Ensayos subterráneos de armas nucleares - Underground nuclear weapons testing

Preparación para una prueba nuclear subterránea en el sitio de pruebas de Nevada en la década de 1990 mientras se instalan los cables de diagnóstico.

Las pruebas nucleares subterráneas son la detonación de prueba de armas nucleares que se realiza bajo tierra. Cuando el dispositivo que se está probando está enterrado a una profundidad suficiente, la explosión nuclear puede ser contenida, sin liberación de materiales radiactivos a la atmósfera.

El calor y la presión extremos de una explosión nuclear subterránea provocan cambios en la roca circundante. La roca más cercana a la ubicación de la prueba se vaporiza , formando una cavidad. Más lejos, hay zonas de roca triturada, agrietada y deformada irreversiblemente. Después de la explosión, la roca sobre la cavidad puede colapsar, formando una chimenea de escombros. Si esta chimenea llega a la superficie, se puede formar un cráter de hundimiento en forma de cuenco .

La primera prueba subterránea tuvo lugar en 1951; pruebas adicionales proporcionaron información que finalmente condujo a la firma del Tratado de Prohibición Limitada de Pruebas en 1963, que prohibió todas las pruebas nucleares excepto las realizadas bajo tierra. Desde entonces hasta la firma del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos en 1996, la mayoría de los ensayos nucleares se realizaron bajo tierra, con el fin de evitar que la lluvia radiactiva ingresara a la atmósfera.

Fondo

Aunque la preocupación pública por las consecuencias de las pruebas nucleares creció a principios de la década de 1950, las consecuencias se descubrieron después de la prueba Trinity , la primera prueba de bomba atómica, en 1945. Los fabricantes de películas fotográficas informaron más tarde sobre películas "empañadas" ; esto se rastreó hasta materiales de empaque provenientes de cultivos de Indiana, contaminados por Trinity y pruebas posteriores en el sitio de pruebas de Nevada , a más de 1000 millas (≈1600 kilómetros) de distancia. Las intensas consecuencias de la prueba de Simon de 1953 se documentaron hasta Albany, Nueva York.

Las consecuencias de la prueba Bravo de marzo de 1954 en el Océano Pacífico tuvieron "implicaciones científicas, políticas y sociales que han continuado durante más de 40 años". La prueba de varios megatones provocó que se produjeran precipitaciones en las islas de los atolones Rongerik y Rongelap , y en un barco pesquero japonés conocido como Daigo Fukuryū Maru (Lucky Dragon). Antes de esta prueba, había una apreciación "insuficiente" de los peligros de la lluvia radiactiva.

La prueba se convirtió en un incidente internacional. En una entrevista del Public Broadcasting Service (PBS), la historiadora Martha Smith argumentó: "En Japón, se convierte en un gran problema en términos no solo del gobierno y su protesta contra los Estados Unidos, sino de todos los diferentes grupos y todos los diferentes pueblos de Japón. comienzan a protestar. Se convierte en un gran tema en los medios. Hay todo tipo de cartas y protestas que provienen, como era de esperar, de pescadores japoneses, las esposas de los pescadores; hay grupos de estudiantes, de todo tipo de personas; que protestan contra la El uso del Pacífico por parte de los estadounidenses para pruebas nucleares. Están muy preocupados, en primer lugar, por qué Estados Unidos incluso tiene derecho a realizar ese tipo de pruebas en el Pacífico. También están preocupados por la salud y impacto medioambiental." El Primer Ministro de la India "expresó la mayor preocupación internacional" cuando pidió la eliminación de todos los ensayos nucleares en todo el mundo.

