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Alt 11.09.2002, 13:04   #3   Druckbare Version zeigen
Adam Männlich
Moderator
Beiträge: 8.039
@George

Bestimmung Sprengkraft aus der seismischen Amplitude

Unterirdische Explosionen und Erdbeben haben nicht nur lokale Auswirkungen: Ein Teil der freigesetzten Energie breitet sich in Form von elastischen Wellen im Erdkörper und an dessen Oberfläche aus.

Das durchlaufende Material wird dabei elastisch verformt, d. h. es kehrt nach der Deformation in seinen ursprünglichen Zustand zurück.

Der Widerstand, den ein Material den beiden Verformungsarten Kompression und Scherung entgegensetzt, wird durch das Kompressionsmodul K und Schermodul G beschrieben: Je weniger ein Körper der Belastung nachgibt, desto größer ist das entsprechende Modul. Für Flüssigkeiten z. B. gilt G = 0, da sie einer Scherung keinerlei Widerstand entgegensetzen.

Diesen beiden Verformungsarten entsprechen die beiden möglichen elastischen Wellen: Kompressionswellen und Scherwellen. Die sich innerhalb des Erdkörpers ausbreitenden Wellen nennt man, im Gegensatz zu den Oberflächenwellen, Raumwellen.

Bei der unterirdischen Explosion einer Atombombe wird, im Gegensatz zu einem Erdbeben, Energie nahezu gleichmäßig nach allen Richtungen hin angestrahlt. Dabei bilden sich im Gestein Kompressionswellen aus, die unabhängig vom Standort des Beobachters einen positiven, ersten Ausschlag im Seismogramm erzeugen. Als Maß für die Stärke eines solchen seismologischen Ereignisses benutzen Seismologen die Magnitude. Diese Größe wird aus der Amplitude der gemessenen Welle und der Entfernung von der Quelle berechnet. Für die verschiedenen Wellentypen gibt es unterschiedliche Magnitudenskalen. Bei der Raumwellenmagnitude (mb) werden die Amplituden jener Wellen gemessen, die durch das Erdinnere gelaufen sind. Für die Berechnung der Sprengkraft W (in Einheiten von 1000 Tonnen des konventionellen Sprengstoffs TNT gemessen, kurz: kt TNT) werden Formeln folgender Art benutzt:

mb = c1 x log (W) + c2

Die Konstanten c1 und c2 hängen davon ab, wie die Gesteine im Untergrund der Testgebiete beschaffen sind (Festgestein, Lockersedimente) und vom Laufweg, den die Wellen zwischen Quelle (Ort der Explosion) und Empfänger (Seismometer) zurücklegen müssen. Um eine genaue Bestimmung der Konstanten zu ermöglichen, sind ?Eichsprengungen? (Zündung einer Bombe mit bekannter Sprengkraft) innerhalb der Testgebiete notwendig. Fehlen diese Testsprengungen, können die auftretenden Unsicherheiten bei der Bestimmung dazu führen, daß ein registriertes Ereignis der Magnitude mb = 5 im ungünstigsten Fall von einer 100 kt Bombe oder im idealen Fall von einer 10 kt Bombe stammt.
Entkopplung (decoupling)

Um einen Kernwaffentest zu verheimlichen, gibt es die Möglichkeit einer ?Entkopplung? der Explosion vom umgebenden Gestein, indem man die Bombe innerhalb eines Hohlraumes (Kaverne) zündet. Stabile Hohlräume können jedoch nur in Festgestein (z. B. Granit) und Salzlagerstätten geschaffen werden. Beispielsweise ist für die Entkopplung einer Bombe mit der Sprengkraft von 50 kt TNT eine Kaverne mit einem Radius von mindestens 60 m notwendig. Der dabei anfallende Aushub erfordert enorme bergmännische Aktivität, die den Spionagesatelliten sicher nicht verborgen bleiben dürfte.

Um sicherzugehen, basiert der deutsche Dreistufenplan zur Kontrolle eines Teststoppabkommens auf einer hoch eingeschätzten Entkopplung. So wird bei der dritten Phase davon ausgegangen, daß es möglich ist, eine Bombe mit 1 kt TNT Sprengkraft auf eine zu beobachtende Stärke von 5 t TNT zu dämpfen, aber auch solche geringen Stärken lassen sich noch von einem regionalen Seismometern in der Nähe des Testgebietes registrieren und entdecken. Allerdings darf der Abstand höchstens 500 ? 1000 km betragen. Da die Stationen innerhalb der zu kontrollierenden Länder stationiert werden müssen, kommen nur unbemannte, selbständig arbeitende Seismometer in Frage, die ständig von allen Vertragspartnern abgefragt werden können. Stationen dieser Art sind aber bereits von Spezialisten der amerikanischen Sandia National Laboratories entwickelt worden. 3
Meßtechnik heute

Die seismische Meß- und Interpretationstechnik hat in den letzten Jahren von der Elektronik und den Möglichkeiten der Datenverarbeitung profitiert. Mit Seismometern können noch Bodenbewegungen in der Größenordnung von ?Nano-Metern? (Millionstel Millimeter) erfaßt werden., Ihr Auflösungsvermögen wird nicht mehr durch eine unzureichende Technik begrenzt, sondern nur noch durch die Unruhe des Erdbodens. Diese immer vorhandene ?Bodenunruhe? wird sowohl durch natürliche (z. B. Wind, Meeresbrandung) als auch durch künstliche Quellen (Industrie, Verkehr) hervorgerufen. Die kurzperiodische Bodenunruhe geht mit der Tiefe drastisch zurück. Daher installiert man Seismometer neuerdings bis zu 300 Meter Tiefe (Bohrlochseismometer). Ein ?Array? ist die Anordnung von mehreren Seismometern in einem Gebiet mit der Ausdehnung von einigen Kilometern bis einigen 100 Kilometern. Die Messungen werden auf Magnetband aufgezeichnet und mit Hilfe großer Computer verarbeitet (z. B. ?stapeln?). Mit einem einzigen Array ist schon eine sehr gute Lokalisation der Quelle möglich (Richtantenne). Heute sind sogar schon Arrays in Betrieb, die mit Bohrlochseismometern arbeiten. Sie stellen z. Zt. den höchsten technischen Standard dar. Die für die Erdbebenforschung installierten Seismometer messen die Bodenbewegungen meist nur im Bereich von 1 bis 10 Hz. Um besser zwischen Kernexplosionen und Erdbeben unterscheiden zu können (der Frequenzinhalt der erzeugten Wellen ist unterschiedlich), wird der Frequenzbereich auf 0,01 ? 10 oder sogar bis 30 Hz ausgedehnt (Breitbandregistrierung).



Quelle: http://www.uni-muenster.de/PeaCon/wuf/wf-85/8550300m.htm
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