Los investigadores se preparan para un experimento de física de fuentes en el sitio de seguridad nacional de Nevada. Los experimentos patrocinados por la NNSA fueron realizados en el sitio por Sandia, Laboratorios nacionales de Los Alamos y Lawrence Livermore, así como otros laboratorios y organizaciones de investigación. Crédito:Sitio de seguridad nacional de Nevada
Investigadores de Sandia National Laboratories, como parte de un grupo de científicos de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, han concluido años de experimentos de campo para mejorar la capacidad de los Estados Unidos para diferenciar los terremotos de las explosiones subterráneas, Conocimientos clave necesarios para mejorar las capacidades de verificación y monitoreo de la nación para detectar explosiones nucleares subterráneas.
El proyecto de nueve años, los Experimentos de Física de la Fuente, fue una serie de detonaciones químicas subterráneas de alto explosivo con diversos rendimientos y diferentes profundidades para mejorar la comprensión de la actividad sísmica en todo el mundo. Estos experimentos patrocinados por la NNSA fueron realizados por Sandia, Laboratorio Nacional de Los Alamos y Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y Servicios de Prueba y Apoyo a la Misión LLC, que gestiona las operaciones en el Sitio de Seguridad Nacional de Nevada. La Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa, la Universidad de Nevada, Reno, y varios otros laboratorios y organizaciones de investigación participaron en varios aspectos del programa.
Los investigadores creen que los datos registrados y los modelos informáticos de los experimentos podrían hacer que el mundo sea más seguro porque las pruebas de explosivos subterráneos no se confundirían con terremotos. Los resultados serán analizados y puestos a disposición de muchas instituciones, dijo el investigador principal y geofísico de Sandia, Rob Abbott.
El conjunto de datos es enorme. "Se le ha llamado el mejor conjunto de datos de explosiones de este tipo en el mundo, "Nos esforzamos mucho para hacer esto correctamente", dijo Abbott.
La última explosión subterránea de la serie tuvo lugar el 22 de junio.
Los experimentos exploraron las diferencias entre explosiones en dura, Roca suave
La Fase 1 de SPE consistió en seis pruebas subterráneas en granito entre 2010 y 2016. La Fase 2 consistió en cuatro pruebas subterráneas en geología de aluvión seco, o roca blanda, en 2018 y 2019. Los resultados de ambas fases se analizarán para ayudar a determinar cómo se comparan las detonaciones subterráneas en aluviones secos con las de roca dura. Adicionalmente, los datos de SPE se pueden medir con datos recopilados de pruebas nucleares subterráneas históricas que se llevaron a cabo en el antiguo sitio de pruebas de Nevada.
Dependiendo del experimento, hasta 1, Se instalaron 500 sensores para tomar medidas. Estos diagnósticos incluyen infrasonidos, sísmico, varios instrumentos de perforación, video de alta velocidad, cartografía geológica, fotografía montada en drones, detección de fibra óptica distribuida, firmas electromagnéticas, grabaciones de desplazamiento de gas, cambios en la superficie del suelo desde el radar de apertura sintética y el lidar (que mide la distancia usando láseres), y otros. Se instalaron acelerómetros en varios lugares alrededor de la explosión, junto con sensores de temperatura y sensores electromagnéticos.
"Los datos están diseñados para que eventualmente estén disponibles gratuitamente para cualquier persona, para que cualquier otro investigador de cualquier país pueda utilizar los datos para comprender estos eventos, "Dijo Abbott.
La Fase 2 de Experimentos de Física de la Fuente consistió en cuatro explosiones subterráneas en el Sitio de Seguridad Nacional de Nevada. Las detonaciones químicas de alto explosivo se realizaron con varios rendimientos y diferentes profundidades en el mismo pozo. Crédito:Laboratorios Nacionales Sandia
El proyecto también está sirviendo como campo de entrenamiento para la próxima generación de científicos e ingenieros de no proliferación, con estudiantes en prácticas de 14 universidades y facultades diferentes que vienen a Sandia para trabajar con los datos, él dijo.
Comprender las lecturas sísmicas es clave para diferenciar los eventos del subsuelo.
Los satélites eliminan esencialmente la posibilidad de que las pruebas nucleares de superficie pasen desapercibidas en cualquier parte del mundo, pero las pruebas subterráneas son más difíciles de detectar y caracterizar debido al acceso limitado y las características visibles, y dificultad para discriminar explosiones nucleares de otros tipos de eventos sísmicos, dijo Zack Cashion, ingeniero jefe de la Fase 2 del proyecto.
Cuando los científicos estudian los terremotos, observan ondas de compresión (ondas primarias o P) y ondas de corte (ondas secundarias o ondas S). Abbott dijo que las explosiones suelen producir más ondas P en relación con las ondas S en comparación con los terremotos.