El conocimiento sobre la lluvia radiactiva y sus efectos creció y, con él, la preocupación por el medio ambiente global y el daño genético a largo plazo . Las conversaciones entre los Estados Unidos, el Reino Unido, Canadá, Francia y la Unión Soviética comenzaron en mayo de 1955 sobre el tema de un acuerdo internacional para poner fin a las pruebas nucleares. El 5 de agosto de 1963, representantes de los Estados Unidos , la Unión Soviética y el Reino Unido firmaron el Tratado de Prohibición Limitada de Pruebas, que prohíbe las pruebas de armas nucleares en la atmósfera, el espacio y bajo el agua. El acuerdo se vio facilitado por la decisión de permitir las pruebas subterráneas, eliminando la necesidad de inspecciones in situ que preocupaban a los soviéticos. Se permitieron las pruebas subterráneas, siempre que no provoquen "la presencia de desechos radiactivos fuera de los límites territoriales del Estado bajo cuya jurisdicción o control se realiza la explosión".

Historia temprana de las pruebas subterráneas

Tras el análisis de las detonaciones submarinas que formaron parte de la Operación Crossroads en 1946, se realizaron investigaciones sobre el posible valor militar de una explosión subterránea. El Estado Mayor Conjunto de Estados Unidos obtuvo así el acuerdo de la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos (AEC) para realizar experimentos tanto en detonaciones superficiales como subterráneas. La isla de Amchitka en Alaska se seleccionó inicialmente para estas pruebas en 1950, pero luego se consideró que el sitio no era adecuado y las pruebas se trasladaron al sitio de pruebas de Nevada.

Buster-Jangle Uncle , la primera explosión nuclear subterránea

La primera prueba nuclear subterránea se llevó a cabo el 29 de noviembre de 1951. Se trataba del Buster-Jangle Uncle de 1,2 kilotones , que detonó 5,2 m (17 pies) por debajo del nivel del suelo. La prueba fue diseñada como una investigación a escala reducida de los efectos de un arma de fisión tipo pistola de penetración en el suelo de 23 kilotones que entonces se estaba considerando para su uso como arma destructora de cráteres y búnkeres . La explosión dio como resultado una nube que se elevó a 3.500 m (11.500 pies) y depositó lluvia radiactiva hacia el norte y el noreste. El cráter resultante tenía 79 m (260 pies) de ancho y 16 m (53 pies) de profundidad.

Tetera Ess

La siguiente prueba subterránea fue Teapot Ess , el 23 de marzo de 1955. La explosión de un kilotón fue una prueba operativa de una " munición de demolición atómica " (ADM). Se detonó a 20,4 m (67 pies) bajo tierra, en un pozo revestido con acero corrugado, que luego se rellenó con sacos de arena y tierra. Debido a que el ADM estaba enterrado bajo tierra, la explosión arrojó toneladas de tierra hacia arriba, creando un cráter de 91 m (300 pies) de ancho y 39 m (128 pies) de profundidad. La nube en forma de hongo resultante se elevó a una altura de 3.700 m (12.000 pies) y la lluvia radiactiva posterior derivó en dirección este, viajando hasta 225 km (140 millas) desde la zona cero.

El 26 de julio de 1957, Plumbbob Pascal-A fue detonado en el fondo de un pozo de 148 m (486 pies). Según una descripción, "marcó el comienzo de la era de las pruebas subterráneas con una magnífica vela romana pirotécnica ". En comparación con una prueba sobre el suelo, los desechos radiactivos liberados a la atmósfera se redujeron en un factor de diez. Se inició el trabajo teórico sobre posibles esquemas de contención.

Polvo levantado por Plumbbob Rainier
Disposición del túnel Plumbbob Rainier

Plumbbob Rainier fue detonado a 899 pies (274 m) bajo tierra el 19 de septiembre de 1957. La explosión de 1,7 kt fue la primera en ser completamente contenida bajo tierra, sin producir lluvia radiactiva. La prueba se llevó a cabo en un túnel horizontal de 1,600 a 2,000 pies (488 a 610 m) en forma de gancho. El gancho "fue diseñado de manera que la fuerza explosiva sellará la parte no curva del túnel más cercana a la detonación antes de que los gases y los fragmentos de fisión puedan ventilarse alrededor de la curva del gancho del túnel". Esta prueba se convertiría en el prototipo de pruebas más grandes y potentes. Rainier se anunció con anticipación, para que las estaciones sísmicas pudieran intentar registrar una señal. El análisis de las muestras recolectadas después de la prueba permitió a los científicos desarrollar una comprensión de las explosiones subterráneas que "persiste esencialmente inalterada en la actualidad". Posteriormente, la información proporcionaría una base para decisiones posteriores de acuerdo con el Tratado de Prohibición Limitada de Pruebas.

