了解有毒云层将吹向何处的鲜为人知的组织

在《实力悬殊》中，我们仔细研究了国防工业的核心科学和技术——士兵和间谍的世界。

当核动力卫星坠毁地球时，当局会向谁求助？当脱轨列车泄漏有毒化学物质时，当局会向谁求助？当核武器实验室围栏内发生野火时，当局会向谁求助？当地震损坏核电站或核电站熔毁时，当局会向谁求助？

尽管名字并不朗朗上口，但国家大气泄漏咨询中心 (NARAC) 是应对此类情况的快速电话。如果危险物质（无论是核物质、放射性物质、生物物质、化学物质还是天然物质）被排放到大气中，NARAC 的工作就是追踪其可能致命的扩散。该中心的科学家使用建模、模拟和真实世界数据来精确定位这些危险在空间和时间上的位置、有害元素即将传播到哪里以及可以采取哪些措施。

应急响应概况

NARAC 是加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的一部分，由国家核安全局管理，而国家核安全局本身是美国能源部的一部分，该机构负责开发和维护核武器等事务。

此外，NARAC 是核应急支持小组 (NEST) 的一部分。该小组的目标是预防和应对核和放射性紧急情况——无论它们是意外还是故意发生的。如果坦佩有一颗脏弹在滴答作响，他们就会去寻找它。如果他们没有及时找到它，他们也会帮助处理放射性尘埃。此外，NEST 采取了预防措施，比如在超级碗上空飞行辐射探测直升机，以确保没有人有毒计划。“这是一项非常引人注目的国家使命，”LLNL 对 NEST 的贡献项目负责人 Lee Glascoe 说，其中包括 NARAC。“而 NARAC 是其中的一部分。”

如果可疑物质确实被释放到大气中，NARAC 的工作就是提供信息，供 NEST 人员在现场使用，供当局用来管理灾难。在收到有关空气中有毒物质的通知后 15 分钟内，NARAC 可以对总体情况进行 3D 模拟：预计会出现哪些颗粒，气流会将它们吹向何处，以及可能对人类和环境造成什么后果。

在 30 到 60 分钟内，他们可以将 NEST 人员（在 NARAC 科学家进行模拟时，他们在现场）收集的地面数据推送到他们的超级计算机中，并将其集成到他们的模型中。这将提供更精确和准确的信息，包括物质羽流在空中的位置、地面将被污染的位置、受影响的人口在哪里、有多少人可能死亡或受伤、应该在哪里撤离以及爆炸损害的范围。

大气建模

这些能力几十年前就已传到劳伦斯利弗莫尔。NARAC 首席科学家约翰·纳斯特罗姆说：“利弗莫尔在大气建模方面有着悠久的历史，从开发第一个气候模型开始。”

该模型由物理学家塞西尔“查克”利斯建立。早在冷战初期，利斯就得到了实验室主任爱德华·泰勒（他是该实验室的联合创始人，也是氢弹的支持者）的许可，使用早期的超级计算机开发和运行第一个全球大气环流模型。格拉斯科称这项工作是“天气建模和气候建模的前身”。利斯工作的后续工作在利弗莫尔分成了两个小组：一个小组专注于气候，另一个小组专注于公共卫生——两者的共同点在于大气是如何运作的。

纳斯特罗姆说，20 世纪 70 年代，美国能源部找到了关注公共卫生的组织，询问这些模型是否能够近乎实时地显示危险物质一旦泄漏会流向何处。利弗莫尔的研究人员于 1973 年接手了该项目，开发了一个原型，在真实事件中，它可以告诉能源部站点（放射性物质的所在地）和核电站的应急管理人员，谁会受到多少剂量的辐射，以及在哪里受到辐射。

当现实世界突然出现问题时，该团队正在努力完成该项目。1979 年，宾夕法尼亚州三哩岛核电站的一个反应堆部分熔化。“他们跳了进去，”纳斯特罗姆谈到他的前辈时说道。原型系统尚未完全建立，但该团队立即开始构建三哩岛周围地形的 3D 信息，以获得有关放射性核素的下落和影响的具体预测。

在那场险些酿成灾难之后，该小组开始先发制人地为其他能源部和核电站建立地形数据，然后才将数据应用到美国其他地区，并整合实时气象数据。纳斯特罗姆说：“目前，数百万个气象观测数据正在涌入我们的中心，还有来自 NOAA（美国国家海洋和大气管理局）、国家气象局和其他机构的全球和地区预报模型输出。”

1986 年切尔诺贝利事故也让 NARAC 发生了变化。“人们预计安全系统会到位，灾难性的泄漏不一定会发生，”纳斯特罗姆说。“然后切尔诺贝利事故发生了，我们很快开发了一个更大规模的建模系统，可以将物质输送到全球各地。”此前，他们关注的是更区域层面的后果，但切尔诺贝利事故将毒素排放到全球各地，因此有必要了解这种全球性的丰富性。

