核爆発検知システム

核爆発検知システム（ NDDS）は、核爆発が発生したことと爆発の方向を示し、正確に特定できる装置または一連の装置です。これらの装置またはシステムの主な目的は、 1963年の部分的核実験禁止条約（PTBT）やトラテロルコ条約などの核条約に署名した国の遵守を確認することでした。

核爆発を検知する方法は様々で、地震、水中音響、超低周波音の検知、空気サンプル採取、衛星などがあります。それぞれに長所と短所があり、用途も異なります。それぞれが別々に使用されてきましたが、爆発によるエネルギーはさまざまな媒体に伝達されるため、現時点ではデータを連携して使用した場合に最良の結果が得られます。 ^[1]

地震ネットワークは、爆発を検知する手段の 1 つです。地上で核爆発が起こると、上空にキノコが咲きますが、地面を伝わる振動も長距離にわたります。^[2] 1980 年代には、核兵器実験は地下に移されました。それでも、爆発の威力が小さい場合は検知が難しく、特に困難でした。地震ネットワークがあれば、これらの核実験を検知できます。

部分的核実験禁止条約（PTBT）は、大気圏内、水中、宇宙空間での核実験を禁止した。米国は、ソ連が条約の規定を遵守するよう、さまざまな装置を開発した。PTBTは地下実験も禁止することを目指していたが、当時の技術では、地震計で核爆発をうまく検知できず、ましてや地震と区別することはできなかった^[3] ため、地下実験は大気圏内や水中での爆発よりも識別が困難だった。より大きな爆発力は区別できたが、より小さな爆発力は区別できなかった。それでも、より大きな爆発力は、地中のより大きな空洞によって弱められる可能性がある^[4] 。ソ連が地下で核爆発を行うという脅威を受けて、米国は地震学 研究に資金を注ぎ込んだ。

大きな進歩は、地震計のデータを音声ファイルに変換したシェリダン・スピースによって達成された。違いを聞くだけで地震と核爆発を区別できるようになった。 ^[5]しかし、彼の政治的信念のために、彼の研究は無視された。^{[引用が必要]}地下爆発を検知するための主なシステムには、依然として多数の監視ステーションが必要であった。技術開発の難しさと必要なステーションの数のため、PTBTは地下実験を許可した。^{[引用が必要]}

海洋のあらゆる活動を監視するために設置された水中音響ステーションは 11 か所あります。これらは水中実験の禁止を確実にするために開発されたもので、水は音を運ぶことができるため非常に効率的です。^[6]これらのステーションはリアルタイムでデータを収集し、1 年 365 日、1 日 24 時間稼働しています。ただし、水中音響では爆発やイベントの場所を正確に特定することが困難なため、別の検出方法 (前述の方法など) と組み合わせて使用​​する必要があります。^[7]水中音響が直面するその他の問題には、海底の構造や音を遮る島によって引き起こされる問題があります。音は深海で最もよく伝わるため、浅瀬付近のイベントも検出されません。^[8]ただし、水中音響デバイスはさまざまな目的にも使用されており、海洋現象の研究のための独自のリソースとして使用されています。^[9]

インフラサウンドは、爆発、火山、その他の自然現象によって引き起こされる超低周波をマイクロバロメーターで監視する複数のステーションを設置することで機能します。 ^[10]他の検出方法と同様に、インフラサウンドは冷戦中に開発されました。^[11]これらのステーションは、1キロトン程度の爆発を検出できるように設計されていました。しかし、PTBT後、大気圏での爆発の検出は衛星に委ねられました。^[12]インフラサウンドは地球を複数回移動できますが、風や温度変化の影響を受けやすい傾向があります。^[13]長距離の超低周波の発生源は区別が困難です（例：化学爆発と核爆発）。^[要出典]

核爆発を検知する別の方法は、空気サンプルを採取することです。核爆発後、空気中に放出された放射性同位元素を飛行機で収集することができます。これらの放射性核種には、アメリシウム241、ヨウ素131、セシウム137、クリプトン85、ストロンチウム90、プルトニウム239、トリチウム、キセノンが含まれます。^[14]ほとんどの空気サンプルは世界中に設置された多くの放射性核種ステーションの1つで採取されますが、ある地域の上空または近くに飛行機を送ると、最近の核爆発があったかどうかがわかります。地下での爆発でも、最終的には放射性ガス（最も顕著なのはキセノン）が放出され、これらの方法で検出することもできます。空気サンプル検出機器の問題には、感度、利便性、信頼性、精度、電力要件などがあります。^[15]

