Skýið frá kjarnorkusprengjunni yfir Nagasaki frá Koyagi-jima árið 1945 var ein af fyrstu kjarnorkuvopnum sem áttu sér stað á þessum heimi. Eftir áratuga frið, sprengir Norður-Kórea sprengjur á ný. Trúnaður: Hiromichi Matsuda.

Vísindi vita hvort þjóð prófar kjarnorkusprengjur

Jarðskjálfti? Kjarnorkusprenging? Klofnun eða samruni? Við vitum það, jafnvel þó að leiðtogar heimsins ljúgi.

„Norður-Kórea hefur kennt allur lönd í heiminum mikla lexíu, sérstaklega hörmulegu lönd einræðisherranna eða hvað sem er: Ef þú vilt ekki ráðast inn í Ameríku, fáðu þér kjarnorkuvopn.“ -Michael Moore

Á alþjóðavettvangi eru fáir hlutir ógnvekjandi fyrir heiminn í heild sinni en yfirvofandi möguleiki á kjarnorkustríði. Margar þjóðir eru með sprengjuna - sumar með sprengjum sem eingöngu eru bundnar, aðrar hafa náð dauðalausari kjarnasamruna - en ekki allir lýsa því opinberlega yfir því sem þeir hafa. Sumir detoner kjarnorkutæki meðan þeir neita því; aðrir segjast eiga samrunasprengjur þegar þær hafa ekki getu. Þökk sé djúpum skilningi á vísindum, jörðinni og því hvernig þrýstibylgjur ferðast í gegnum hana, þurfum við ekki sanna þjóð til að reikna út hina raunverulegu sögu.

Ljósmynd af Kim Jong-Un, gefin út nokkrum vikum fyrir nýjustu sprengjuárás Norður-Kóreu. Það sýnir leiðtogi þjóðarinnar á Catfish býli á óbirtum stað í Norður-Kóreu. Myndinneign: KNS / AFP / Getty Images.

Í janúar 2016 fullyrti stjórnvöld í Norður-Kóreu að þau sprengdu vetnissprengju, sem þau lofuðu að nota gegn öllum árásaraðilum sem ógnuðu landi sínu. Jafnvel þó að fréttaveitur sýndu ljósmyndir af sveppaskýjum samhliða skýrslugerðinni, þá eru þær ekki hluti af nútíma kjarnorkuprófum; það voru skjalasöfn. Geislunin sem losnar út í andrúmsloftið er hættuleg og væri skýrt brot á sáttmálanum um alhliða kjarnorkupróf. Svo sem þjóðir gera almennt, ef þær vilja prófa kjarnavopn, eru þær að gera það þar sem enginn getur greint geislunina: djúpt neðanjarðar.

Í Suður-Kóreu eru skýrslur um ástandið skelfilegar en ónákvæmar, þar sem sveppskýin, sem sýnd eru, eru áratuga gömul og ótengd myndefni við prófanir í Norður-Kóreu. Myndinneign: Yao Qilin / Xinhua Press / Corbis.

Þú getur sprengt sprengju hvar sem þér líkar: í loftinu, neðansjávar í sjónum eða sjónum eða neðanjarðar. Allir þessir þrír eru greinanlegir í grundvallaratriðum, þó orka sprengingarinnar verði „dempuð“ af hvaða miðli sem hún fer í gegnum.

  • Air, sem er vægast sagt þéttur, gerir það versta verk við að dempa hljóðið. Þrumuveður, eldgos, eldflaugar sprotar og kjarnorkusprengingar gefa ekki aðeins frá sér hljóðbylgjurnar sem eyrun okkar eru viðkvæm fyrir, heldur innra hljóð (langur bylgjulengd, lág tíðni) bylgjur sem - þegar um er að ræða kjarnorkusprengingu - eru svo duglegar að skynjari um allt heimur myndi auðveldlega vita það.
  • Vatn er þéttara, og þó hljóðbylgjur fari hraðar í miðli vatnsins en þeir gera í lofti, þá dreifist orkan meira um fjarlægð. Hins vegar, ef kjarnorkusprengja er sprengd undir vatni, þá er orkan sem losnað er svo mikil að þrýstibylgjurnar sem myndast geta mjög auðveldlega verið sóttar með vatnsrafkennara sem margar þjóðir hafa beitt. Að auki eru engin náttúrufyrirbæri vatns sem hægt væri að rugla saman við kjarnorkusprengingu.
  • Þannig að ef land vill reyna að „fela“ kjarnorkupróf, þá er besti kosturinn þeirra að gera prófið neðanjarðar. Þó skjálftabylgjurnar sem myndast geta verið mjög sterkar vegna kjarnorkusprengingar hefur náttúran enn sterkari aðferð til að mynda skjálftabylgjur: jarðskjálftar! Eina leiðin til að skilja þá frá sér er að þríhyrja nákvæma staðsetningu, þar sem jarðskjálftar koma aðeins mjög sjaldan fyrir á 100 metra dýpi eða minna, en kjarnorkupróf (hingað til) hafa alltaf átt sér stað í litlu fjarlægð neðanjarðar.

