La MASINT nuclear es una de las seis subdisciplinas principales generalmente aceptadas para conformar la Inteligencia de Medición y Firma (MASINT), que abarca la medición y caracterización de la información derivada de la radiación nuclear y otros fenómenos físicos asociados con armas nucleares, reactores, procesos, materiales, dispositivos e instalaciones. El monitoreo nuclear puede realizarse de forma remota o durante inspecciones in situ de las instalaciones nucleares. La explotación de datos da como resultado la caracterización de armas nucleares, reactores y materiales. Varios sistemas detectan y monitorean el mundo en busca de explosiones nucleares, así como la producción de materiales nucleares. [1]
Según el Departamento de Defensa de los Estados Unidos , MASINT es inteligencia derivada técnicamente (excluyendo imágenes tradicionales IMINT e inteligencia de señales SIGINT ) que, cuando se recopila, procesa y analiza mediante sistemas MASINT dedicados, da como resultado inteligencia que detecta, rastrea, identifica o describe las firmas (características distintivas) de fuentes objetivo fijas o dinámicas. MASINT fue reconocida como una disciplina de inteligencia formal en 1986. [2] La inteligencia de materiales es una de las principales disciplinas MASINT (FM2-0Ch9) .
Al igual que la mayoría de las subdisciplinas de MASINT, la MASINT nuclear se superpone con otras. El estudio de la radiación, en el marco de la MASINT nuclear, es una operación de área o medirá los efectos sobre personas o cosas específicas. El análisis de pruebas nucleares , por otro lado, se centra en el análisis de campo o de laboratorio de referencia de muestras de muestreo de aire, sitios contaminados, etc.
Al igual que con muchas ramas de MASINT, las técnicas específicas pueden superponerse con las seis disciplinas conceptuales principales de MASINT definidas por el Centro de Estudios e Investigación MASINT, que divide a MASINT en disciplinas electroópticas, nucleares, geofísicas, de radar, de materiales y de radiofrecuencia. [3]
En particular, existe una línea divisoria muy estrecha entre la MASINT nuclear y las técnicas de análisis nuclear en la MASINT de materiales. La diferencia básica es que la MASINT nuclear se ocupa de las características de los eventos nucleares en tiempo real, como explosiones nucleares, nubes radiactivas de accidentes o terrorismo y otros tipos de eventos de radiación. Sin embargo, un analista de MASINT de materiales que observe el mismo fenómeno tendrá una visión más a nivel micro, y realizará tareas como analizar partículas radiactivas de muestras de aire, contaminación del suelo o gases radiactivos liberados a la atmósfera.
Algunas técnicas de MASINT nuclear se ubican de manera bastante arbitraria en esta subdisciplina. Por ejemplo, la medición del brillo y la opacidad de una nube a partir de una explosión nuclear generalmente se considera MASINT nuclear, pero las técnicas utilizadas para medir esos parámetros son electroópticas. La distinción arbitraria aquí considera que la MASINT nuclear es una descripción más específica que la MASINT electroóptica.
En una guerra nuclear, después de accidentes con armas nucleares y con la amenaza contemporánea de una guerra radiológica con "bombas sucias", medir la intensidad de la radiación ionizante de alta intensidad y la dosis acumulada recibida por el personal es una información de seguridad fundamental.[3]
La función de encuesta mide el tipo de radiación ionizante activa presente en: [4]
Si bien los emisores de partículas alfa, como los del uranio empobrecido (es decir, el uranio 238), no son un peligro a distancia, las mediciones de partículas alfa son necesarias para el manejo seguro del polvo de proyectiles o de vehículos dañados con blindaje de uranio empobrecido.
El instrumento básico de estudio de campo que puede detectar partículas alfa es un escintilómetro , como el AN/PDR-77, que "aceptará un máximo de ocho sondas diferentes. Cada sonda se reconoce automáticamente y tiene información de calibración única almacenada en una memoria no volátil. El AN/PDR-77 viene con tres sondas. Una sonda alfa de azufre de cinc (ZnS) de 100 cm2, una sonda beta y/o gamma de dos tubos Geiger y una sonda de rayos X de baja energía de yoduro de sodio (NaI) de 5 pulgadas capaz de medir y encontrar niveles de contaminación de superficie de plutonio y americio (Am)-241 en μCi/m2. Hay disponible un kit de accesorios que contiene una sonda tipo panqueque GM y una sonda micro-R de NaI de 1” x 1,5”. Varios protectores extraíbles para permitir que las partículas alfa y beta lleguen al sensor".
Para el estudio del tritio se utilizan instrumentos especializados. Los niveles de tritio se miden con el AN/PDR-73 o -74. Hay disponible una amplia gama de cámaras de ionización, dosímetros personales termoluminiscentes y de película.
"La mejor manera de estudiar el uranio en el campo es midiendo los rayos X en el rango de 60 a 80 keV emitidos por los isótopos de uranio y sus derivados. En el caso del plutonio, la mejor técnica es detectar el contaminante Am-241 que lo acompaña, que emite un potente rayo gamma de 60 keV. Conociendo el ensayo original y la edad del arma, se puede calcular con precisión la relación entre plutonio y americio y, por lo tanto, determinar la contaminación total por plutonio. (DoD3150.8-M y pág. 221) "Muchos de los factores que no se pueden controlar en un entorno de campo se pueden gestionar en un laboratorio móvil que se puede llevar al lugar del accidente. Por lo general, las capacidades incluyen espectroscopia gamma, recuento de fondo bajo para muestras muy delgadas que emiten rayos alfa y beta, y contadores de centelleo líquido para emisores beta de energía extremadamente baja, como el tritio.
