[科普中國]-核爆炸探測

簡介

核爆炸在產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波、光輻射、早期核輻射、放射性沾染和電磁脈沖的同時(shí)，所伴隨產(chǎn)生的次聲波、地震波和地磁擾動(dòng)等物理現(xiàn)象，可作為探測核爆炸的信息源。核爆炸探測，可分為近區(qū)探測（距爆心幾十千米至1000千米）和遠(yuǎn)區(qū)探測（距爆心1000千米以外）。近區(qū)探測，由于距離近，信號(hào)強(qiáng)，特征明顯，信噪比高，因而易于識(shí)別和接收。遠(yuǎn)區(qū)探測，由于距離遠(yuǎn)，傳播中受到介質(zhì)擾動(dòng)和不均勻性吸收等因素的影響，使信息畸變，強(qiáng)度減弱，信噪比降低，因而識(shí)別和接收都比較困難。

自20世紀(jì)50年代以后，有關(guān)各國研究和采用的核爆炸探測方法有：次聲波、電磁脈沖、地震波和放射性同位素等探測法。這些方法各有所長，可互為補(bǔ)充，互相驗(yàn)證。用計(jì)算機(jī)對(duì)探測的信息進(jìn)行綜合分析處理，可大大提高核爆炸探測工作的效率和準(zhǔn)確性。核爆炸探測除在地面進(jìn)行外，還可利用飛機(jī)和人造地球衛(wèi)星等航天器在空中進(jìn)行?？罩刑綔y具有可視距離遠(yuǎn)、背景干擾小等優(yōu)點(diǎn)。特別是利用人造地球衛(wèi)星對(duì)核爆炸進(jìn)行空中攝影、測量γ射線和核爆光輻射特征等，以獲取核爆炸參數(shù)，日益受到一些國家的重視。

主要方法次聲波探測法通過測定次聲波探測核爆炸。大氣層內(nèi)核爆炸是一個(gè)巨大的脈沖聲源，典型的大氣層內(nèi)核爆炸約有50%的能量轉(zhuǎn)化為沖擊波，它在傳播過程中又蛻變?yōu)榇温暡ǎ瑐鞑ニ俣燃s1200公里/小時(shí)，周期約為零點(diǎn)幾秒至幾百秒。一次核爆炸的次聲波波群持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾十分鐘。核爆炸次聲波的干擾源有火山爆發(fā)、流星爆炸、大型化學(xué)爆炸和颶風(fēng)等，其中主要是颶風(fēng)的干擾。利用微氣壓計(jì)可記錄到核爆炸次聲波信息，以其波形特征可反映核爆炸的多種參數(shù)；采用合適的布站，可定出爆點(diǎn)的位置。次聲波的波形穩(wěn)定，傳播距離遠(yuǎn)，易于識(shí)別和接收，探測設(shè)備簡單可靠。這種探測法的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度慢。

電磁脈沖探測法通過接收電磁脈沖波來探測核爆炸。一次中等威力的空中或地（水）面核爆炸，爆區(qū)的電磁脈沖場強(qiáng)約達(dá)105伏/米,依爆炸方式不同而有差異。地面核爆炸時(shí)場強(qiáng)最大，距地面4～7公里空中核爆炸時(shí)場強(qiáng)最小，再向上又接近地面核爆炸時(shí)的場強(qiáng)。核爆炸電磁脈沖波的頻譜較寬，從幾赫至幾百兆赫；波形持續(xù)時(shí)間約數(shù)百微秒。由于大地-電離層的濾波作用,在遠(yuǎn)區(qū)，頻譜集中在100千赫以下,主頻譜分布在10～30千赫之間。主要干擾是自然閃電，給探測工作帶來一定困難。利用專用接收設(shè)備和適當(dāng)?shù)牟颊荆色@取核爆炸電磁脈沖波形和爆點(diǎn)位置等項(xiàng)參數(shù)。這種探測法反應(yīng)迅速，分辨率高。

地震波探測法通過接收地震波來探測核爆炸。核爆炸時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波有一部分能量轉(zhuǎn)化為地震波，以彈性波的形式向外傳播。水下核爆炸轉(zhuǎn)化為地震波的能量最大，地下核爆炸次之，地面和空中核爆炸最小。地震波在大多數(shù)巖石中傳播的速度約6公里/秒,周期在20秒左右。主要干擾是自然地震。利用拾震器和記錄儀組成探測站，可收到核爆炸地震波信號(hào)，單站即可確定核爆炸位置。這種探測法對(duì)地（水）下核爆炸敏感，是探測地（水）下核爆炸的主要方法。但是對(duì)站陣選址的要求較為嚴(yán)格。

