自1945年第一颗原子弹爆炸以来，美国、苏联、英国、法国、中国、印度、巴基斯坦和朝鲜8个国家已进行了2000多次核武器试验。
团体如全面禁止核试验条约组织不断寻找新的测试。
然而，出于安全和保密的原因，现代核试验是在地下进行的，这使得它们难以被发现。通常，它们发生的唯一迹象是它们产生的地震波。
在一个论文发表于国际地球物理杂志，我和我的同事开发了一种区分地下核试验和自然地震的方法，准确率约为 99%。
掉出来
核武器的发明引发了国际军备竞赛，苏联、英国和法国开发并测试了越来越大、越来越复杂的装置，试图跟上美国的步伐。
许多早期测试造成了严重的环境和社会损害。例如，美国 1954 年在马绍尔群岛比基尼环礁秘密进行的 Castle Bravo 试验，交付了大量放射性沉降物到附近的几个岛屿及其居民。
1952 年至 1957 年间，英国在澳大利亚进行了多次试验，将长寿命放射性物质散布到南澳大利亚丛林的大片地区，毁灭性的后果为当地原住民社区。
1963 年，美国、英国和苏联同意未来进行地下测试以限制辐射影响。尽管如此，随着中国、印度、巴基斯坦和朝鲜在接下来的几十年里也加入了这场战争，测试仍然有增无减。
如何发现原子弹
在此期间，国际社会为找出如何监测核试验做出了大量努力。武器开发的竞争性意味着许多研究和测试都是秘密进行的。
如今，全面禁止核试验条约组织等组织运行着专门设计的全球文书网络，确定任何潜在的测试。这些包括：
- 空气检测站检测大气中微量放射性元素
- 聆听水下测试的水上监听站
- 次声探测器捕捉大气中爆炸的低频隆隆声和隆隆声
- 地震仪记录地下测试引起的地球震动。
大海捞针
地震仪旨在测量地震波：当大量能量突然释放到地下时（例如地震或核爆炸期间），地表会产生微小的振动。
地震波主要有两种。首先是体波，它向各个方向向外传播，包括深入地球深处，然后返回地表。其次是表面波，它沿着地球表面传播，就像池塘上扩散的涟漪一样。
使用地震波监测地下核试验的困难在于区分爆炸和自然发生的地震。监测的核心目标是永远不会错过爆炸，但世界各地每天都会发生数千起规模较大的自然地震。
因此，监测地下测试就像在行星大小的大海捞针中寻找可能不存在的针。
核武器与地震
在过去的 60 年里，人们开发了许多不同的方法来帮助这项研究。
一些最简单的方法包括分析源的位置或深度。如果事件发生在远离火山和板块构造边界的地方，则可能会被认为更可疑。或者，如果它发生在超过三公里的深度，则不太可能是核试验。
然而，这些简单的方法并非万无一失。例如，可能会在地震多发地区进行伪装测试，浅层地震也是可能的。
更复杂的监测方法涉及计算体波传输的能量与表面波携带的能量的比率。与爆炸相比，地震往往会在表面波中消耗更多的能量。
事实证明，这种方法对于识别地下核试验非常有效，但它也有缺陷。它未能对 2017 年朝鲜核试验进行有效分类，该试验产生了巨大的表面波，因为它是在在山中的隧道内。
这一结果强调了在监测过程中使用多种独立区分技术的重要性——没有一种方法可能对所有事件都可靠。
另一种方法
2023年，我和澳大利亚国立大学和美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的同事们聚在一起，重新审视确定地震波来源的问题。
我们使用最近开发的方法来表示岩石在地震事件源头如何位移，并将其与更先进的统计模型相结合来描述不同类型的事件。因此，我们能够利用爆炸源和地震源之间的根本差异来开发一种改进了对这些事件进行分类的方法。
我们在美国西部已知爆炸和地震的目录上测试了我们的方法，发现该方法的正确率约为 99%。这使其成为监测地下核试验的有用新工具。
识别核试验的可靠技术将继续成为全球监测计划的关键组成部分。它们对于确保政府对核武器试验的环境和社会影响负责至关重要。
