核爆炸的监测。

物理实验1-A(PE1-A)是一系列非核实验的首个项目，旨在比较计算机模拟结果和来自地下爆炸和大气实验所获得的高分辨率地震、示踪气体、声学和电磁数据，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员斯蒂芬·迈尔斯(Stephen Myers)在美国地震学会(SSA)2024年年会上介绍了这一项目。

这次于10月18日在内华达国家安全场(NNSS)的Aqueduct Mesa“P Tunnel”进行的爆炸相当于16.3吨TNT。爆炸产生的地震、声学和电磁波被附近的仪器和区域地震网络记录下来，同时也有气体示踪剂和化学产物释放到形成的洞穴和钻孔中，并被密集的仪器阵列采样。爆炸产生的地震信号被记录到距离爆炸至少250公里的地方。

迈尔斯表示：“所有这些都是为了进一步实现我们监测核爆炸的目标，并了解这些爆炸如何产生地震波的物理过程。”

物理实验1(PE1)是NNSS的最新研究项目，该地点曾于1951年至1962年进行大气核试验，并于1961年至1992年进行地下试验。近年来，像Source Physics Experiment这样的项目考察了不同岩石环境中的一系列非核化学爆炸，收集数据以了解更多关于爆炸物理学的知识。

作为PE1计划的一部分，计划进行七项新实验，包括在不同的放置条件下进行更多地下化学爆炸实验，以及试图追踪这些类型爆炸产生的气体在地下和大气中的传输的大气实验。该计划还将使用一个直径约四米的大型电磁线圈，在隧道内产生电磁能量脉冲，该脉冲可以在地表测量，以确定地下核试验产生的电磁信号受到地球传播的影响程度。

迈尔斯解释说：“没有一个实验能产生核试验产生的所有信号，因此我们进行了这七个实验，试图整合所有这些信号，以验证我们用来模拟核爆炸时所有这些信号会是怎样的完整物理代码。”

高性能计算的显著改进使得像迈尔斯这样的研究人员能够创建越来越逼真和复杂的爆炸模拟，“然后问题是，‘它们是否正确？’我们能够确信的唯一方法就是将其与这些实验的高分辨率数据集进行比较。”他说。

他指出，与早期的NNSS实验相比，新实验的仪器装备更加齐全，这有助于验证计算机代码模拟。

例如，大气模拟必须考虑复杂的变量，如不同地形条件下的温度变化和空气湍流。迈尔斯表示，通过这些实验，“我们正在试图了解如果在核试验之后示踪剂从地下散发出来，一些非常局部的条件、地形和其他方面将如何影响这些放射性核素和其他可能由地下试验释放的特征性气体的传输。”

迈尔斯表示，PE1的地震和声学数据将在两年后发布到公共地震数据库。“我们希望这成为整个社区的资源。”