1945年,来自Koyagi-jim的长崎上空发生的原子弹爆炸所产生的云,是该世界上发生的首批核爆炸之一。 经过数十年的和平,朝鲜再次引爆了炸弹。 图片来源:松田弘道。

科学知道一个国家是否正在测试核弹

地震? 核爆炸? 裂变还是融合? 我们知道,即使世界领导人撒谎。

“北朝鲜给世界上所有国家,尤其是独裁政权之类的流氓国家,都上了一个很好的教训:如果您不想被美国入侵,请购买一些核武器。” -迈克尔·摩尔

在国际舞台上,几乎没有什么比迫在眉睫的核战争更令世界震惊。 许多国家拥有炸弹-有些国家只使用裂变炸弹,而其他国家则实现了更致命的核聚变-但并非每个国家都公开宣布拥有炸弹。 一些人在否认它的同时引爆了核装置; 其他人则声称在没有能力时会拥有聚变炸弹。 得益于对科学,地球以及压力波如何传播的深刻理解,我们不需要一个真实的国家来了解真实的故事。

金正恩(Kim Jong-Un)的照片是在朝鲜最近一次核爆炸发生几周前发布的。 它显示了该国在朝鲜未公开地点的Cat鱼养殖场的领导人。 图片来源:KNS / AFP / Getty Images。

2016年1月,朝鲜政府声称他们引爆了氢弹,并承诺将其用于对威胁其国家的任何侵略者进行轰炸。 尽管新闻媒体在报道中附带了蘑菇云的照片,但这些都不是现代核试验的一部分。 那是档案镜头。 释放到大气中的辐射是危险的,显然违反了1996年的《全面禁止核试验条约》。 因此,各国如果想测试核武器,通常会在没有人能探测到辐射的地方这样做:地下深处。

在韩国,关于这种情况的报道是可怕的,但不准确,因为显示的蘑菇云已有数十年的历史,与朝鲜的测试无关。 图片来源:姚其林/新华出版社/ Corbis。

您可以在任何喜欢的地方引爆炸弹:在空中,在水下的海洋,大海或地下。 尽管爆炸的能量被传播通过的任何媒介“抑制了”,但原则上这三者都是可检测的。

  • 空气密度最低,却使声音消音效果最差。 雷暴,火山爆发,火箭发射和核爆炸不仅发出我们的耳朵敏感的声波,而且还发出次声(长波长,低频)波,在核爆炸的情况下,它们的能量是如此之大,以至整个探测器世界会很容易知道这一点。
  • 水更稠密,因此,尽管声波在水中传播的速度比在空气中传播的快,但能量在距离上的耗散更大。 但是,如果一枚核弹在水下引爆,释放出的能量是如此之大,以至于许多国家部署的水声探测器可以很容易地拾取所产生的压力波。 此外,没有可以与核爆炸相混淆的水生自然现象。
  • 因此,如果一个国家想要尝试和“隐藏”核试验,那么他们最好的选择就是在地下进行试验。 尽管核爆炸会产生很强的地震波,但自然界却有一种更强大的地震波产生方法:地震! 区分它们的唯一方法是对确切位置进行三角测量,因为地震仅在非常罕见的深度不到100米的地方发生,而核试验(到目前为止)始终仅在地下发生了很小的距离。

为此,已核实《禁止核试验条约》的国家在世界各地设立了地震台,以嗅探发生的任何核试验。

国际核试验监测系统,展示了五种主要的试验类型以及每个站的位置。 总共有337个活动站点。 图片来源:CTBTO。

正是地震监测的这一行为使我们能够得出关于爆炸有多强大以及在地球上何处发生爆炸的结论。 2016年发生的朝鲜地震事件已在全球范围内检测到; 地球上共有337个对此类事件敏感的活动监测站。 根据美国地质调查局(USGS)的数据,2016年1月6日在朝鲜发生了一起地震,相当于5.1级地震,发生在0.0公里深度。 根据地震的大小和所检测到的地震波,我们都可以重建事件释放的能量(大约相当于10吨TNT),并确定这是否可能是核事件。