Antes de SPE, Los científicos notaron que algunas pruebas nucleares subterráneas extranjeras se parecían más a un terremoto en comparación con explosiones nucleares anteriores en todo el mundo. lo que indicó que se necesitaban más conocimientos experimentales para mejorar el modelado y la capacidad de realizar un seguimiento de las pruebas globales, Dijo Abbott.
"La única forma de entenderlo mejor, en nuestra opinion, era hacer experimentos físicos reales, "Dijo Abbott." No podríamos simplemente tener nuevos códigos de modelado sin algo con lo que probar esos nuevos códigos de modelado ".
En ambas fases SPE, un agujero se utilizó para contener múltiples artefactos explosivos de diferente rendimiento. En la Fase 2, el agujero tenía 8 pies de diámetro y originalmente 1, 263 pies de profundidad. Para el primer experimento de Fase 2 que tuvo lugar el verano pasado, un bote explosivo que contenía aproximadamente una tonelada métrica equivalente a TNT de nitrometano se introdujo en el agujero y se cubrió con un cuidadoso diseño de grava, arena y cemento. Los experimentos consecutivos utilizaron el mismo agujero y explosivos en cantidades de 50 toneladas métricas, 1 tonelada métrica, y se redujeron 10 toneladas métricas de equivalencia de TNT donde la grava y la arena quedaron del experimento anterior.
Cashion dirigió el diseño de la instrumentación y los acelerómetros de pozo que capturaron datos para la segunda fase de los experimentos. Se perforaron doce pozos de instrumentación en azimuts de 120 grados en cuatro anillos radiales que eran 33, 66, 131 y 262 pies del hoyo de prueba. Los orificios de instrumentación se rellenaron con 58 módulos de instrumentación, cada uno contiene un conjunto de acelerómetros, magnetómetros, giroscopios y sensores de temperatura.
El objetivo de cada experimento era recopilar datos de alta calidad de tantos sensores como fuera posible. El día de la prueba cuando todos están en su lugar, Cashion dijo que el estado de ánimo se vuelve intenso.
Dependiendo del experimento, hasta 1, Se instalaron 500 sensores para tomar medidas. Este gráfico muestra una vista aérea de la ubicación del acelerómetro en 12 pozos. Crédito:Laboratorios Nacionales Sandia
"Es hora de ejecutar planes que se han debatido durante meses o años que requirieron un gran esfuerzo grupal y coordinación para implementar y todo se reduce a un momento, ", dijo." Estás sentado ahí mirando tu pantalla y es "Tres, dos, uno, fuego, "y es posible que no sienta nada. Según el sistema, Es posible que ni siquiera vea ningún cambio en la pantalla hasta que finalice la duración de la grabación. Estás esperando allí pueden ser cuatro segundos, pero se siente como una eternidad y luego vas a mirar los datos y te limpias la frente de que el evento ocurrió según lo planeado y que efectivamente se registró ".
Los investigadores trabajan para determinar la profundidad de la explosión, Talla
El científico de Sandia National Laboratories, Danny Bowman, midió las ondas de sonido SPE utilizando micrófonos terrestres y aéreos. Dijo que cuando los eventos tienen lugar bajo tierra y hacen que la superficie del suelo se mueva, la tierra actúa como un altavoz gigante y puede transmitir sonido.
"Sabemos que los terremotos hacen esto, "Dijo Bowman." En esta serie de pruebas, tratamos de entender cómo ocurre esto, cómo podemos usar las propiedades del sonido para determinar qué tan grande fue la explosión y qué tan profunda fue ".
La mayoría de los datos de infrasonidos se recopilaron a partir de la configuración de sensores terrestres para los experimentos, y Bowman dijo que hubo algunas sorpresas a lo largo de SPE. Cuando se realizaron pruebas en granito, Los científicos aprendieron que podían usar el sonido para determinar el tamaño y la profundidad de la explosión. él dijo, pero la geología de aluvión seco no proporcionó poder predictivo. Y aunque las explosiones fueron mayores en la Fase 2, no siempre proporcionaron infrasonidos.
"Nuestra tarea en los próximos años, una vez que se recopilen todos los datos, y tenemos la oportunidad de analizarlo, es tomar este conjunto de datos excepcional y derivar algún poder predictivo de él, "Dijo Bowman." Creo que eso es posible, pero estamos en las trincheras ahora mismo. No lo tenemos a vista de pájaro ".
El trabajo se ha ido cumpliendo, dijo Abbott, que ha trabajado en SPE desde el comienzo de la Fase 1. Cashion estuvo de acuerdo, diciendo que los resultados provienen de una gran, esfuerzo colectivo en equipo.
"Recuerdo cuando era niño y veía películas de lanzamiento espacial y quería ser una de esas personas en la sala que miraban una pantalla y se preocupaban por los pequeños detalles de este enorme proyecto y querían ver que funcionaba. Cashion dijo. Realmente es una experiencia como esa. Cuando es la hora del juego todo el mundo quiere ganar. Estamos todos juntos como equipo y todos quieren que todo vaya bien ".
