Molnet från atombomben över Nagasaki från Koyagi-jima 1945 var en av de första kärnkraftsdetoneringar som ägde rum på denna värld. Efter decennier av fred detonerar Nordkorea bomber igen. Kredit: Hiromichi Matsuda.

Vetenskapen vet om en nation testar kärnbomber

Jordbävning? Kärnkraftsexplosion? Fission eller fusion? Vi vet, även om världsledare ljuger.

"Nordkorea har lärt en stor lektion för alla länder i världen, särskilt de drogiga länderna med diktaturer eller vad som helst: om du inte vill bli invaderad av Amerika, få några kärnvapen." -Michael Moore

På den internationella scenen finns det få saker som är mer skrämmande för världen i stort än den överhängande möjligheten till kärnkrig. Många nationer har bomben - några med fission-bara bomber, andra har uppnått den dödligare kärnfusionen - men inte alla förklarar offentligt vad de har. Vissa detonerar kärnenheter medan de förnekar det; andra påstår sig ha fusionsbomber när de inte har förmågan. Tack vare en djup förståelse av vetenskapen, jorden och hur tryckvågorna reser genom den, behöver vi inte en sanningsenlig nation för att ta reda på den verkliga historien.

Ett foto av Kim Jong-Un, släppt bara veckor före den senaste nordkoreanska kärnkraftsdetonationen. Det visar landets ledare på Catfish-gården på ett orört läge i Nordkorea. Bildkredit: KNS / AFP / Getty Images.

I januari 2016 hävdade den nordkoreanska regeringen att de detonerade en vätebomb, som de lovade att använda mot alla aggressörer som hotade deras land. Även om nyhetsställen visade fotografier av svampmoln tillsammans med deras rapportering, är de inte en del av moderna kärnkraftsförsök; det var arkivfilmer. Strålningen som släpps ut i atmosfären är farlig och skulle vara en klar överträdelse av 1996 års fördrag om omfattande kärnprövningsförbud. Så vad nationer i allmänhet gör, om de vill testa kärnvapen, är de att göra det där ingen kan upptäcka strålningen: djupt under jord.

I Sydkorea är rapporteringen om situationen allvarlig, men felaktig, eftersom de visade svampmolnen är decennier gamla och inte relaterade bilder till de nordkoreanska testerna. Bildkredit: Yao Qilin / Xinhua Press / Corbis.

Du kan spränga en bomb var du än vill: i luften, under vattnet i havet eller havet eller under jord. Alla dessa tre är i princip detekterbara, även om explosionens energi blir "dämpad" av vilket medium den reser igenom.

  • Luften, som är minst tät, gör det värsta jobbet med att dämpa ljudet. Åskväder, vulkanutbrott, raketuppskjutningar och kärnkraftsexplosioner avger inte bara de ljudvågor som våra öron är känsliga för, men infrasonic (lång våglängd, lågfrekvens) vågor som - i fallet med en kärnkraftsexplosion - är så energiska att detektorer över hela världen världen skulle lätt veta det.
  • Vattnet är tätare, och även om ljudvågorna rör sig snabbare i vattnet än de gör i luften, sprids energin mer kraftigt över avståndet. Men om en kärnbombe detoneras under vattnet, är den frigjorda energin så stor att de genererade tryckvågorna mycket lätt kan plockas upp av de hydroakustiska detektorerna som många nationer har använt. Dessutom finns det inga vattenlevande naturfenomen som kan förväxlas med en kärnkraftsexplosion.
  • Så om ett land vill försöka "dölja" ett kärnkraftsprov är deras bästa sättet att genomföra testet under jord. Medan de genererade seismiska vågorna kan vara mycket starka från en kärnkraftsexplosion, har naturen en ännu starkare metod för seismisk våggenerering: jordbävningar! Det enda sättet att separera dem är att triangulera den exakta platsen, eftersom jordbävningar bara mycket, mycket sällan inträffar på ett djup av 100 meter eller mindre, medan kärnkraftsprov (hittills) alltid har inträffat på ett litet avstånd under jord.

För detta ändamål har de länder som har verifierat fördraget om kärnprövningsförbud inrättat seismikstationer över hela världen för att sniffa ut alla kärnkraftsprov som inträffar.

Internationellt övervakningssystem för kärnkraftsprov, som visar de fem huvudtyperna av tester och platser för varje station. Sammantaget finns det för närvarande 337 aktiva stationer. Bildkredit: CTBTO.

Det är den här seismiska övervakningen som gör att vi kan dra slutsatser om hur kraftfull en explosion var, liksom var på jorden - i tre dimensioner - den inträffade. Den nordkoreanska seismiska händelsen som inträffade 2016 upptäcktes över hela världen; Det finns 337 aktiva övervakningsstationer över hela jorden som är känsliga för händelser som denna. Enligt USA: s geologiska undersökning (USGS), inträffade en händelse som inträffade i Nordkorea den 6 januari 2016, vilket motsvarade en jordbävning på 5,1, som ägde rum på 0,0 kilometer djup. Baserat på jordbävningens storlek och de seismiska vågorna som upptäcktes, kan vi båda rekonstruera den mängd energi som händelsen släppte - cirka motsvarande 10 kilo TNT - och avgöra om detta troligtvis är en kärnkraftshändelse eller inte.