得益于监测站的灵敏性,可以很好地确定导致地球在2016年1月6日震动的爆炸的深度,大小和位置。 图片提供:美国地质调查局,网址为http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10004bnm#general_map。

除了对震级和深度的间接证据外,真正的关键还在于所产生的地震波的类型。 通常,有S波和P波,其中S代表次要或剪切,而P代表主要或压力。 与P波相比,地震会产生非常强的S波,而核试验会产生更强的P波。 现在,朝鲜声称这是氢(聚变)炸弹,比裂变炸弹致命得多。 铀或P基核聚变武器释放的能量通常约为2至50吨TNT,而H炸弹(或氢弹)的能量释放可达到记录的一千倍。苏联在1961年对沙皇炸弹进行的测试中将其释放,释放出了50兆吨的TNT能量。

1961年的沙皇炸弹爆炸是地球上有史以来最大的核爆炸,也许是有史以来最著名的融合武器实例。 图片来源:Andy Zeigert / flickr。

世界各地收到的海浪剖面告诉我们,这不是地震。 因此,是的,朝鲜可能确实引爆了原子弹。 但是,它是聚变炸弹还是裂变炸弹? 两者之间有很大的区别:

  • 核裂变炸弹具有大量质子和中子的重元素,例如铀或P的某些同位素,并用中子轰击它们,这些中子有可能被核捕获。 当发生俘获时,它会产生一个新的不稳定同位素,该同位素将解离成更小的核,释放能量,并释放额外的中子,从而允许发生链反应。 如果设置正确,大量的原子会发生该反应,通过爱因斯坦的E =mc²将数百毫克甚至数克的物质转化为纯能量。
  • 核聚变炸弹吸收轻元素,例如氢,并在巨大的能量,温度和压力下,使这些元素结合成重元素,例如氦,释放出的能量比裂变炸弹还要多。 所需的温度和压力是如此之高,以至于我们弄清楚如何制造聚变炸弹的唯一方法是用裂变炸弹包围聚变燃料颗粒:只有大量的能量释放才能触发我们需要的核聚变反应释放所有能量。 在聚变阶段,这可以将一公斤物质转化为纯能量。
已知的核裂变试验与可疑的裂变试验之间的相似性是显而易见的。 尽管提出了什么要求,但证据表明这些设备的真实性质。 请注意,Pn和Pg标签是向后的,只有地球物理学家可能会注意到这些细节。 图片来源:Alex Hutko在Twitter上,通过https://twitter.com/alexanderhutko/status/684588344018206720/photo/1。

就能源产量而言,朝鲜地震绝不是由聚变炸弹引起的。 如果是这样的话,那将是迄今为止地球上产生的最低能量,最有效的聚变反应,而且这样做的方式甚至使理论家也不确定它如何发生。 另一方面,有充分的证据表明,这仅仅是裂变炸弹,因为地震学家亚历山大·赫特科(Alexander Hutko)发布和记录的地震台站结果显示出2013年朝鲜裂变炸弹与2016年爆炸之间令人难以置信的相似性。

自然发生的地震(其平均信号显示为蓝色)和核试验(显示为红色)之间的区别不会使这种事件的性质含糊不清。 图片来源:“侦听地震信号”,《科学技术评论》,2009年3月。

换句话说,我们拥有的所有数据都指向一个结论:核试验的结果是我们发生了裂变反应,没有任何聚变反应的迹象。 无论是因为设计了融合台并使其失败,还是因为朝鲜拥有融合炸弹的想法被设计成令人生畏的诡计,这绝对不是一场地震! S波和P波证明朝鲜违反国际法在引爆核武器,但地震读数尽管位于遥不可及的偏远地区,但告诉我们这不是核聚变炸弹。 朝鲜确实拥有1940年代时代的核技术,但没有更多。 他们所有的测试都是裂变,而不是融合。 即使世界领导人撒谎,地球也会告诉我们真相。

凭借《爆炸》的开始,现在在《福布斯》上发表,并在我们的Patreon支持者的支持下在《中等》上重新发布。 伊桑(Ethan)撰写了两本书,《超越银河》和《 Treknology:从Tricorders到Warp Drive的《星际迷航》。