تقنيات المراقبة : كيف تعمل؟ |
|---|
رابعا: النويدات المشعة |
تُعد تكنولوجيا النويدات المشعة مكملة للتكنولوجيات الثلاث للتحقق من الأشكال الموجية - الزلزالية وتحت الصوتية والصوتية المائية - التي يستخدمها نظام التحقق التابع لمنظمة معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية. هذه التكنولوجيا هي التقنية الوحيدة القادرة على تأكيد ما إذا كان الانفجار الذي تم اكتشافه وتحديد موقعه من قبل الآخرين يشير إلى تجربة نووية.
تتكون الشمس بشكل جزئي من غاز الهيليوم النبيل
تقيس تكنولوجيا مراقبة النويدات المشعة وفرة الجسيمات المشعة والغازات النبيلة ، أي النويدات المشعة ، في الهواء. النويدات المشعة هي نظير له نواة غير مستقرة تفقد طاقتها الزائدة عن طريق انبعاث إشعاع على شكل جسيمات أو موجات كهرومغناطيسية. وتسمى هذه العملية الإضمحلال الإشعاعي. قد تحدث النويدات المشعة بشكل طبيعي ، ولكن يمكن أيضًا إنتاجها بشكل مصطنع. غالبًا ما تسمى النويدات المشعة النظائر المشعة.
تكنولوجيا النويدات المشعة هي الوحيدة التي يمكنها تأكيد ما إذا كان الانفجار مؤشرا على تجربة نووي.
تنشأ النويدات المشعة البدائية بشكل أساسي من الأجزاء الداخلية للنجوم. بعضها ، مثل اليورانيوم والثوريوم ، يتحلل ببطء شديد وبالتالي لا يزال موجودًا في كوننا اليوم. وهناك أيضا نويدات مشعة منتجة اصطناعيا ، تتولد عن المفاعلات النووية ، أو مسرعات الجسيمات ، أو مولدات النويدات المشعة ، أو التفجيرات النووية.
الغازات النبيلة هي عناصر كيميائية تحدث عادة في حالتها الغازية. يؤكد اسم «الغازات النبيلة» على حقيقة أن هذه العناصر خاملة ونادرًا ما تتفاعل مع المواد الكيميائية الأخرى. بالمقارنة مع جسيمات النويدات المشعة ، فإن ذرات الغازات النبيلة صغيرة جدًا.
كما هو الحال في العناصر الأخرى ، توجد الغازات النبيلة أيضًا في الطبيعة في عدد من النظائر ، بعضها غير مستقر وتنبعث منه إشعاعات. هناك بعض النظائر المشعة للغازات النبيلة ، أي النويدات المشعة ، والتي لا تحدث بشكل طبيعي ولكن يمكن إنتاجها فقط عن طريق التفاعلات النووية. نظرًا لخصائصها النووية ، فإن أربعة نظائر من غاز الزينون النبيل لها صلة خاصة باكتشاف التفجيرات النووية.
بعد حدوث انفجار نووي في الغلاف الجوي ، تلتصق نواتج الانشطار الصلبة بجزيئات الغبار التي تنتشر عن طريق الرياح السائدة على مسافات بعيدة.
الكشف عن التفجيرات النووية |
|---|
تتحول معظم طاقة الانفجار النووي إلى انفجار فوري وموجات صدمية وحرارة - طاقة متفجرة يتم إطلاقها في غضون أقل من دقيقة. يمثل الإشعاع الأولي جزءًا صغيرًا آخر من الطاقة المنبعثة أثناء الانفجار النووي. يتم إطلاق 10 ٪ المتبقية من الطاقة كإشعاع متبقي ، والذي ينبعث بمرور الوقت ، بشكل أساسي من خلال الإضمحلال الإشعاعي لنواتج الانفجار الانشطاري.
نواتج الانشطار ، في صورة صلبة وغازية ، هي نظائر يتم إنشاؤها أثناء التفاعل النووي المتسلسل. بعض هذه النظائر مستقرة. ولا يخضع معظمها للإضمحلال الإشعاعي ، أي أنها مشعة. وبعد حدوث انفجار نووي في الغلاف الجوي ، تلتصق نواتج الانشطار الصلبة بجزيئات الغبار التي تنتشر عن طريق الرياح السائدة إلى مسافات بعيدة.
