Эта работа поможет международным инспекторам найти и идентифицировать тайный объект UNE в пределах зоны поиска площадью 1000 квадратных километров во время инспекции на месте, которая может быть проведена в соответствии с Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Недавно в Иордании была проведена такая смоделированная инспекция, Комплексные полевые учения 2014 (IFE14), спонсируемые Организацией Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ОДВЗЯИ) и с участием более 40 стран, которые проверили некоторые аспекты обнаружения сигнатур благородных газов.
Кроме того, этот метод потенциально может помочь в интерпретации сигналов благородных газов (радиоактивных изотопов ксенона), захваченных в атмосфере после UNE, таких как северокорейское испытание, которое произошло в январе.
Исследование также привело к разработке умного пробоотборника LLNL, который изначально был разработан как исследовательский инструмент для автоматического улавливания газов, достигающих поверхности в удаленных местах после выброса индикаторов газа под землю.
Во время учений IFE14 ОДВЗЯИ развернуло три таких пробоотборника, которые были спроектированы и изготовлены лабораторными инженерами Стивеном Хантером и Дэвидом Раддлом из LLNL.
Работа сочетает в себе новые полевые эксперименты, включающие закачку газовых индикаторов с использованием четырех больших компрессоров в старую полость ядерного взрыва, и сложные численные модели, в которых используется новый метод отслеживания различных родительских / дочерних изотопов, образующихся в полости детонации. При моделировании результаты полевого эксперимента используются в качестве основы для исследования изотопной эволюции и процессов переноса газа в UNE.
Команда, состоящая из ученых из LLNL и National Security Technologies (NSTec), частично воспроизвела подземные условия после UNE, ответственного за миграцию взрывоопасных газов на поверхность, где они могут быть обнаружены локально на испытательном полигоне. Такие результаты могут дать инспекторам лучшее представление о том, чего ожидать, когда они находятся в зоне инспекции в поисках подозреваемого НЯ. С помощью компьютерных моделей LLNL, использующих информацию из эксперимента с трассерами, команда смогла отследить выделение газов в полости взрыва, которое может быть обнаружено с подветренной стороны за тысячи километров. Фактически это произошло после третьего северокорейского UNE в 2013 году.
«Эта работа нова отчасти из-за того, что мы сделали это, закачав газы в старую полость UNE, а затем используя компьютерные модели, полученные в результате эксперимента, чтобы расширить наше понимание того, как газ ксенон эволюционирует после UNE», — сказал Чарльз Карриган, геолог из LLNL. и ведущий автор статьи, опубликованной в номере журнала Nature-Scientific Reports от 16 марта.
Используя компьютерные модели, разработанные физиком LLNL Юнвэем Сун, команда показала, что включение термической миграции контрольных газов из взрывной полости или дымохода может существенно сократить время их прибытия на поверхность по сравнению с миграцией газов, вызываемой только колебаниями атмосферного давления или атмосферным давлением. накачка. Предыдущие исследования были сосредоточены на барометрической закачке как на основном механизме миграции подземного газа.
«В ходе мониторинга газов, выходящих на поверхность в ходе нашего полевого эксперимента под давлением, мы также обнаружили, что фоновые уровни радона были аномально высокими (в 10-15 раз выше нормы) на поверхности над полостью взрыва», — сказал Карриган.
Исследование показывает, что слабое подповерхностное давление, имитирующее тепловой привод после взрыва, увеличило количество захваченного радона. Это говорит о том, что аномалии радона могут быть потенциальными индикаторами скрытых или тайных ПЯЭ, которые иначе трудно обнаружить во время инспекции на месте.
Кроме того, моделирование показало, что взрывная полость или дымоход ведет себя как негерметичный химический реактор или скороварку.
Газы, мигрирующие от плиты, изменяют общий химический состав (изотопные отношения) газов, оставшихся в плите или реакторе, что продолжает производить новые газы. Команда смоделировала эволюцию этих газов в течение нескольких месяцев после UNE.
«UNE 2013 года, проведенная в Северной Корее, позволила нам в некоторой степени подтвердить нашу модель выделения взрывного газа», — сказал Карриган. «Мы обнаружили, что газы, обнаруженные в России почти через два месяца после этого, лучше всего соответствуют нашей эволюционной модели для смеси различных изотопов ксенона, когда мы предполагаем диапазон выходов, который согласуется с сейсмическими оценками, менее 10 килотонн, для этого события.
Это классный результат, поскольку никто не предполагал, что изотопные отношения должны зависеть от ядерной мощности."
Исследование также может найти применение в мониторинге других подземных режимов с подогревом или повышенным давлением, таких как газификация угля на месте, глубокая секвестрация сверхкритического CO2 и захоронение ядерных отходов.