A través de experimentos y modelos informáticos de emisiones de gases, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore han simulado firmas de gases de explosiones nucleares subterráneas UNE que pueden ser transportadas por vientos lejos de la detonación.
El trabajo ayudará a los inspectores internacionales a ubicar e identificar un sitio clandestino de la UNE dentro de un área de búsqueda de 1,000 kilómetros cuadrados durante una inspección in situ que podría llevarse a cabo bajo el Tratado de Prohibición Completa de Pruebas Nucleares. Jordania recientemente organizó una inspección simulada, laEjercicio de campo integrado 2014 IFE14, patrocinado por la Organización del Tratado de Prohibición de Pruebas Integrales CTBTO e involucrando a más de 40 países, que probó algunos aspectos de la detección de firmas de gases nobles.
Además, la técnica puede ayudar potencialmente a interpretar las señales de gases nobles isótopos de xenón radioactivos capturadas en la atmósfera después de UNE, como la prueba de Corea del Norte que ocurrió en enero.
La investigación también condujo al desarrollo del muestreador inteligente LLNL, que fue diseñado originalmente como un instrumento de investigación para capturar automáticamente gases que llegan a la superficie en ubicaciones remotas después de la liberación de trazadores de gas bajo tierra. Durante su ejercicio IFE14, el CTBTO desplegó tres deestos muestreadores, que fueron diseñados y construidos por los ingenieros de laboratorio Steven Hunter y David Ruddle en LLNL.
El trabajo combina nuevos experimentos de campo que involucran la inyección de trazadores de gas usando cuatro compresores grandes en una vieja cavidad de explosión nuclear y sofisticadas simulaciones numéricas que emplean un nuevo método para rastrear diferentes isótopos padre / hija producidos en la cavidad de detonación. Las simulaciones usan los resultadosdel experimento de campo como base para sondear la evolución isotópica y los procesos de transporte de gas de una UNE.
El equipo, compuesto por científicos de LLNL y National Security Technologies NSTec, reprodujo parcialmente las condiciones del subsuelo después de una UNE responsable de la migración de gases de explosión a la superficie donde se pueden detectar localmente en un sitio de prueba. Tales resultadospuede proporcionar a los inspectores una mejor idea de qué esperar cuando se encuentran en el área de inspección en busca de una sospecha de UNE. Con los modelos de computadora LLNL que utilizan información del experimento de rastreo, el equipo pudo rastrear la evolución de los gases en la cavidad de explosión,que puede detectarse a sotavento a miles de kilómetros de distancia. Esto realmente ocurrió después de la tercera UNE de Corea del Norte en 2013.
"El trabajo es novedoso en parte debido a cómo lo hicimos inyectando gases en una vieja cavidad UNE y luego utilizando modelos informáticos informados por el experimento para ampliar nuestra comprensión de cómo evoluciona el gas xenón después de la UNE", dijo Charles Carrigan,LLNL geocientífico y autor principal de un artículo que aparece en la edición del 16 de marzo de la revista Informes de naturaleza científica.
Utilizando modelos de computadora desarrollados por el físico de LLNL Yunwei Sun, el equipo demostró que incluir la migración de gases indicadores térmicamente desde la cavidad de explosión o la chimenea puede acortar sustancialmente sus tiempos de llegada a la superficie en comparación con la migración de gases causada solo por fluctuaciones de presión atmosféricao bombeo barométrico. Investigaciones anteriores se han centrado en el bombeo barométrico como el principal mecanismo de migración de gas subsuperficial.
"Al monitorear los gases que salen a la superficie durante el curso de nuestro experimento de campo presurizado, también encontramos que los niveles de gas radón de fondo eran anormalmente altos 10 a 15 veces normales en la superficie sobre la cavidad de explosión", dijo Carrigan.
La investigación indica que la débil presurización del subsuelo que imita el impulso térmico después de la explosión mejoró la cantidad de radón que fue capturado. Esto sugiere que las anomalías de radón podrían ser indicadores potenciales de UNE ocultos o clandestinos que de otra manera serían difíciles de detectar durante un encendido.inspección de sitio.
Además, las simulaciones mostraron que la cavidad de explosión o la chimenea se comporta como un reactor químico o una olla a presión con fugas. Los gases que migran fuera de la cocina cambian la composición química general proporciones isotópicas de los gases que quedan en la cocina o el reactor., que continúa produciendo nuevos gases. El equipo modeló la evolución de estos gases hasta varios meses después de una UNE.
"La UNE 2013 llevada a cabo en Corea del Norte nos permitió validar nuestro modelo de evolución de gases de explosión", dijo Carrigan. "Encontramos que los gases detectados casi dos meses después en Rusia se ajustan mejor a nuestro modelo evolutivo parala mezcla de diferentes isótopos de xenón cuando asumimos un rango de rendimientos que es consistente con las estimaciones sísmicas, menos de 10 kilotones, para ese evento. Este es un resultado genial ya que nadie ha sugerido que las proporciones isotópicas dependan del rendimiento nuclear ".
La investigación también puede tener aplicaciones en el monitoreo de otros regímenes subterráneos calentados o presurizados, como la gasificación de carbón in situ, el secuestro profundo de CO supercrítico 2 y eliminación de residuos nucleares.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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