كما يطلق الانفجار النووي تحت الماء أيضًا جزيئات مشعة في الغلاف الجوي. حتى التفجيرات النووية تحت الأرض يمكن اكتشافها من خلال إطلاقها مخلفات إشعاعي.
ومع ذلك ، فإن التفجيرات النووية تحت الأرض أو في أعماق البحار جيدة الإحتواء لا تطلق أي جسيمات مشعة في الهواء. وتحتاج إلى طريقة أخرى لاكتشافها.
تجربة باكستان النووية حيث يلاحظ تسرب الغازات
تعد نظائر الغازات النبيلة المشعة - ولا سيما نظائر الزينون - من بين نواتج الانشطار الناتجة عن الانفجار النووي. ونظرًا لخصائصها الخاملة ، فإن نظائر الزينون هذه لن تلتصق بالمخلفات الذرية أو الغبار الذري لتشكيل جزيئات أكبر. وستبقى في حالتها الغازية وبعضها يتسرب عبر طبقات الصخور والرواسب حتى تنطلق في الهواء. وعند تعرضها للرياح السائدة ، وهي منتشرة في الغلاف الجوي ويمكن ، بعد فترة معينة من الزمن ، اكتشافها على بعد آلاف الكيلومترات من موقع الانفجار.
يتسرب الزينون المشع من انفجار نووي تحت الأرض جيد الاحتواء عبر طبقات الصخور ، وينطلق إلى الغلاف الجوي ويمكن اكتشافه لاحقًا على بعد آلاف الكيلومترات.
والهدف من شبكة مراقبة النويدات المشعة التابعة لمنظمة معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية هو الكشف عن هذا الإشعاع المتبقي في شكل جسيمات مشعة أو غاز نبيل ، حتى ولو بكميات ضئيلة. من خلال جمع وتحليل الغبار الذري للانفجار النووي ، فإن تقنية النويدات المشعة هي التقنية الوحيدة من بين التكنولوجيات الأربعة المستخدمة التي يمكن أن تقدم دليلاً على أن الانفجار كان نوويًا بطبيعته.
وبالتالي ، توفر هذه التكنولوجيا الوسيلة لتحديد «الدليل الدامغ» اللازم لإثبات احتمال حدوث انتهاك للمعاهدة. إن تكنولوجيا النويدات المشعة ، من خلال «الأدلة العلمية» للتفجيرات النووية ، لها أهمية حاسمة بالنسبة لجهود التحقق بأكملها.
وتوفر تكنولوجيا النويدات المشعة الوسائل لتحديد «الدليل الدامغ» اللازم لإثبات احتمال حدوث انتهاك للمعاهدة.
بيد أن هذا لا يعني أن منظمة معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية نفسها تحدد ما إذا كان التفجير نووياً بطبيعته أم لا. ومن صلاحيات الدول الأعضاء أن تجري تقييما لطبيعة الحدث البارز ، استنادا إلى بيانات الرصد والتحليل المقدمين من منظمة معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية.
بناء محطات النويدات المشعة |
|---|
يجب أن يكون للمحطات تواجد أكثر كثافة بالقرب من خط الاستواء مقارنة بخطوط العرض العليا لأن حقول الرياح العالمية في المنطقة الاستوائية عمودية تقريبًا ، بينما في الشمال والجنوب تكون أكثر اتساعًا. وهذا يعني أنه في خطوط العرض العليا ، يتم نقل النويدات المشعة أفقيًا بشكل أكثر فعالية. وكلما زاد عدد المحطات ، زادت احتمالية الكشف وكانت الفترة الزمنية المحتملة للقيام بذلك أقصر.
كاشف أشعة غاما
تشمل المكونات الأساسية لمحطة النويدات المشعة إيواء لمعدات الكشف (أي كاشف أشعة غاما ، مرشح مضغوط ، غرفة الإضمحلال) وعينة هواء كبيرة الحجم وهوائي للأقمار الإصطناعية.
فيما يتعلق بأخذ عينات الهواء في موقع المحطة ، من المفيد أن يكون هناك خلط جيد بين الهواء السطحي والطبقات العليا من الهواء. من حيث المبدأ ، يجب أن يكون الموقع مكشوفًا وعاصفًا حيث يضرب الهواء العابر جهاز أخذ العينات المستخدم لجمع الجسيمات التي تنقلها الرياح. وكلما زاد حجم الهواء ، زادت كفاءة أخذ عينات الجسيمات.
