Per decenni, la comprensione del comportamento di un fungo atomico nucleare è stata fatta con un'attenta analisi delle osservazioni fatte durante l'era dei test. Vecchie foto, film obsoleti e dati meteorologici incompleti hanno reso difficili i calcoli precisi. Ora, con risultati pubblicati in Ambiente atmosferico , Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) stanno migliorando la nostra comprensione dell'aumento delle nubi nucleari utilizzando uno strumento di modellazione meteorologica ampiamente adottato e fortemente convalidato.

Il modello Weather Research and Forecasting (WRF) è stato per decenni un pilastro nelle previsioni meteorologiche e nella modellazione delle nuvole. Il codice sorgente del modello è gestito dal National Center for Atmospheric Research, ma è sviluppato dalla comunità, utilizzando diversi contributi di ricercatori presso LLNL. In particolare, la versione LLNL di WRF viene utilizzata presso il National Atmospheric Release Advisory Center per simulare il movimento e la turbolenza del particolato aereo che scorre intorno alle caratteristiche del terreno e agli edifici. Rispetto alle simulazioni a bassa fedeltà spesso utilizzate per modellare l'aumento delle nuvole per la risposta alle emergenze, un modello basato su WRF di una nube nucleare incorpora condizioni meteorologiche variabili nel tempo per l'esatta posizione oggetto di studio. Questa adattabilità e alta risoluzione hanno attratto uno degli autori dell'articolo, Katie Lundquist, ingegnere meccanico di Livermore.

"Poiché abbiamo così tanta esperienza nello sviluppo del modello per risoluzioni su scala metrica, abbiamo pensato che questo modello fosse molto adatto per modellare l'aumento delle nuvole, " ha detto. Ulteriori coautori sul documento includono Robert Arthur, Jeffrey Mirocha, Stephanie Neuscamman, Yuliya Kanarska e John Nasstrom.

Mentre molti dei test atmosferici statunitensi sono stati effettuati nell'ambiente arido del Nevada, Lundquist ha detto, un futuro evento nucleare potrebbe verificarsi ovunque.

"Devi usare un modello che abbia capacità predittive per questi ambienti complicati, " ha detto. "Un modello meteorologico è la scelta perfetta perché viene utilizzato operativamente per prevedere il tempo in tutto il mondo".

I ricercatori hanno utilizzato l'8 maggio Evento "Encore" del 1953 come base per testare la loro ipotesi WRF. Utilizzando i dati di rianalisi atmosferica globale per simulare le condizioni in quella data, hanno fornito al modello WRF i parametri di una palla di fuoco nucleare e hanno impostato la risoluzione di conseguenza. Dopo aver eseguito il modello, la loro simulazione corrispondeva notevolmente alle foto del 1953.

"Siamo rimasti scioccati dal fatto che si abbinasse così bene, " disse Lundquist, che di recente ha parlato con LiveScience di come si formano le nuvole di funghi in un'esplosione nucleare. "La simulazione dell'aumento delle nuvole è in grado di abbinare il tasso di aumento e l'altezza di stabilizzazione, così come piccole caratteristiche qualitative come l'inclinazione del toro nella nuvola e il momento in cui il toro si scompone per essere una nuvola più turbolenta. Siamo rimasti molto soddisfatti dei nostri risultati, e siamo rimasti sorpresi dal fatto che abbiamo dovuto fare pochissime regolazioni per ottenere questi risultati per sembrare buoni come loro."

Parte del merito appartiene al modello WRF, disse Lee Glascoe, Leader del programma della squadra di supporto per le emergenze nucleari LLNL. "Questo modello meteorologico è in uso da circa 20 anni, e quindi molte convalide sono state conferite a questo modello, " ha detto. "Penso che stiamo beneficiando degli ultimi 20 anni di ricerche e previsioni meteorologiche che sono avvenute all'interno di questo modello. È davvero un ottimo strumento per quello che stiamo facendo".

Il finanziamento per la ricerca sull'aumento del cloud è venuto dal programma Laboratory Directed Research and Development e dall'Office of Nuclear Incident Response, mentre i finanziamenti per le capacità di modellazione ad alta risoluzione sono arrivati ​​anche dall'Ufficio per le tecnologie dell'energia eolica del Dipartimento dell'energia.

Glascoe ha aggiunto che la ricerca sarebbe stata impossibile senza le capacità di simulazione ad alta risoluzione che Lundquist e il suo team hanno sviluppato e incorporato nel modello WRF. La sofisticazione migliorata di WRF consente alla simulazione della nuvola di prevedere il "pioggia" di particelle radioattive, in particolare da qualche parte con più umidità atmosferica. Tutto il lavoro innovativo di Lawrence Livermore sta creando un modello applicabile a un'ampia gamma di condizioni ambientali, da un secco, ambiente rurale come il sito di prova del Nevada, in un ambiente umido o in un'area urbana densamente popolata.

"Nessuno ha la capacità per questo tranne Livermore, " Ha detto Lundquist. "Tutto torna all'idea che dobbiamo prevedere le conseguenze dei rilasci atmosferici pericolosi. Abbiamo la missione operativa per farlo. Tutta questa ricerca finirà in operazioni e migliorerà le nostre previsioni".