Cannikin , la última prueba en las instalaciones de Amchitka, se detonó el 6 de noviembre de 1971. Con aproximadamente 5 megatones , fue la prueba subterránea más grande en la historia de Estados Unidos.

Efectos

Tamaños y formas relativos de cráteres resultantes de varias profundidades de explosión

Los efectos de una prueba nuclear subterránea pueden variar según factores que incluyen la profundidad y el rendimiento de la explosión , así como la naturaleza de la roca circundante. Si la prueba se realiza a suficiente profundidad, se dice que la prueba está contenida , sin ventilación de gases u otros contaminantes al medio ambiente. Por el contrario, si el dispositivo está enterrado a una profundidad insuficiente ("enterrado"), la roca puede ser expulsada por la explosión, formando un cráter de hundimiento rodeado de material expulsado y liberando gases de alta presión a la atmósfera (el cráter resultante suele ser cónico de perfil, circular, y puede variar entre decenas a cientos de metros de diámetro y profundidad). Una cifra que se utiliza para determinar la profundidad a la que se debe enterrar el dispositivo es la profundidad de entierro a escala o explosión (SDOB). Esta cifra se calcula como la profundidad de entierro en metros dividida por la raíz cúbica del rendimiento en kilotones. Se estima que, para garantizar la contención, esta cifra debería ser superior a 100.

Zonas en la roca circundante
Nombre Radio
Derretir la cavidad 4–12 m / kt 1/3
Zona aplastada 30–40 m / kt 1/3
Zona agrietada 80-120 m / kt 1/3
Zona de tensión irreversible 800-1100 m / kt 1/3

La energía de la explosión nuclear se libera en un microsegundo . En los siguientes microsegundos, el hardware de prueba y la roca circundante se vaporizan, con temperaturas de varios millones de grados y presiones de varios millones de atmósferas . En milisegundos , se forma una burbuja de vapor y gas a alta presión. El calor y la onda expansiva de choque hacen que la roca circundante se vaporice o se derrita más lejos, creando una cavidad de fusión . El movimiento inducido por el impacto y la alta presión interna hacen que esta cavidad se expanda hacia afuera, lo que continúa durante varias décimas de segundo hasta que la presión ha caído lo suficiente, a un nivel aproximadamente comparable con el peso de la roca de arriba, y ya no puede crecer. Aunque no se observa en cada explosión, se han descrito cuatro zonas distintas (incluida la cavidad de fusión) en la roca circundante. La zona aplastada , aproximadamente dos veces el radio de la cavidad, consiste en roca que ha perdido toda su integridad anterior. La zona agrietada , aproximadamente tres veces el radio de la cavidad, está formada por roca con fisuras radiales y concéntricas. Finalmente, la zona de deformación irreversible está formada por roca deformada por la presión. La siguiente capa sufre solo una deformación elástica ; la tensión y la posterior liberación forman una onda sísmica . Unos segundos más tarde, la roca fundida comienza a acumularse en el fondo de la cavidad y el contenido de la cavidad comienza a enfriarse. El rebote después de la onda de choque hace que las fuerzas de compresión se acumulen alrededor de la cavidad, llamada jaula de contención de tensión , sellando las grietas.