空気サンプル採取法の弱点の 1 つは、爆発があった場所やそのときの気象条件によっては、気流によってガスや放射性核種が予測できない方法で移動する可能性があることです。 ^[1]検出プロセスでは、ろ紙で空気サンプルを採取し、放射性物質を集めてコンピューターで数え、分析します。工場や原子力発電所から放出される放射線などの外部の「ノイズ」によって、結果が狂う可能性があります。^[16]この方法のもう 1 つの弱点は、特定の放射性核種には特別な媒体を使用しなければならないことです。^[15]放射性ヨウ素はその一例で、さまざまな化学形態で存在し、さまざまなガスと組み合わさっているため、吸収や容器内の一定量の収集による直接読み取り方法には適していません。^[15]

気流が放射性粒子を容易に拡散させる例としては、チェルノブイリ原発事故が挙げられる。原子炉が故障し始めると、大量の放射性核種が空気中に放出された。気流によって拡散した放射性物質は、数日以内に原発から数百マイル離れたスウェーデンなどの国々でも検出された。 ^[17]同じことが福島第一原発事故でも起こった。放射性キセノンガス、ヨウ素131、セシウム137の拡散は、数マイル離れたさまざまな大陸でも検出された。^[18]

衛星は、ガンマ線、X線、中性子を常に生成する核爆発からの放射線を監視するセンサーに依存しています。^[3]核爆発は、1マイクロ秒未満の間隔で繰り返し発生する大量のX線バーストを放出し、衛星によって検出できます。^[19]衛星グループはこれらの信号を拾うことができ、爆発の位置を三角測量できます。衛星は1963年に初めて使用され、冷戦中は核実験が行われていないことを確認するために使用されました。衛星検出方法の小さな欠点は、中性子を放出する宇宙線があり、センサーに誤った信号を与える可能性があることです。 ^[20]

1963年10月17日から、米国では、専用のVela衛星が最初に空軍と、現在のエネルギー省の前身組織である原子力委員会によって使用されました。^[19] Vela衛星は、1963年8月に調印されたPTBT（部分的核実験禁止条約）に従って作成されました。 ^[5] Velaの目的は、核爆発検出器としてPTBTに対応することでした。VelaはGPA衛星と見なされ、エネルギー省がセンサーを運用しています。^[19]このプロジェクトは12の衛星で構成され、それぞれがX線、中性子、ガンマ線検出器を備えていました。^[21]また、光（フォトダイオード経由）と電波などの物理的出力を測定するために装備されていました。

衛星には、地上での爆発を捉えることができる可視光スペクトル全体を測定するカメラも搭載されています。^{[要出典]核探知システムを搭載した}全地球測位システム（GPS）衛星の登場により、衛星は爆発探知の重要な手段となっています。^[22]

2018年以降、信頼性の向上、サイズの縮小、核爆発の検出能力の向上を目的とした改良された宇宙大気圏爆発報告システム（SABRS）装置を搭載した衛星が打ち上げられた。^[23]

包括的核実験禁止条約（CTBT）は、核兵器の軍縮と核兵器からの脱却を目指してあらゆる形態の核実験を禁止したが、加盟国が条約に違反しないよういかに確保するかなど、古くからの課題も抱えていた。その目的を達成するために、国際監視システム（IMS）が誕生した。このシステムには321の観測所があり、前述のすべての種類のセンサーを使用している。各観測所から収集したデータを使用して爆発を計算するIMSは、水中音響、超低周波音、地震波検出システム、および放射性核種の空気サンプラーを採用している。この情報はすべて、オーストリアのウィーンに駐在する包括的核実験禁止条約機構（CTBTO）準備委員会によって収集されている。^[24]

CTBTOとその検出システムが有効であることが初めて示された事例の一つは、 1998年5月にインドとパキスタンによる核実験を特定できたときであった。^[25]

もう一つの注目すべき例は、北朝鮮の核実験の検出である。ほとんどの国が核爆発実験を断念したため、北朝鮮は強力な核弾頭の開発を試みている。 [ ^26]北朝鮮の秘密主義のため、北朝鮮の脅威を評価するために必要な情報を研究者に提供するのはIMSの責任である。北朝鮮の最初の核兵器の試みは、威力が低い（0.6キロトン）ものであったが、2006年に検出され隔離された。^[27]