Í þessu skyni hafa löndin sem hafa staðfest sáttmálann um bann við kjarnorkuprófunum sett upp skjálftastöðvar um allan heim til að þefa út allar kjarnorkuprófanir sem eiga sér stað.

Alþjóðlegt eftirlitskerfi með kjarnorkuprófum sem sýnir fimm helstu gerðir prófa og staðsetningu hverrar stöðvar. Að öllu sögðu eru 337 virkar stöðvar um þessar mundir. Myndinneign: CTBTO.

Það er þessi skjálftaeftirlit sem gerir okkur kleift að draga ályktanir um hversu öflug sprenging var, svo og hvar á jörðinni - í þrívídd - hún átti sér stað. Skjálfti Norður-Kóreu sem átti sér stað árið 2016 fannst um allan heim; það eru 337 virkar vöktunarstöðvar á jörðinni sem eru viðkvæmar fyrir atburðum sem þessum. Samkvæmt Geological Survey United States (USGS) átti sér stað atburður sem átti sér stað í Norður-Kóreu 6. janúar 2016, sem jafngilti jarðskjálftanum að stærð 5,1, sem átti sér stað á 0,0 kílómetra dýpi. Miðað við stærðargráðu jarðskjálftans og jarðskjálftana sem greindust, getum við bæði endurskapað það magn af orku sem atburðurinn sleppti - um það bil jafnvirði 10 kílóa tonna TNT - og ákvarðað hvort þetta sé líklega kjarnorkuviðburður eða ekki.

Þökk sé næmi eftirlitsstöðvanna, getur dýpt, stærðargráða og staðsetning sprengingarinnar sem varð til þess að jörðin hristist 6. janúar 2016 verið vel staðfest. Myndinneign: Geological Survey United States, í gegnum http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10004bnm#general_map.

Hinn raunverulegi lykill, umfram aðstæður sem sýna fram á stærðargráðu og dýpt jarðskjálftans, kemur frá tegundum skjálftabylgjanna sem myndast. Almennt eru S-bylgjur og P-bylgjur, þar sem S stendur fyrir efri eða klippa, á meðan P stendur fyrir aðal eða þrýsting. Vitað er að jarðskjálftar mynda mjög sterkar S-bylgjur samanborið við P-bylgjur, en kjarnorkupróf mynda miklu sterkari P-öldur. Nú fullyrti Norður-Kórea að þetta væri vetnis (samrunasprengja) sem eru miklu, miklu banvænari en fission sprengjur. Þó að orkan sem losað er með úran eða plutonium byggðri samrunavopni er venjulega á bilinu 2–50 kíló af TNT, getur H-sprengja (eða vetnisbomba) haft orkuleysi sem er þúsund sinnum eins mikil, með metinu haldin af Sovétríkjunum 1961 prófinu á Tsar Bomba, með 50 megatóna virði af TNT af orku.

Sprengingin í Tsar Bomba frá 1961 var stærsta kjarnorkuæfingin sem hefur átt sér stað á jörðinni og er kannski frægasta dæmið um samrunavopn sem nokkru sinni hefur verið búið til. Myndinneign: Andy Zeigert / flickr.