Cráter de hundimiento formado por Huron King

Varios minutos o días después, una vez que el calor se disipa lo suficiente, el vapor se condensa y la presión en la cavidad cae por debajo del nivel necesario para soportar la sobrecarga, la roca sobre el vacío cae dentro de la cavidad. Dependiendo de varios factores, incluido el rendimiento y las características del entierro, este colapso puede extenderse a la superficie. Si lo hace, se crea un cráter de hundimiento . Dicho cráter suele tener forma de cuenco y su tamaño varía desde unas pocas decenas de metros hasta más de un kilómetro de diámetro. En el sitio de pruebas de Nevada , el 95 por ciento de las pruebas realizadas a una profundidad de entierro a escala (SDOB) de menos de 150 causaron colapso de la superficie, en comparación con aproximadamente la mitad de las pruebas realizadas en un SDOB de menos de 180. El radio r (en pies) de la cavidad es proporcional a la raíz cúbica del rendimiento y (en kilotones), r = 55 * ; una explosión de 8 kilotones creará una cavidad con un radio de 110 pies (34 m).

Montículo de escombros formado por Whetstone Sulky

Otras características de la superficie pueden incluir suelo alterado, crestas de presión , fallas , movimiento del agua (incluidos cambios en el nivel del nivel freático ), desprendimientos de rocas y hundimiento del suelo. La mayor parte del gas de la cavidad está compuesta de vapor; su volumen disminuye drásticamente a medida que desciende la temperatura y el vapor se condensa. Sin embargo, hay otros gases, principalmente dióxido de carbono e hidrógeno , que no se condensan y permanecen gaseosos. El dióxido de carbono se produce por descomposición térmica de carbonatos , el hidrógeno se crea por reacción del hierro y otros metales del dispositivo nuclear y el equipo circundante. La cantidad de carbonatos y agua en el suelo y el hierro disponible deben tenerse en cuenta al evaluar la contención del sitio de prueba; Los suelos arcillosos saturados de agua pueden causar colapso estructural y ventilación. La roca dura del sótano puede reflejar las ondas de choque de la explosión, lo que también puede causar un debilitamiento estructural y ventilación. Los gases no condensables pueden permanecer absorbidos en los poros del suelo. Sin embargo, una gran cantidad de estos gases puede mantener la presión suficiente para llevar los productos de fisión al suelo.

Liberación de radiactividad durante Baneberry

El escape de radiactividad de la cavidad se conoce como falla de contención . Las liberaciones masivas, rápidas e incontroladas de productos de fisión, impulsadas por la presión del vapor o el gas, se conocen como venteo ; un ejemplo de tal falla es la prueba de Baneberry . Las liberaciones incontroladas, lentas y de baja presión de radiactividad se conocen como filtraciones ; estos tienen poca o ninguna energía, no son visibles y deben ser detectados por instrumentos. Las filtraciones tardías son liberaciones de gases no condensables días o semanas después de la explosión, por difusión a través de poros y grietas, probablemente asistidas por una disminución de la presión atmosférica (el llamado bombeo atmosférico ). Cuando se debe acceder al túnel de prueba, se realiza una purga controlada del túnel ; los gases se filtran, se diluyen con el aire y se liberan a la atmósfera cuando los vientos los dispersan sobre áreas escasamente pobladas. Las pequeñas fugas de actividad que resultan de los aspectos operativos de las pruebas se denominan liberaciones operativas ; pueden ocurrir, por ejemplo, durante la perforación en el lugar de la explosión durante el muestreo del núcleo o durante el muestreo de gases de explosión. La composición de radionucleidos difiere según el tipo de liberación; una gran ventilación rápida libera una fracción significativa (hasta un 10%) de los productos de fisión, mientras que las filtraciones tardías contienen solo los gases más volátiles. El suelo absorbe los compuestos químicos reactivos, por lo que los únicos nucleidos que se filtran a la atmósfera a través del suelo son los gases nobles , principalmente el criptón-85 y el xenón-133 .

Los nucleidos liberados pueden sufrir una bioacumulación . Los isótopos radiactivos como el yodo-131 , el estroncio-90 y el cesio-137 se concentran en la leche de las vacas en pastoreo; Por lo tanto, la leche de vaca es un indicador de lluvia conveniente y sensible. Los tejidos blandos de los animales pueden analizarse en busca de emisores de rayos gamma , los huesos y el hígado en busca de estroncio y plutonio , y la sangre, la orina y los tejidos blandos se analizan en busca de tritio.