أحد عيوب هذا النوع من الكشف هو أنه سلبي ، ويعتمد على تيارات الهواء لنقل الجسيمات أو الغازات إلى موقع الكشف عن النويدات المشعة. لهذا السبب هناك حاجة إلى العديد من المحطات لرصد النويدات المشعة.
وتستخدم هنا أيضا العملية المتتالية المكونة من أربع خطوات والمستخدمة لإنشاء أنواع أخرى من محطات نظام المراقبة الدولي. وهو يشمل مسح الموقع وتركيبه واعتماده وتشغيله.
مواقع مراقبة النويدات المشعة المثالية هي أماكن عاصفة مكشوفة حيث يضرب الهواء العابر جهاز أخذ عينات الهواء المستخدم لجمع الجسيمات التي تنقلها الرياح.
أولاً ، يتم إجراء مسح للموقع لتقييم مدى ملاءمة الموقع لاستضافة محطة وتحديد أي ظروف محددة من شأنها أن تؤثر على تصميم المحطة. وتسرد المعاهدة الإحداثيات الجغرافية لكل محطة ، ولكن المسح الموقعي فقط هو الذي يحدد الموقع الدقيق لمحطة النويدات المشعة وعناصرها.
ولصنع المحطة وتركيبها ، يتم اختيار مقاول واحد بشكل عام من خلال عملية مناقصة دولية. هذا المقاول مسؤول عن تصميم المحطة وتصنيعها وتركيبها واختبارها.
وتقوم منظمة معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية بمراجعة جميع جوانب كل محطة للتأكد من أنها تستوفي جميع معايير الحصول على الشهادات كمحطة صالحة داخل شبكة نظام المراقبة الدولي. وبمجرد التصديق عليها، يتم إبرام اتفاقيات التشغيل والصيانة بين منظمة معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية ومشغل المحطة. ثم يجري مراقبة الجودة على المدى الطويل لضمان معايير عالية لجودة البيانات وتوافرها ؛ وأداء المحطة.
تتيح شبكة مراقبة النويدات المشعة المكونة من 80 محطة مراقبة عالمية مستمرة لعينات الهباء الجوي من النويدات المشعة. وتدعم الشبكة 16 مختبرا للنويدات المشعة تستضيف الخبرة في مجال المراقبة البيئية وتوفر تحليلا إضافيا مستقلا لعينات نظام المراقبة الدولي.
وتدعم شبكة النويدات المشعة المكونة من 80 محطة التابعة لنظام المراقبة الدولي 16 مختبرا للنويدات المشعة تستضيف خبرات في مجال المراقبة البيئية وتوفر تحليلا إضافيا مستقلا لعينات نظام المراقبة الدولي.
وتحتوي محطة مراقبة جسيمات النويدات المشعة على جهاز أخذ عينات الهواء ، ومعدات الكشف ، وأجهزة حواسيب ، وتركيب أجهزة الاتصالات. في جهاز جمع عينات الهواء ، يُدفع الهواء من خلال مرشح يحتفظ بأكثر من 85 ٪ من جميع الجسيمات التي تصل إليه. ويتم استبدال المرشحات يوميًا. كما يتم تبريد المرشح المستخدم أولاً لمدة 24 ساعة ثم قياسه لمدة 24 ساعة أخرى في جهاز الكشف في محطة المراقبة. والنتيجة هي طيف أشعة غاما يتم إرساله إلى مركز البيانات الدولي لمزيد من التحليل.
لا تشمل البيانات التي ترسلها محطات النويدات المشعة إلى مركز البيانات الدولي أطياف إشعاع غاما فحسب ، بل تشمل أيضًا معلومات الأرصاد الجوية والحالة الصحية. وتوفر بيانات الحالة الصحية معلومات عن الحالة التشغيلية للمحطة وجودة بيانات الرصد الأولية التي ترسلها.
ويتم توفير الدعم من خلال 16 مختبرا للنويدات المشعة تجري تحليلات للعينات عند الضرورة. كما تقوم المختبرات بتحليل العينات المشتبه في احتوائها على مواد نويدات مشعة قد تكون نتجت عن انفجار نووي. كما يقومون بإجراء تحليلات روتينية للعينات العادية لتوفير مراقبة الجودة لقياسات عينات الهواء في المحطة.
