科学探秘如监测测核爆炸 _核爆炸

核爆炸地下核爆示意图撰文保罗·G·理查兹(Paul G. Richards)金沅永(Won-Young Kim)翻译王昊明● 借助地震监测技术，我们能够监测地球上任意位置发生的千吨级核爆炸。在许多地方，监测的灵敏度甚至更高。● 美国总统奥巴马就职后，可能会将曾经被否决的《全面禁止核试验条约》重新提交到参议院进行审议。● 一些反对者认为，部分签署《全面禁止核试验条约》的国家可能会秘密进行核爆炸试验，从而让遵守条约的国家承担风险。● 按照目前的技术手段，秘密进行核爆炸试验将不再是反对《全面禁止核试验条约》的可信理由。就在这篇文章付印之际，伊朗或许正加紧提取浓缩铀。2008年11月发生在印度孟买的恐怖袭击事件，使人们又开始担忧印巴两国会用核武器相互攻击——这样一场“局部战争”，可能导致两国数千万无辜平民丧生，并对全球气候造成严重影响。2006年10月9日，朝鲜成功进行了第一次裂变核武器爆炸试验，正式加入世界核俱乐部。最近又有消息说，朝鲜已经分离出大量武器级铀，足够制造至少6枚原子弹。目前全世界共有8个国家公开测试过核武器，以色列也可能拥有核武器。对于大多数国家的国家安全机构来说，让恐怖分子得到这些核武器绝对是一场噩梦。一些积极的信号也让人们看到缓解核紧张局势的希望。截至2008年底，共有180个国家签署了《全面禁止核试验条约》(Comprehensive Nuclear Test-Ban Treaty ， CTBT) 。该条约于1996年9月在联合国大会上正式通过，旨在全面禁止包括核武器试验在内的任何核爆炸。中国、美国和其他国家的领导人很快在条约上签字。条约不仅限制有核国家进一步发展核武器，还阻止无核国家研发能够用于战场的核武器。尽管《全面禁止核试验条约》目前尚未正式生效，但自联合国投票通过该条约以来，所有签署国家，包括美国与俄罗斯，都暂停了核武器测试(1996年后进行过核武器测试的3个国家——印度、朝鲜和巴基斯坦均未签署该条约。若要了解条约的历史和背景，请参阅第36页的材料) 。尽管美国仍未重新开始核试验，但反对《全面禁止核试验条约》的声音却不绝于耳。1999年，美国参议院否决了批准《全面禁止核试验条约》的提案；2000年，美国新当选总统小布什(George W. Bush)公开声明，该条约无益于美国的利益和国土安全。部分美国参议员之所以反对《全面禁止核试验条约》，是担心目前的技术手段能否检测出秘密进行的核武器试验。他们争论说，如果无法确定其他国家是否暗中违约，美国又何必放弃核武器试验呢？美国停滞不前，而其他国家秘密进行核试验，最终就可能威胁到美国及同盟国的利益。在我们看来，对监控手段的所有担心都毫无意义。早在多年前，科技界就已经掌握了成熟的技术，能够监测世界各地进行的任何有军事意义的核试验(不论是在地表还是地下)，而且不会与矿井塌陷(mine collapse)、地震等其他无关核爆炸的自然现象混淆。2006年，朝鲜进行了一次地下核爆炸试验。尽管爆炸的TNT当量不足1,000吨(TNT当量是指核爆炸时释放的能量相当于多少吨TNT炸药爆炸所释放的能量)，世界各地的监测站还是迅速捕捉并鉴别出这次试验的信号。既然科学界的监测手段如此有效，而且技术仍在不断改进，对秘密违规核试验的担忧就不能再当作反对《全面禁止核试验条约》的理由。寻找特定信号核爆炸会产生放射性同位素、次声波等可观测信号，相应监测技术都能够监测到这些信号。核爆炸监测技术是与核爆炸试验一起发展的。美国发展监测技术的根本原因，是为了收集潜在竞争对手的基本信息；另一个重要原因，是为支持各种限制核武器的国际性条约。如果参与《全面禁止核试验条约》的国家都相信，任何试图掩盖核试验的努力都是白费力气，那么迫于国际制裁的压力，它们就可能彻底放弃核试验。自二战结束以来，世界范围内总共进行过2,000多次核试验，包括地面试验、空中试验以及地下试验。通过研究这些试验留下的数据，研究人员在捕获和理解核爆炸信号方面取得了大量经验。核爆炸会同时产生许多潜在的可观测信号。空中核爆炸会产生强烈闪光，能够被卫星捕捉到；爆炸还能产生巨大的声音，人类听力范围内的声波(频率在20Hz~20,000Hz内)会随声音的传播迅速衰减，但频率低于20Hz的次声波能够在大气中传播相当远的距离，装备着测微气压计(microbarometer)的次声波观测站能够监测大气压力的微小变化，进而找到次声波信号。核爆炸会产生稳定的放射性同位素(radioactive isotope)，在进行空中核爆炸试验时，它们会被气流吹到高空。当它们冷却时，一些元素(例如放射性氙)就会以气态存在于大气中，揭示曾经发生过一次空中核试验；另一些元素会同灰尘结合，形成放射性尘埃，随风在全球漂流。早在1948年，美国空军在太平洋监测本土空中核爆炸试验时就发现，这些放射性尘埃的颗粒较大，将空气抽吸通过磨咖啡用的普通滤纸就能够截留它们。放射性同位素探测技术很快就显示了自身的价值。1949年9月3日，一架WB-29轰炸机在堪察加半岛东部飞行时收集的数据证明，四天前苏联已成为世界上第二个进行核武器试验的国家。对放射性尘埃中同位素(大部分是钚和铀238)的比例所作的分析显示，苏联在核武器试验中引爆了一颗21,000吨TNT当量的原子弹，同4年前美国在长崎投下的原子弹几乎一模一样。除了空中核试验，美国在早期核计划中还进行了水下核试验。声波在水中的传播效率很高，特别是海水中由于温度及含盐量的细微差别而形成所谓的声学定位测距声道(sound fixing and ranging channel，SOFAR) ，并将声波能量束缚在其中时，传播效率就更高。在水下600米到1,200米之间的SOFAR声道附近放置水听器(hydrophone，即水下麦克风)，当量仅为数千克的水下爆炸也会无所循形。