La directiva del Departamento de Defensa deja clara la distinción de que la detección es más difícil que la medición, y esta última es necesaria para la MASINT. "P5.2.2.1. La radiación nuclear no es fácil de detectar. La detección de la radiación es siempre un proceso de varios pasos, altamente indirecto. Por ejemplo, en un detector de centelleo, la radiación incidente excita un material fluorescente que se desexcita emitiendo fotones de luz. La luz se enfoca sobre el fotocátodo de un tubo fotomultiplicador que desencadena una avalancha de electrones. La lluvia de electrones produce un pulso eléctrico que activa un medidor leído por el operador. No es sorprendente que la relación cuantitativa entre la cantidad de radiación realmente emitida y la lectura del medidor sea una función compleja de muchos factores. Dado que esos factores solo se pueden controlar bien dentro de un laboratorio, solo en un entorno de laboratorio se pueden realizar mediciones verdaderas". Esto puede ser un laboratorio de campo.
Los detectores basados en semiconductores, en particular el germanio hiperpuro, tienen una mejor resolución de energía intrínseca que los centelleadores y son los preferidos cuando es posible para la espectrometría de rayos gamma. En el caso de los detectores de neutrones, se obtiene una alta eficiencia mediante el uso de materiales centelleantes ricos en hidrógeno que dispersan los neutrones de manera eficiente. Los contadores de centelleo líquido son un medio eficiente y práctico para cuantificar la radiación beta.
Algunos accidentes de reactores han dejado niveles extremadamente altos, como en Chernóbil o en el SL-1 de Idaho . En el caso de Chernóbil, muchos valientes trabajadores de rescate y mitigación, algunos a sabiendas y otros no, se condenaron a sí mismos. La limpieza muy cuidadosa del SL-1, en una zona remota y donde el confinamiento mantuvo su integridad, minimizó los riesgos.
Desde esos incidentes y otros, la tecnología de vehículos operados de forma remota o autónomos ha mejorado.
Una fracción significativa de la energía generada por un reactor nuclear se pierde en forma de antineutrinos extremadamente penetrantes , con una firma que revela el tipo de reacciones en su interior. Por lo tanto, se están estudiando detectores de antineutrinos para localizarlos y monitorearlos a distancia. [5] Inicialmente frenado por la falta de datos de espectro, a principios de la década de 2000, con una mayor resolución, el proceso se ha demostrado en Canadá y se sugiere como posiblemente útil para monitorear de forma remota los reactores propuestos dentro del programa de energía nuclear de Irán. [6] [7] [8] [9] El Experimento de Neutrinos del Reactor de Daya Bay multinacional en China es actualmente (a partir de 2016) la instalación de investigación más importante del mundo en este campo.
En 1959, Estados Unidos comenzó a experimentar con sensores nucleares espaciales, empezando por los satélites VELA HOTEL . En un principio, su finalidad era detectar explosiones nucleares en el espacio mediante detectores de rayos X, neutrones y rayos gamma. Los satélites VELA más avanzados incorporaron dispositivos electroópticos MASINT, denominados bhangmeters , que podían detectar pruebas nucleares en la Tierra detectando una firma característica de las explosiones nucleares: un doble destello de luz, con destellos separados por milisegundos. Mediante sensores MASINT de radiofrecuencia, los satélites también podían detectar firmas de pulsos electromagnéticos (EMP) de eventos en la Tierra.
Varios satélites más avanzados reemplazaron a los primeros VELA, y la función existe hoy en día como Sistema Integrado de Detección Nuclear Operacional (IONDS), como una función adicional en los satélites NAVSTAR utilizados para la información de navegación GPS .
Más allá de los efectos biológicos inmediatos, la radiación ionizante tiene efectos estructurales sobre los materiales.
Aunque los reactores nucleares suelen estar en carcasas resistentes, no se advirtió inmediatamente que el bombardeo de neutrones a largo plazo puede hacer que el acero se vuelva quebradizo. Cuando, por ejemplo, los reactores de submarinos exsoviéticos no reciben un mantenimiento completo o no se desmantelan, existe un riesgo acumulativo de que el acero del contenedor o las tuberías que pueden llegar al núcleo pierdan resistencia y se rompan. Comprender esos efectos como una función del tipo y la densidad de la radiación puede ayudar a predecir cuándo las instalaciones nucleares mal mantenidas pueden volverse órdenes de magnitud más peligrosas. [10] "Durante las operaciones de potencia de los reactores nucleares de agua presurizada y refrigerados por agua ligera, la fragilización inducida por radiación degradará ciertas propiedades mecánicas importantes para mantener la integridad estructural de la vasija de presión del reactor (RPV). Específicamente, la fragilización inducida por radiación de neutrones rápidos (E > 1 MeV) del acero de la RPV podría llevar a un compromiso de la integridad de la vasija, en condiciones extremas de temperatura y presión, a través de una reducción en la tenacidad a la fractura del acero. Esta denominada fragilización de neutrones rápidos es una función compleja de muchos factores, incluyendo la fluencia de neutrones, el espectro de energía de neutrones y la composición química del acero. También pueden entrar en juego factores adicionales, como la tasa de fluencia de neutrones, cuyos efectos no se han investigado completamente. Debido a las obvias implicaciones de seguridad provocadas por una posible violación de la integridad de la vasija de presión, la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos (US NRC) ha emitido requisitos diseñados para ayudar a garantizar que se preserve la integridad estructural de la vasija de presión del reactor". (CIRMS-4, p. 76) . Los requisitos de este objetivo, sin embargo, presuponen que el reactor se construyó con factores de seguridad estrictos.
La radiación ionizante puede destruir o restablecer semiconductores. Sin embargo, existe una diferencia entre el daño causado por la radiación ionizante y el causado por el pulso electromagnético . La MASINT de pulso electromagnético (EMP) es una disciplina complementaria a la MASINT nuclear.