放射性同位素探測法通過收集放射性碎片進(jìn)行化學(xué)分析來探測核爆炸。核爆炸時(shí)產(chǎn)生大量的多種放射性同位素,隨爆炸煙云上升，飄散在空中,降落到地面。利用專用儀器在空中或地面取樣和進(jìn)行化學(xué)分析，可獲取核爆炸和核裝料的某些參數(shù)。這種方法對(duì)探測核爆炸的發(fā)生可信度高，提供信息較多，但受氣象條件影響較大，取樣所需時(shí)間較長。

其他核爆炸探測除在地面進(jìn)行外，還可利用飛機(jī)和人造衛(wèi)星等航天器（見軍用航天器）在空中進(jìn)行。空中探測具有可視距離遠(yuǎn)、背景干擾小等優(yōu)點(diǎn)。特別是利用人造衛(wèi)星對(duì)核爆炸進(jìn)行空中攝影、測量γ射線和核爆光輻射特征等，以獲取核爆炸參數(shù)，日益受到一些國家的重視。

探測系統(tǒng)軍用探測系統(tǒng)系指為了特定的軍事需要而設(shè)制的核爆炸探測系統(tǒng)，其探測距離較遠(yuǎn)，一般使用于軍、師范圍內(nèi)，大都要求自動(dòng)化和機(jī)動(dòng)化。
70年代，美國通用電氣公司為適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)核作戰(zhàn)條件下的需要，依據(jù)電磁脈沖、光輻射和地震波法設(shè)置了能同時(shí)自動(dòng)探測核爆炸四個(gè)參數(shù)(當(dāng)量、距離、方位、炸高)的核爆炸探測和定位系統(tǒng)。系統(tǒng)重35公斤，最大探測距離20 0公里，誤報(bào)率每年小于1。同年代，法國的森特拉公司也為武裝部隊(duì)研制了一種核爆炸探測個(gè)中心處理站和8個(gè)探測站所組成。每個(gè)探測站均可測出爆時(shí)、當(dāng)量及有無落灰等數(shù)據(jù)，最后將結(jié)果傳送到中央處理站。一旦通信被破壞，每個(gè)探測站均可貯存50次以內(nèi)的核爆炸信息，并當(dāng)通信恢復(fù)時(shí)將存貯的信息傳送出去。一名探測員位于中央處理站，即可利用顯示終端確定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并啟動(dòng)探測站進(jìn)行工作。

另據(jù)美國陸軍1981-1984財(cái)年研究計(jì)劃綱要報(bào)導(dǎo)。美軍正在研制GEONDS地面核電磁脈沖和光學(xué)法核爆炸探測系統(tǒng)。該項(xiàng)計(jì)劃于19 82財(cái)年開始，預(yù)計(jì)于1986財(cái)年完成。采用此類系統(tǒng)可向軍、師司令部自動(dòng)提供有關(guān)核爆炸當(dāng)量、方位及有無落灰沉降等參數(shù)據(jù)。

民防監(jiān)測系統(tǒng)系指為了民防的需要而設(shè)置的核監(jiān)測報(bào)知網(wǎng)，其監(jiān)測報(bào)替手段主要是簡易核爆炸觀測器材和通信器材等。一些技術(shù)發(fā)達(dá)國家，如美、蘇、聯(lián)邦德國、英、法、加拿大等都已建立起了相當(dāng)完善的監(jiān)測報(bào)替體系，在體系中包括有數(shù)量眾多、分布廣泛的報(bào)警哨和觀測哨。在發(fā)生核襲擊時(shí)，它們可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過有線、無線通信和電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)向各民防部門報(bào)警。

例如，美國的全國民防報(bào)替體系中包括科羅拉多。斯普林斯和沃爾尼兩個(gè)國家報(bào)警中心。此外，還設(shè)有數(shù)量眾多的報(bào)警哨。其中設(shè)在民防區(qū)的有10個(gè)，設(shè)在各州的有50個(gè)，設(shè)在有關(guān)國家機(jī)構(gòu)中的有20 00多個(gè)。報(bào)警中心和報(bào)警哨采取晝夜值班工作制。為了能將通告轉(zhuǎn)達(dá)給居民，美國廣泛采用無線電和電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，該系統(tǒng)大約包括3000多個(gè)無線電臺(tái)和電視臺(tái)。

蘇聯(lián)和東歐各國也通過相應(yīng)的行政組織系統(tǒng)組織報(bào)警勤務(wù)。在蘇聯(lián)，國內(nèi)廣泛建立的觀察哨，觀察哨通常由目標(biāo)、地區(qū)和城市民防指揮部，以及民防勤務(wù)部門或軍事分隊(duì)派遣。觀察哨的重要設(shè)備之一就是用來快速標(biāo)定核爆炸方位用的成套工具，其中包括方位標(biāo)圖板、量角器，指北針以及照明裝置等。1