Aunque hubo preocupaciones iniciales sobre los terremotos que surgen como resultado de las pruebas subterráneas, no hay evidencia de que esto haya ocurrido. Sin embargo, se han informado movimientos de fallas y fracturas del suelo, y las explosiones a menudo preceden a una serie de réplicas , que se cree que son el resultado del colapso de la cavidad y la formación de chimeneas. En unos pocos casos, la energía sísmica liberada por los movimientos de las fallas ha superado la de la propia explosión.

Tratados Internacionales

Firmado en Moscú el 5 de agosto de 1963 por representantes de los Estados Unidos, la Unión Soviética y el Reino Unido, el Tratado de Prohibición de Pruebas Limitadas acordó prohibir las pruebas nucleares en la atmósfera, en el espacio y bajo el agua. Debido a la preocupación del gobierno soviético sobre la necesidad de inspecciones in situ, las pruebas subterráneas fueron excluidas de la prohibición. 108 países eventualmente firmarían el tratado, con la importante excepción de China.

En 1974, los Estados Unidos y la Unión Soviética firmaron el Tratado de Prohibición de Pruebas de Umbral (TTBT) que prohibió las pruebas subterráneas con rendimientos superiores a 150 kilotones. En la década de 1990, las tecnologías para monitorear y detectar pruebas subterráneas habían madurado hasta el punto de que las pruebas de un kilotón o más podían detectarse con alta probabilidad, y en 1996 comenzaron las negociaciones bajo los auspicios de las Naciones Unidas para desarrollar una prohibición completa de las pruebas. El resultante Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares fue firmado en 1996 por Estados Unidos, Rusia, Reino Unido, Francia y China. Sin embargo, tras la decisión del Senado de los Estados Unidos de no ratificar el tratado en 1999, aún no ha sido ratificado por 8 de los 44 estados requeridos del 'Anexo 2' y, por lo tanto, no ha entrado en vigor como ley de las Naciones Unidas.

Vigilancia

A fines de la década de 1940, Estados Unidos comenzó a desarrollar la capacidad de detectar pruebas atmosféricas mediante muestreo de aire; este sistema pudo detectar la primera prueba soviética en 1949. Durante la siguiente década, este sistema se mejoró y se estableció una red de estaciones de monitoreo sísmico para detectar pruebas subterráneas. El desarrollo del Tratado de Prohibición de Pruebas de Umbral a mediados de la década de 1970 condujo a una mejor comprensión de la relación entre el rendimiento de las pruebas y la magnitud sísmica resultante.

Cuando comenzaron las negociaciones a mediados de la década de 1990 para desarrollar una prohibición completa de las pruebas, la comunidad internacional se mostró reacia a confiar en las capacidades de detección de los estados con armas nucleares individuales (especialmente los Estados Unidos) y, en cambio, quería un sistema de detección internacional. El Sistema Internacional de Monitoreo (IMS) resultante consiste en una red de 321 estaciones de monitoreo y 16 laboratorios de radionúclidos. Cincuenta estaciones sísmicas "primarias" envían datos continuamente al Centro Internacional de Datos, junto con 120 estaciones "auxiliares" que envían datos a pedido. Los datos resultantes se utilizan para localizar el epicentro y distinguir entre las firmas sísmicas de una explosión nuclear subterránea y un terremoto. Además, ochenta estaciones de radionúclidos detectan partículas radiactivas expulsadas por explosiones subterráneas. Ciertos radionucleidos constituyen una clara prueba de ensayos nucleares; la presencia de gases nobles puede indicar si se ha producido una explosión subterránea. Finalmente, once estaciones hidroacústicas y sesenta estaciones infrasónicas monitorean las pruebas submarinas y atmosféricas.

Galería

Ver también

notas y referencias

Otras lecturas

enlaces externos