Tack vare övervakningsstationernas känslighet kan djupet, storleken och platsen för sprängningen som fick jordens skakning den 6 januari 2016 vara väl etablerad. Bildkredit: United States Geological Survey, via http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10004bnm#general_map.

Den verkliga nyckeln, utöver det faktiska beviset på jordbävningens storlek och djup, kommer från de typer av seismiska vågor som genereras. Generellt finns det S-vågor och P-vågor, där S står för sekundär eller skjuvning, medan P står för primär eller tryck. Det är känt att jordbävningar genererar mycket starka S-vågor jämfört med P-vågor, medan kärnkraftsprov genererar mycket starkare P-vågor. Nu hävdade Nordkorea att detta var en väte (fusions) bombe, som är mycket, mycket dödligare än fissionsbomber. Medan energin som frigörs av ett uran- eller plutoniumbaserat fusionsvapen vanligtvis är i storleksordningen 2–50 kilo TNT, kan en H-bomb (eller vätebomb) ha energiutsläpp som är tusen gånger så stora, med rekorden som hålls av Sovjetunionen 1961-testet av tsaren Bomba, med 50 megatons värde av TNT energi frigjord.

Tsar Bomba-explosionen från 1961 var den största nukleära detonationen som någonsin ägde rum på jorden och är kanske det mest kända exemplet på ett fusionsvapen som någonsin skapats. Bildkredit: Andy Zeigert / flickr.

Profilen på vågorna som mottogs runt om i världen berättar för oss att det inte var en jordbävning. Så ja, Nordkorea detonerade antagligen en atombomb. Men var det en fusionsbombe eller en fissionbombe? Det finns en stor skillnad mellan de två:

  • En kärnklyvningsbombe tar ett tungt element med massor av protoner och neutroner, som vissa isotoper av uran eller plutonium, och bombarderar dem med neutroner som har en chans att fångas av kärnan. När infångning inträffar skapar den en ny, instabil isotop som både kommer att dissocieras i mindre kärnor, frigör energi och även ytterligare fria neutroner, vilket möjliggör en kedjereaktion. Om installationen görs på rätt sätt kan enorma mängder atomer genomgå denna reaktion och förvandla hundratals milligram eller till och med gram värt material till ren energi via Einsteins E = mc².
  • En kärnfusionsbombe tar lätta element, som väte, och under enorma energier, temperaturer och tryck får dessa element att förena sig till tyngre element som helium, och frigör ännu mer energi än en fissionbombe. De temperaturer och tryck som krävs är så stora att det enda sättet vi har räknat ut hur man skapar en fusionsbomb är att omge en pellets av fusionsbränsle med en fissionbombe: bara det enorma frigörandet av energi kan utlösa den kärnfusionsreaktion vi behöver att släppa all den energin. Detta kan bli upp till ett kilo materia till ren energi i fusionsstadiet.
Likheten mellan kända kärnklyvningstester och ett misstänkt klyvningstest är omisskännlig. Trots vilka påståenden som görs avslöjar bevisen den enhetens sanna natur. Observera att Pn- och Pg-etiketterna är bakåt, detaljer som kanske bara en geofysiker skulle märka. Bildkredit: Alex Hutko på Twitter, via https://twitter.com/alexanderhutko/status/684588344018206720/foto/1.

När det gäller energiutbyte finns det bara inget sätt den nordkoreanska jordbävningen orsakades av en fusionsbombe. Om det var, skulle det vara den överlägset lägsta energin, effektivaste fusionsreaktionen som någonsin skapats på planeten, och gjort det på ett sätt som till och med teoretiker är osäkra på hur det skulle kunna uppstå. Å andra sidan finns det gott om bevis för att detta var inget annat än en klyvningsbombe, eftersom detta seismiska stationsresultat - postat och registrerat av seismologen Alexander Hutko - visar den otroliga likheten mellan den nordkoreanska klyvningsbomben 2013 och explosionen 2016.

Skillnaden mellan naturligt förekommande jordbävningar, vars genomsnittliga signal visas i blått, och ett kärnkraftsprov, som visas i rött, lämnar ingen tvetydighet när det gäller arten av en sådan händelse. Bildkredit: 'Sleuthing Seismic Signals', Science and Technology Review, mars 2009.

Med andra ord, alla data vi har pekar på en slutsats: resultatet av detta kärnkraftsprov är att vi har en fissionreaktion som äger rum, utan antydan till en fusionsreaktion. Oavsett om det berodde på att ett fusionsstadium designades och misslyckades, eller eftersom tanken att Nordkorea hade en fusionsbomb utformades för att vara en skrämmande ruse, var detta definitivt inte en jordbävning! S-vågorna och P-vågorna bevisar att Nordkorea detonerar kärnvapen, i strid med internationell lag, men de seismiska avläsningarna, trots deras otroliga avlägsna platser, säger att det inte var en fusionsbombe. Nordkorea har kärntekniken från 1940-talet, men inte längre. Alla deras test har varit ren fission, inte fusion. Även när världens ledare ljuger kommer jorden att säga sanningen.

Starts With A Bang är nu på Forbes och publiceras på Medium tack vare våra Patreon-supportrar. Ethan har författat två böcker, Beyond The Galaxy, och Treknology: The Science of Star Trek från Tricorders till Warp Drive.