科學探秘如監測測核爆炸 _核爆炸

核爆炸地下核爆示意圖撰文保羅·G·理查茲(Paul G. Richards)金沅永(Won-Young Kim)翻譯王昊明● 借助地震監測技術，我們能夠監測地球上任意位置發生的千噸級核爆炸。在許多地方，監測的靈敏度甚至更高。● 美國總統奧巴馬就職后，可能會將曾經被否決的《全面禁止核試驗條約》重新提交到參議院進行審議。● 一些反對者認為，部分簽署《全面禁止核試驗條約》的國家可能會秘密進行核爆炸試驗，從而讓遵守條約的國家承擔風險。● 按照目前的技術手段，秘密進行核爆炸試驗將不再是反對《全面禁止核試驗條約》的可信理由。就在這篇文章付印之際，伊朗或許正加緊提取濃縮鈾。2008年11月發生在印度孟買的恐怖襲擊事件，使人們又開始擔憂印巴兩國會用核武器相互攻擊——這樣一場“局部戰爭”，可能導致兩國數千萬無辜平民喪生，并對全球氣候造成嚴重影響。2006年10月9日，朝鮮成功進行了第一次裂變核武器爆炸試驗，正式加入世界核俱樂部。最近又有消息說，朝鮮已經分離出大量武器級鈾，足夠制造至少6枚原子彈。目前全世界共有8個國家公開測試過核武器，以色列也可能擁有核武器。對于大多數國家的國家安全機構來說，讓恐怖分子得到這些核武器絕對是一場噩夢。一些積極的信號也讓人們看到緩解核緊張局勢的希望。截至2008年底，共有180個國家簽署了《全面禁止核試驗條約》(Comprehensive Nuclear Test-Ban Treaty ， CTBT) 。該條約于1996年9月在聯合國大會上正式通過，旨在全面禁止包括核武器試驗在內的任何核爆炸。中國、美國和其他國家的領導人很快在條約上簽字。條約不僅限制有核國家進一步發展核武器，還阻止無核國家研發能夠用于戰場的核武器。盡管《全面禁止核試驗條約》目前尚未正式生效，但自聯合國投票通過該條約以來，所有簽署國家，包括美國與俄羅斯，都暫停了核武器測試(1996年后進行過核武器測試的3個國家——印度、朝鮮和巴基斯坦均未簽署該條約。若要了解條約的歷史和背景，請參閱第36頁的材料) 。盡管美國仍未重新開始核試驗，但反對《全面禁止核試驗條約》的聲音卻不絕于耳。1999年，美國參議院否決了批準《全面禁止核試驗條約》的提案；2000年，美國新當選總統小布什(George W. Bush)公開聲明，該條約無益于美國的利益和國土安全。部分美國參議員之所以反對《全面禁止核試驗條約》，是擔心目前的技術手段能否檢測出秘密進行的核武器試驗。他們爭論說，如果無法確定其他國家是否暗中違約，美國又何必放棄核武器試驗呢？美國停滯不前，而其他國家秘密進行核試驗，最終就可能威脅到美國及同盟國的利益。在我們看來，對監控手段的所有擔心都毫無意義。早在多年前，科技界就已經掌握了成熟的技術，能夠監測世界各地進行的任何有軍事意義的核試驗(不論是在地表還是地下)，而且不會與礦井塌陷(mine collapse)、地震等其他無關核爆炸的自然現象混淆。2006年，朝鮮進行了一次地下核爆炸試驗。盡管爆炸的TNT當量不足1,000噸(TNT當量是指核爆炸時釋放的能量相當于多少噸TNT炸藥爆炸所釋放的能量)，世界各地的監測站還是迅速捕捉并鑒別出這次試驗的信號。既然科學界的監測手段如此有效，而且技術仍在不斷改進，對秘密違規核試驗的擔憂就不能再當作反對《全面禁止核試驗條約》的理由。尋找特定信號核爆炸會產生放射性同位素、次聲波等可觀測信號，相應監測技術都能夠監測到這些信號。核爆炸監測技術是與核爆炸試驗一起發展的。美國發展監測技術的根本原因，是為了收集潛在競爭對手的基本信息；另一個重要原因，是為支持各種限制核武器的國際性條約。如果參與《全面禁止核試驗條約》的國家都相信，任何試圖掩蓋核試驗的努力都是白費力氣，那么迫于國際制裁的壓力，它們就可能徹底放棄核試驗。自二戰結束以來，世界范圍內總共進行過2,000多次核試驗，包括地面試驗、空中試驗以及地下試驗。通過研究這些試驗留下的數據，研究人員在捕獲和理解核爆炸信號方面取得了大量經驗。核爆炸會同時產生許多潛在的可觀測信號。空中核爆炸會產生強烈閃光，能夠被衛星捕捉到；爆炸還能產生巨大的聲音，人類聽力范圍內的聲波(頻率在20Hz~20,000Hz內)會隨聲音的傳播迅速衰減，但頻率低于20Hz的次聲波能夠在大氣中傳播相當遠的距離，裝備著測微氣壓計(microbarometer)的次聲波觀測站能夠監測大氣壓力的微小變化，進而找到次聲波信號。核爆炸會產生穩定的放射性同位素(radioactive isotope)，在進行空中核爆炸試驗時，它們會被氣流吹到高空。當它們冷卻時，一些元素(例如放射性氙)就會以氣態存在于大氣中，揭示曾經發生過一次空中核試驗；另一些元素會同灰塵結合，形成放射性塵埃，隨風在全球漂流。早在1948年，美國空軍在太平洋監測本土空中核爆炸試驗時就發現，這些放射性塵埃的顆粒較大，將空氣抽吸通過磨咖啡用的普通濾紙就能夠截留它們。放射性同位素探測技術很快就顯示了自身的價值。1949年9月3日，一架WB-29轟炸機在堪察加半島東部飛行時收集的數據證明，四天前蘇聯已成為世界上第二個進行核武器試驗的國家。對放射性塵埃中同位素(大部分是钚和鈾238)的比例所作的分析顯示，蘇聯在核武器試驗中引爆了一顆21,000噸TNT當量的原子彈，同4年前美國在長崎投下的原子彈幾乎一模一樣。除了空中核試驗，美國在早期核計劃中還進行了水下核試驗。聲波在水中的傳播效率很高，特別是海水中由于溫度及含鹽量的細微差別而形成所謂的聲學定位測距聲道(sound fixing and ranging channel，SOFAR) ，并將聲波能量束縛在其中時，傳播效率就更高。在水下600米到1,200米之間的SOFAR聲道附近放置水聽器(hydrophone，即水下麥克風)，當量僅為數千克的水下爆炸也會無所循形。