Snið bylgjanna sem berast víða um heim segja okkur að það hafi ekki verið jarðskjálfti. Svo já, Norður-Kórea sprengdi líklega kjarnorkusprengju. En var það samrunasprengja eða fission sprengja? Það er mikill munur á þessu tvennu:

  • Kjarnaklofnunarsprengja tekur þungan þátt með fullt af róteindum og nifteindum, eins og ákveðnum samsætum úrans eða plútóníums, og sprengir þá í lofti með nifteindum sem eiga möguleika á að verða fangaðar af kjarnanum. Þegar handtaka á sér stað skapar það nýjan, óstöðugan samsætu sem bæði mun sundra sér í smærri kjarna, losa um orku og einnig viðbótar lausar nifteindir, sem gerir kleift að koma fram keðjuverkun. Ef uppsetningin er gerð á réttan hátt getur gífurlegur fjöldi atóma farið í þessi viðbrögð og breytt hundruð milligrömm eða jafnvel grömm efnis í hreina orku með Esteins E = mc².
  • Kjarnafræðusprengja tekur léttar frumefni, eins og vetni, og undir gríðarlegri orku, hitastig og þrýsting, veldur því að þessir þættir sameinast í þyngri þætti eins og helíum og losa enn meiri orku en fission sprengju. Hitastigið og þrýstingurinn sem krafist er er svo mikill að eina leiðin sem við höfum reiknað út hvernig á að búa til samrunasprengju er að umkringja kúlu af samrunaeldsneyti með fission sprengju: aðeins sú gríðarlega losun orku getur komið af stað kjarnasamruna viðbrögðum sem við þurfum að losa alla þá orku. Þetta getur orðið allt að kílógramm efnis í hreina orku á samruna stiginu.
Ekki er hægt að greina á milli líkra þekktra kjarnaklofnunartilrauna og grunaðs fissionprófs. Þrátt fyrir hvaða fullyrðingar eru gerðar afhjúpast sönnunargögn um raunverulegt eðli þessara tækja. Athugið að Pn og Pg merkin eru aftur á bak, smáatriði sem kannski aðeins jarðeðlisfræðingur myndi taka eftir. Myndinneign: Alex Hutko á Twitter, í gegnum https://twitter.com/alexanderhutko/status/684588344018206720/photo/1.

Hvað varðar orkuafrakstur er engin leið að skjálftinn í Norður-Kóreu stafaði af samrunasprengju. Ef það væri, væri það lang lægsta orka, skilvirkasta samrunaviðbrögð sem nokkru sinni hafa skapast á jörðinni og gert það á þann hátt að jafnvel fræðimenn eru ekki í vafa um hvernig það gæti gerst. Aftur á móti eru nægar vísbendingar um að þetta hafi ekki verið neitt annað en fission sprengja, þar sem þessi skjálftastöðvarárangur - settur og skráður af skjálftafræðingnum Alexander Hutko - sýnir ótrúlegan líkt milli Norður-Kóreubúa fission sprengju 2013 og sprenginguna 2016.

Munurinn á jarðskjálftum sem eiga sér stað á náttúrulegan hátt, þar sem meðalmerki er sýnt með bláu, og kjarnorkuprófun, eins og sýnt er með rauðu, skilur ekki eftir tvíræðni varðandi eðli slíks atburðar. Myndinneign: „Sleuthing Seismic Signals“, vísinda- og tæknigagnrýni, mars 2009.

Með öðrum orðum, öll gögn sem við höfum bent á eina ályktun: Niðurstaðan úr þessu kjarnorkuprófi er sú að við erum með klofningsviðbrögð sem eiga sér stað, án þess að gefa vísbendingu um samrunaviðbrögð. Sama hvort það var vegna þess að samrunastig var hannað og mistókst, eða vegna þess að hugmyndin um að Norður-Kórea væri með samrunasprengju var hönnuð til að vera ógnandi rúsa, þetta var örugglega ekki jarðskjálfti! S-bylgjurnar og P-bylgjurnar sanna að Norður-Kórea detonerar kjarnorkuvopn, í bága við alþjóðalög, en skjálftamælingarnar, þrátt fyrir ótrúlega afskekktar staðsetningar, segja okkur að það hafi ekki verið samrunasprengja. Norður-Kórea hefur kjarnorkutækni á fjórða áratug síðustu aldar, en ekki lengra. Öll próf þeirra hafa verið eingöngu fission, ekki samruni. Jafnvel þegar leiðtogar heims ljúga, mun jörðin segja okkur sannleikann.

Starts With A Bang er nú á Forbes og endurútgefið á Medium þökk sé stuðningsmönnum okkar Patreon. Ethan hefur verið höfundur tveggja bóka, Beyond The Galaxy, og Treknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive.