지하 핵실험

Underground nuclear weapons testing
1990년대 네바다 시험장 지하 핵실험 준비.진단 케이블 설치.

지하 핵실험은 지하에서 수행되는 핵무기의 실험 폭발이다.시험 대상 기기가 충분한 깊이에 묻혀 있을 경우 핵폭발이 억제될 수 있으며, 방사능 물질이 대기로 방출되지 않는다.

지하 핵폭발의 극심한 열과 압력은 주변 암석에 변화를 일으킨다.시험 장소와 가장 가까운 암석은 기화되어 공동을 형성한다.더 멀리, 부서지고, 갈라지고, 돌이킬 수 없는 변형된 암석 지대가 있다.폭발 후, 공동 위에 있는 바위가 무너져 내리면서 잔해 굴뚝을 형성할 수도 있다.이 굴뚝이 지표면에 닿으면 사발 모양의 침하 크레이터가 형성될 수 있습니다.

첫 번째 지하 실험은 1951년에 이루어졌다; 추가 실험은 결국 1963년에 제한된 실험 금지 조약에 서명하게 만든 정보를 제공했다. 이 조약은 지하에서 수행되는 핵실험을 제외한 모든 핵실험을 금지했다.이후 1996년 포괄적 핵실험 금지조약이 체결될 때까지 대부분의 핵실험은 핵 낙진이 대기 중으로 유입되는 것을 막기 위해 지하에서 이뤄졌다.

배경

1950년대 [1][2]초 핵실험의 여파에 대한 대중의 우려가 커졌지만 1945년 [2]최초의 원자폭탄 실험인 트리니티 실험 이후 여파가 발견됐다.사진 필름 제작자들은 나중에 '안개 낀' 필름을 보고했는데, 이것은 트리니티에 의해 오염된 인디애나 농작물에서 나온 포장 재료와 나중에 1,000마일 이상 떨어진 [2]네바다 시험장의 테스트에서 추적되었다.1953년 사이몬 실험의 강력한 낙진은 뉴욕의 [2]올버니까지 기록되었다.

1954년 3월 태평양에서 발생한 브라보 실험의 결과는 "40년 이상 지속된 과학적, 정치적, 사회적 영향"[3]을 가져왔다. 메가톤급 실험은 룽게릭 환초와 룽겔라프 환초와 다이고 후쿠류 [3]마루로 알려진 일본 어선에서 낙진을 일으켰다.이 테스트 전에는 [3]낙진의 위험에 대한 "충분한" 인식이 있었다.

그 시험은 국제적인 사건이 되었다.공영방송(PBS) 인터뷰에서 역사학자 마사 스미스는 다음과 같이 주장했다.일본에서는 정부와 미국에 대한 항의뿐만 아니라 일본의 모든 다른 단체와 모든 국민이 항의하기 시작한다.그것은 미디어에서 큰 이슈가 된다.일본 어부들, 어부들의 아내들로부터 온 모든 종류의 편지들과 항의들이 있습니다. 놀랄 것도 없이, 학생 단체들, 모든 종류의 사람들이 있습니다. 미국이 핵실험을 위해 태평양을 사용하는 것에 항의하는 것입니다.그들은 우선 미국이 왜 태평양에서 이런 종류의 실험을 할 권리가 있는지에 대해 매우 우려하고 있습니다.또, 건강과 [4]환경에의 영향도 염려하고 있습니다」인도 총리는 [who?][1]전 세계적으로 모든 핵실험을 중단할 것을 촉구하면서 국제적 우려를 표명했다.

낙진과 영향에 대한 지식은 높아졌고, 지구 환경과 장기적인 유전자 [5]손상에 대한 우려와 함께 증가했습니다.미국, 영국, 캐나다, 프랑스, 소련 간의 회담은 핵실험을 끝내기 위한 [5]국제 협정을 주제로 1955년 5월에 시작되었다.1963년 8월 5일, 미국, 소련, 영국의 대표들은 대기, 우주, [6]수중에서의 핵무기 실험을 금지하는 제한 실험 금지 조약에 서명했다.합의는 지하실험을 허용하는 결정에 의해 촉진되었고,[6] 소련과 관련된 현장검사의 필요성을 제거했다.지하시험은 "방사능 파편이 그러한 폭발을 관할하거나 통제하는 국가의 영토 한계를 벗어나 존재하는 것"[5]을 야기하지 않는 한 허용되었다.

지하시험의 초기 이력

1946년 크로스로드 작전의 일부였던 수중 폭발의 분석에 이어 지하 [7]폭발의 군사적 가치에 대한 조사가 이루어졌다.에 따라 미 합참미국 원자력위원회(AEC)의 동의를 얻어 지표면 및 지표면 아래 [7]폭발에 대한 실험을 실시했다.알래스카의 암치트카 섬은 1950년에 이러한 테스트를 위해 처음 선택되었지만, 그 사이트는 나중에 부적합한 것으로 간주되었고 테스트는 네바다 시험장으로 [8]옮겨졌다.

버스터-장글 삼촌, 첫 지하 핵폭발

첫 번째 지하 핵실험은 1951년 [9][10][11]11월 29일에 실시되었다.이것은 1.2킬로톤 버스터-장글 삼촌으로,[12] 지하 [10]5.2미터(17피트) 지점에서 폭발했다.이 실험은 당시 크레이터링 및 벙커버스터 [13]무기로 고려되었던 23킬로톤의 지상 투과형 핵분열 무기의 효과에 대한 축소 조사로 설계되었다.폭발로 인해 구름이 3,500미터까지 올라갔고 북북동쪽으로 [14]낙진이 퇴적되었다.그 결과 생긴 분화구는 폭이 79m(260ft)이고 [13]깊이가 16m(53ft)였다.

찻주전자

다음 지하 테스트는 1955년 [10]3월 23일 티포트 에스였다.1킬로톤의 폭발은 '원자 해체 무기'[15]의 작동 시험이었다.그것은 지하 20.4m (67피트)의 지하에 있는 물결 모양의 강철로 된 갱도에서 폭발했고, 그 갱도는 모래주머니와 [16]흙으로 다시 채워졌다.ADM이 지하에 묻혔기 때문에 폭발은 수 톤의 흙을 위로 날려 [15]폭 91m, [16]깊이 39m의 분화구를 만들었다.결과로 발생한 버섯 구름은 3,700m(12,000ft)의 높이까지 상승했고 이후 방사성 낙진은 그라운드 [15]제로에서 225km(140mi) 떨어진 동쪽 방향으로 이동했다.

1957년 7월 26일, 플럼밥 파스칼 A는 148m([17][18]486피트) 갱도 바닥에서 폭발했다.한 설명에 따르면, 그것은 "훌륭한 폭약식 로마 [19]양초로 지하 실험의 시대를 열었다!"지상 시험과 비교하여 대기에 방출되는 방사성 파편은 [19]10배 감소하였다.가능한 봉쇄 [19]계획에 대한 이론적 작업이 시작되었습니다.

Pulbob Rainier가 일으킨 먼지
플럼밥 레이니어 터널 배치

플럼밥 레이니어는 1957년 9월 19일 [17]지하 899피트(274m) 지점에서 폭발했다.1.7kt 폭발은 지하에 완전히 갇힌 최초의 폭발로, 어떠한 [20]낙진도 발생하지 않았다.테스트는 [22]후크 모양의 1,600[21][22] – 2,000 피트 (488 – 610 m) 수평 터널에서 실시되었습니다.훅은 "터널의 [22]훅의 곡선 주위에 가스와 핵분열 파편이 분출되기 전에 폭발에 가장 가까운 터널의 비곡선 부분을 봉쇄하도록 설계되었다."이 테스트는 더 크고 강력한 테스트의 [20]원형이 될 것입니다.레이니어는 지진 관측소에서 [23]신호를 기록할 수 있도록 사전에 발표되었습니다.실험 후 채취한 샘플의 분석을 통해 과학자들은 지하 폭발에 대한 이해를 발전시킬 수 있었고, 이는 "오늘날 본질적으로 변하지 않는"[23] 것이다.이 정보는 이후 제한적 시험 [23]금지 조약에 동의하기 위한 결정의 근거를 제공할 것이다.

1971년 11월 6일, 암치트카의 시설에서의 마지막 시험인 카니킨이 폭발했다.5메가톤으로 미국 [24]역사상 가장 큰 지하 실험이었다.

영향들

다양한 폭발 깊이로 인한 크레이터의 상대적 크기

지하 핵실험의 영향은 주변 암석의 특성뿐만 아니라 폭발의 깊이[25]수율 등 요인에 따라 달라질 수 있다.시험이 충분한 깊이에서 수행될 경우,[25] 테스트는 가스나 기타 오염물질이 환경으로 배출되지 않고 억제되는 것으로 간주된다.이와는 대조적으로 장치가 불충분한 깊이("밑에 묻힌")에 묻혀 있는 경우 폭발에 의해 암석이 분출되어 분출물로 둘러싸인 침하 크레이터를 형성하고 고압 가스를 대기로 방출할 수 있다(결과적인 크레이터는 일반적으로 원추형이고 원형이며 직경이 수십에서 수백 미터 사이일 수 있음).깊이[26])장치를 얼마나 깊이 파묻어야 하는지를 결정하는 데 사용되는 한 가지 수치는 매몰 깊이 또는 -버스트(SDOB)[25]입니다. 이 수치는 매몰 깊이를 미터 단위로 킬로톤 단위의 매몰 깊이로 나눈 값으로 계산됩니다.격납을 확실히 하기 위해서는 이 수치가 [25][27]100보다 클 것으로 추정됩니다.

주변 바위 구역
이름. 반지름[26]
용융 공동 4~12 m/kt1/3
찌그러진 구역 30 ~ 40 m/kt1/3
균열 구역 80~120 m1/3/kt
불가역변형부 800 ~ 1100 m/kt1/3

핵폭발의 에너지는 1마이크로초 안에 방출된다.다음 몇 마이크로초 동안, 테스트 하드웨어와 주변 암석은 수 백만 도 온도와 수 백만 [25]기압으로 기화됩니다.밀리초 이내에 고압 가스와 증기의 기포가 형성됩니다.열과 팽창하는 충격파로 인해 주변 암석이 증발하거나 더 멀리 녹으면서 용해 [26]공동이 형성됩니다.충격에 의한 움직임과 높은 내부 압력으로 인해 이 공동은 바깥쪽으로 확장되어 압력이 충분히 떨어질 때까지 10분의 몇 초 이상 지속되며, 위의 암석의 무게와 거의 비슷한 수준으로 [26]더 이상 성장할 수 없습니다.모든 폭발에서 관찰되지는 않았지만, 주변 암석에는 4개의 뚜렷한 구역(융해 공동 포함)이 설명되었다.공동 반지름의 약 두 배인 찌그러진 지대는 이전의 온전성을 모두 잃은 암석으로 구성되어 있다.공동 반지름의 약 3배인 균열 구역은 방사형 및 동심원형 균열이 있는 암석으로 구성되어 있습니다.마지막으로 불가역변형대는 [26]압력에 의해 변형된 암석으로 구성된다.다음 층은 탄성 변형만 거친다. 변형과 그에 따른 방출은 지진파를 형성한다.몇 초 후 용해된 암석이 캐비티 바닥에 모이기 시작하고 캐비티 내용물이 냉각되기 시작합니다.충격파 후의 반발은 응력 격납 케이지라고 불리는 캐비티 주위에 압축력이 축적되어 [28]균열을 봉합합니다.

휴런 킹이 만든 침하 크레이터

몇 분에서 며칠 후, 열이 충분히 소멸되고 증기가 응축되며, 캐비티 내의 압력이 오버부하를 지지하는 데 필요한 수준 이하로 떨어지면 보이드 위의 바위가 캐비티로 떨어집니다.매몰의 수율, 특성 등 다양한 요인에 따라 이 붕괴는 표면까지 확대될 수 있다.그렇게 되면 침하 크레이터가 생성됩니다.[26]이러한 분화구는 보통 사발 모양으로 크기가 수십 미터에서 [26]직경 1 킬로미터 이상에 이른다.네바다 시험장에서는 150 미만의 매몰 깊이(SDOB)에서 수행된 테스트의 95%가 지표면 붕괴를 일으켰고,[26] 180 미만의 SDOB에서 수행된 테스트의 약 절반은 지표면 붕괴를 유발했습니다.공동 반지름 r(피트)는 항복 y(킬로톤 단위), r = 55 * {displaystyle {의 세제곱근에 비례합니다. 8킬로톤 폭발 시 반경 110피트(34m)[28]의 공동이 생성됩니다.

휘트스톤 설키가 만든 돌무더기

다른 지표면 특징으로는 교란된 지반, 압력 능선, 단층, 물의 이동(수면 변화 포함), 낙석 및 지반 [26]침체가 포함될 수 있다.공동에 있는 대부분의 가스는 증기로 구성되어 있습니다. 온도가 떨어지고 증기가 응축됨에 따라 부피가 급격히 감소합니다.그러나 대부분 이산화탄소와 수소가 응축되지 않고 기체로 남아 있는 다른 가스들이 있다.이산화탄소는 탄산염의 열분해로 생성되고, 수소는 핵 장치와 주변 장비로부터 철과 다른 금속들의 반응으로 생성된다.시험장 격납용기를 평가할 때 토양의 탄산염과 물의 양과 사용 가능한 철분을 고려해야 한다. 물 포화 점토 토양은 구조 붕괴와 환기를 일으킬 수 있다.단단한 지하 암석은 폭발의 충격파를 반사할 수 있으며, 구조적인 약화와 분출의 원인이 될 수 있다.응결되지 않는 가스는 토양의 모공에 흡수된 채로 있을 수 있습니다.그러나 그러한 많은 양의 가스는 핵분열 생성물을 [28]지상으로 몰고 갈 수 있는 충분한 압력을 유지할 수 있다.

Baneberry 중 방사능 방출

방사능이 캐비티에서 빠져나가는 것을 원자로 건물 고장이라고 합니다.증기나 가스의 압력에 의해 움직이는 핵분열 생성물의 대량, 신속, 제어되지 않은 방출은 환기라고 알려져 있습니다. 그러한 실패의 예가 Baneberry 테스트입니다.느린 저압의 제어되지 않은 방사능 방출은 누출로 알려져 있으며, 이는 에너지가 거의 또는 전혀 없으며 보이지 않으며 계측기로 감지해야 한다.늦은 시간 침출은 폭발 후 며칠 또는 몇 주 후에 기공과 균열을 통한 확산에 의해 응결되지 않는 가스가 방출되는 것으로, 아마도 대기압의 감소(일명 대기 펌핑)에 의해 도움을 받을 것이다.테스트 터널에 접근해야 할 경우 제어된 터널 퍼징이 수행됩니다. 가스가 필터링되고 공기에 의해 희석되며 바람이 희박한 지역으로 가스를 분산시킬 때 대기로 방출됩니다.시험의 작동 측면에서 발생하는 작은 활동 누출은 작동 누출이라고 불리며, 예를 들어 노심 샘플링 중 또는 폭발 가스 샘플링 중에 폭발 위치에 구멍을 뚫는 동안 발생할 수 있다.방사성핵종 구성은 방출 유형에 따라 다르다. 대규모 신속한 배출은 핵분열 생성물의 상당한 부분(최대 10%)을 방출하는 반면, 늦은 시간 누출에는 휘발성이 가장 높은 가스만 포함된다.토양은 반응성 화합물을 흡수하기 때문에 흙을 통해 대기 중으로 걸러진 유일한 핵종은 주로 크립톤-85크세논-133인 [28]귀가스입니다.

방출된 핵종은 생물학적 축적을 겪을 수 있다.요오드-131, 스트론튬-90, 세슘-137과 같은 방사성 동위원소는 방목 중인 소의 우유에 농축되어 있으므로 우유는 편리하고 민감한 낙진 지표이다.동물의 연조직은 감마 방사체에 대해, 뼈와 간은 스트론튬과 플루토늄에 대해, 혈액, 소변, 연조직은 [28]삼중수소에 대해 분석할 수 있다.

지하시험 결과 지진 발생에 대한 초기 우려는 있었지만 [25]발생했다는 증거는 없다.그러나 단층 이동과 지반 파열이 보고되었으며, 공동 붕괴와 굴뚝 형성의 결과로 생각되는 일련의 여진이 발생하기 전에 종종 폭발이 일어난다.단층 이동에 의해 방출되는 지진 에너지가 폭발 [25]자체를 초과하는 경우도 있습니다.

국제 조약

1963년 8월 5일 미국, 소련, 영국의 대표들에 의해 모스크바에서 서명된 제한적 핵실험 금지 조약은 대기, 우주, [6]수중에서의 핵실험을 금지하기로 합의했다.현장검사의 필요성에 대한 소련 정부의 우려 때문에 지하실험은 [6]금지 대상에서 제외되었다.[29] 중국을 제외하고 108개국은 결국 조약에 서명할 것이다.

1974년 미국과 소련은 150킬로톤 [30]이상의 지하실험을 금지하는 임계시험금지조약(TTBT)에 서명했다.1990년대까지 지하시험의 감시·검출 기술은 1킬로톤 이상의 시험을 높은 확률로 검출할 수 있을 정도로 성숙해졌고 1996년에는 유엔의 후원으로 포괄적인 시험 [29]금지 조치를 마련하기 위한 협상이 시작되었다.이에 따른 포괄적 핵실험 금지 조약은 1996년 미국, 러시아, 영국, 프랑스,[29] 중국에 의해 서명되었다.그러나 1999년 미 상원이 이 조약을 비준하지 않기로 결정한 이후, 이 조약은 여전히 44개 '부속서 2' 중 8개 주에서 비준되지 않았기 때문에 유엔 법으로 발효되지 않았다.

감시

1940년대 후반, 미국은 공기 샘플링을 사용하여 대기 테스트를 탐지하는 기능을 개발하기 시작했습니다. 이 시스템은 1949년에 [30]첫 번째 소련 테스트를 탐지할 수 있었습니다.이후 10년 동안 이 시스템은 개선되었고 지하 시험을 [30]탐지하기 위해 지진 관측소 네트워크가 구축되었다.1970년대 중반 임계 시험 금지 조약의 개발로 시험 수율과 그에 따른 지진 [30]규모 간의 관계에 대한 이해가 향상되었다.

1990년대 중반 포괄적인 시험 금지 조치를 개발하기 위한 협상이 시작되었을 때, 국제사회는 개별 핵무기 국가(특히 미국)의 탐지 능력에 의존하는 것을 꺼려했고, 대신 국제적인 탐지 [30]시스템을 원했다.결과 국제 모니터링 시스템(IMS)은 321개의 측정소와 16개의 방사성핵종 [31]실험실로 구성된 네트워크로 구성된다.50개의 "주요" 지진 관측소가 계속해서 데이터를 국제 데이터 센터로 전송하고 120개의 "보조" 관측소가 요청에 따라 데이터를 전송합니다.결과 데이터는 진앙지를 찾고 지하 핵폭발과 [30][32]지진을 구별하는 데 사용된다.또한 80개의 방사성핵종 관측소가 지하 폭발에 의해 방출되는 방사성 입자를 검출한다.특정 방사성핵종은 핵실험의 명확한 증거를 구성한다.귀가스의 존재는 지하 폭발의 [33]발생 여부를 나타낼 수 있다.마지막으로, 11개의 수중 음향 관측소와[34] 60개의 수중 음향[35] 관측소가 수중 및 대기 테스트를 모니터링합니다.

갤러리

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주 및 참고 자료

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  12. ^ 일부 출처는 테스트를 장글 삼촌(예: Adushkin, 2001) 또는 프로젝트 윈드스톰(예: DOE/NV-526, 1998)이라고 부른다.버스터 작전과 장글 작전은 처음에는 별개의 작전으로 생각되었고, 장글 작전은 처음에는 윈드스톰으로 알려졌으나, AEC는 1951년 6월 19일 계획을 단일 작전으로 통합했다.글라덱, 1986년 참조.
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추가 정보

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