纳斯特罗姆在谈到 NARAC 的建模和模拟能力时说道：“它一直处于不断发展的状态。”

“世界所有地形都已绘制出来”

如今，NARAC 使用 NOAA 的高分辨率天气模型以及它帮助开发的预报模型。该中心每天都会收到超过 1TB 的天气预报模型数据。他们之前不得不费力制作的 3D 地形图现在都已制作完毕。“我们已经绘制了全世界的地形图，”Glascoe 说。

NARAC 还保存最新的人口信息，包括城市人口分布在白天和晚上的差异，以及城市建筑的数据，这些建筑的建筑结构会改变气流。除此之外，还有土地使用信息，因为一个地区是由平原还是森林组成，都会改变分析结果。所有这些信息结合在一起，可以帮助科学家弄清楚某种危险物质的释放对实际建筑物周围实际位置的实际人员意味着什么。

NARAC 的科学家将所有这些输入整合在一起，还针对不同类型的紧急情况创建了现成的模型，例如核电站故障、脏弹爆炸、生物有害物质喷发和实际核武器爆炸。“这样，一旦发生什么事情，我们就可以说，‘哦，就是这样的’，我们有了开始。”

凯蒂·伦德奎斯特 (Katie Lundquist) 是一位专门研究科学计算和计算流体力学的科学家，也是 NARAC 建模团队的负责人。她的团队帮助开发了 NARAC 分析所依赖的模型，目前该团队正在努力提高对核爆炸后蘑菇云中碎片的分布情况以及放射性物质如何与碎片混合的理解。她还致力于一般天气建模，并确保软件完全符合下一代百亿亿次超级计算机的要求。

“大气非常复杂，”伦德奎斯特说。“它涵盖很多尺度，从全球尺度到某个区域建筑物之间的微小涡流。因此需要大量的计算能力。”

NARAC 还努力改善其沟通方式。“当局做出决定，但在危机中，你不能只向他们提供你通过技术获得的所有信息，”格拉斯科说。“你不能给他们各种漂亮的羽流图像。”他们想要一两页纸，告诉他们潜在的影响是什么。“什么样的指导方针可以帮助他们做出决定，比如人们是否应该避难、撤离，诸如此类的事情，”格拉斯科说。

为此，NARAC 向公众提供了其简报产品的样本，概述了紧急事务管理人员可以在一到两页的简报中看到有关脏弹、核爆炸、核电站事故、危险化学品和生物制剂的信息。

所有恐惧的模拟

最近，该团队一直在协助解决乌克兰的放射性问题，俄罗斯曾干涉乌克兰核电站的运行。此前，该团队还对 2020 年切尔诺贝利禁区发生的火灾以及同年发射的火星毅力号探测器进行了分析。火星探测器有一个钚电源，NARAC 随时准备模拟爆炸事故中会发生什么。再往前追溯，2011 年日本福岛反应堆部分熔毁期间，该团队连续数周动员起来。

但格拉斯科最引以为豪的事件之一发生在 2017 年底，当时欧洲的传感器开始检测到异常放射性活动。在整个欧洲大陆，用于检测元素衰变的仪器检测到了指示钌-106 的峰值，总共检测到了 300 多个。“我们开始试图弄清楚，‘好吧，发生了什么事？这是从哪里来的？’”格拉斯科说。

当 NARAC 开始分析时，Glascoe 想起了一个内部研究项目，该项目涉及使用测量数据、大气传输模型、统计方法和机器学习，他认为这可能有助于追溯放射性，而不是做出更标准的前向预测。“随着数据的输入，模型会进行调整，以尝试识别可能的来源，”Glascoe 说。

就像美国能源部为三哩岛核电站使用的原型机一样，这款核电站也尚未完全准备就绪，但格拉斯科还是向总部申请了许可。“我说，‘嘿，我知道我们还没有真正对这个东西进行过深入研究，但他们确实完成了这个项目，而且看起来效果不错。’”他们同意让他试一试。

四天后，经过多个超级计算机周期，该团队绘制了一张可能释放区域的地图。靶心位于一个工业中心区域。“果然，从那个位置释放就能奏效，”格拉斯科说。

可疑地点位于俄罗斯，现在许多人认为放射性物质来自处理废核燃料的马亚克核设施。马亚克位于一座“封闭城市”，该城市严格控制进出人员。

归根结底，没有人能够阻止大气的搅动，或阻止其将粒子推向四周的趋势。风不会在意边界或许可证。即使无法阻止，NARAC 也会密切关注这种运动。

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