ترسل محطات النويدات المشعة بيانات المراقبة إلى مركز البيانات الدولي ، ولكن أيضًا معلومات عن الحالة التشغيلية للمحطة وجودة بيانات المراقبة المرسلة.
تجربة الغاز النبيل الدولية (INGE) |
|---|
وعلى أساس تجريبي ، فإن نصف جميع محطات النويدات المشعة (أي 40) مجهزة بتكنولوجيا مراقبة الغازات النبيلة. واستكمالا لمراقبة جسيمات النويدات المشعة ، أنشئت التجربة الدولية للغازات النبيلة في عام 1999 لاختبار قياس الغازات النبيلة للنويدات المشعة المنبعثة من التفجيرات النووية.
تأسست التجربة الدولية للغازات النبيلة (INGE) في عام 1999 لاختبار قياس الغازات النبيلة للنويدات المشعة المنبعثة من التفجيرات النووية.
تم تضمين أربعة أنظمة قياس في التجربة: ARIX الروسي (محلل النظائر المشعة زينون) ؛ الولايات المتحدة "ARSA (Automated Radioxenon Sampler-Analyzer) ؛ SAUNA السويدية (Swedish Noble Gas Analyzer) ؛ وفرنسا SPALAX (Systéme de Prélèments et d' Analyse en Ligne. d'Air pour quantifier le Xénon) ، منها ثلاثة قيد الاستخدام حاليًا.
ونتيجة لهذه التجربة ، تم دمج أول محطة للنويدات المشعة بقدرات الكشف عن الغازات النبيلة رسميا في نظام التحقق العالمي في 19 آب/أغسطس 2010. وتم إنشاء قياس الغازات النبيلة في نفس الموقع مع محطة النويدات المشعة RN75 في شارلوتسفيل ، فيرجينيا ، الولايات المتحدة.
وتعمل جميع الأنظمة في مشروع INGE بطريقة مماثلة. يتم ضخ الهواء في جهاز تنقية يحتوي على الفحم حيث يتم عزل الغاز الزينون النبيل. يتم التخلص من الملوثات من أنواع مختلفة ، مثل الغبار وبخار الماء والعناصر الكيميائية الأخرى. يحتوي الهواء الناتج على تركيزات أعلى من الزينون ، سواء في شكله المستقر أو غير المستقر (أي المشع). يتم قياس النشاط الإشعاعي للزينون المعزول والمركّز ويتم إرسال الطيف الناتج إلى مركز البيانات الدولي في
فيينا لمزيد من التحليل.
| إعداد مختبرات النويدات المشعة |
|---|
تنقسم محطات النويدات المشعة 80 إلى أربع مناطق - الأمريكتان وأوروبا وأوراسيا وآسيا وأوقيانوسيا والبحر الأبيض المتوسط وأفريقيا - مع دعم كل منطقة بأربعة مختبرات للنويدات المشعة.
تنقسم محطات النويدات المشعة 80 التابعة لنظام المراقبة الدولي إلى أربع مناطق - الأمريكتين وأوروبا وأوراسيا وآسيا وأوقيانوسيا والبحر الأبيض المتوسط وأفريقيا. وتدعم كل منطقة بأربعة مختبرات للنويدات المشعة.
تم اختيار 16 مختبرا للنويدات المشعة وموقعها في جميع أنحاء العالم لدعم شبكة المحطة. ووظيفتها الرئيسية هي التحليل المستقل لعينات الجسيمات لتأكيد البيانات من أنواع أخرى من المحطات ولتوفير مراقبة الجودة من خلال تحليلات العينات الروتينية. تتوقع مراقبة جودة العينات الروتينية عينة ربع سنوية واحدة من كل محطة بحيث يبلغ العدد الإجمالي حوالي 320 في السنة.
مختبر النويدات المشعة في اليابان يكشف عن تفجيرات كوريا المشالية
رسم بياني يوضح ثلاث طرق تم استخدامها للكشف عن تجربة كوريا الشمالية النووية |
العيون الساهرة: نظام المراقبة الدولي لمعاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية (CTBTO)
