Las explosiones nucleares pacíficas ( ENP ) son explosiones nucleares realizadas con fines no militares. Los usos propuestos incluyen la excavación para la construcción de canales y puertos , la generación eléctrica, el uso de explosiones nucleares para impulsar naves espaciales y como una forma de fracturación hidráulica de área amplia . Las ENP fueron un área de cierta investigación desde fines de la década de 1950 hasta la década de 1980, principalmente en los Estados Unidos y la Unión Soviética .
En los Estados Unidos, se llevaron a cabo una serie de pruebas en el marco del Proyecto Plowshare . Algunas de las ideas consideradas incluían la voladura de un nuevo Canal de Panamá , la construcción del propuesto Canal de Nicaragua , el uso de explosiones subterráneas para crear electricidad ( Proyecto PACER ) y una variedad de estudios mineros, geológicos y de radionúclidos . La mayor de las pruebas de excavación se llevó a cabo en la prueba nuclear de Sedán en 1962, que liberó grandes cantidades de gas radiactivo al aire. A fines de la década de 1960, la oposición pública a Plowshare estaba aumentando, y un estudio de la década de 1970 sobre la economía de los conceptos sugirió que no tenían ninguna utilidad práctica. Plowshare vio disminuir el interés a partir de la década de 1960 y se canceló oficialmente en 1977.
El programa soviético comenzó unos años después de los esfuerzos estadounidenses y exploró muchos de los mismos conceptos en el marco de su programa Explosiones nucleares para la economía nacional . El programa fue más amplio y llegó a realizar 239 explosiones nucleares. Algunas de estas pruebas también liberaron radiactividad, incluida una importante liberación de plutonio en las aguas subterráneas y la contaminación de una zona cercana al río Volga . Una parte importante del programa en los años 70 y 80 fue el uso de bombas muy pequeñas para producir ondas de choque como herramienta de medición sísmica y, como parte de estos experimentos, se utilizaron con éxito dos bombas para sellar pozos de petróleo que habían estallado. El programa finalizó oficialmente en 1988.
Como parte de los esfuerzos en curso para el control de armamentos , ambos programas pasaron a estar controlados por una variedad de acuerdos. El más notable de ellos es el Tratado sobre Explosiones Nucleares Subterráneas con Fines Pacíficos (Tratado PNE) de 1976. [1] [2] El Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares de 1996 prohíbe todas las explosiones nucleares, independientemente de que sean con fines pacíficos o no. Desde entonces, el tema se ha planteado varias veces, a menudo como un método para evitar el impacto de asteroides .
En el Tratado sobre la prohibición total de los ensayos nucleares, los signatarios acordaron no realizar ninguna explosión nuclear individual con una potencia superior a 150 kilotones equivalentes de TNT ; no realizar ninguna explosión en grupo (que consista en varias explosiones individuales) con una potencia total superior a 1.500 kilotones; y no realizar ninguna explosión en grupo con una potencia total superior a 150 kilotones a menos que las explosiones individuales del grupo pudieran identificarse y medirse mediante procedimientos de verificación convenidos. Las partes reafirmaron también sus obligaciones de cumplir plenamente con el Tratado de Prohibición Limitada de los Ensayos Nucleares de 1963.
Las partes se reservan el derecho de realizar explosiones nucleares con fines pacíficos en el territorio de otro país si así se lo solicita, pero sólo en pleno cumplimiento de las limitaciones de rendimiento y otras disposiciones del Tratado PNE y de conformidad con el Tratado de No Proliferación .
Los artículos IV y V del Tratado sobre la prohibición de las explosiones nucleares establecen los mecanismos de verificación acordados. Además de la utilización de medios técnicos nacionales, el tratado establece que cada parte facilitará información y acceso a los lugares de las explosiones, e incluye el compromiso de no interferir en los medios y procedimientos de verificación.
El protocolo del Tratado PNE establece los acuerdos específicos para garantizar que no se obtengan beneficios relacionados con armas prohibidos por el Tratado de Prohibición Umbral de Ensayos mediante la realización de una explosión nuclear utilizada con fines pacíficos, incluidas disposiciones para el uso del método de medición del rendimiento hidrodinámico , el monitoreo sísmico y la inspección in situ.
La declaración acordada que acompaña al tratado especifica que una "aplicación pacífica" de una explosión nuclear subterránea no incluiría las pruebas de desarrollo de ningún explosivo nuclear. [3]
Operación Plowshare fue el nombre del programa estadounidense para el desarrollo de técnicas de uso de explosivos nucleares con fines pacíficos. El nombre fue acuñado en 1961, tomado de Miqueas 4:3 ("Y juzgará entre las naciones, y reprenderá a muchos pueblos; y volverán sus espadas en rejas de arado , y sus lanzas en hoces; no alzará espada nación contra nación, ni se adiestrarán más para la guerra"). Entre 1961 y 1973 se realizaron veintiocho explosiones nucleares.
Una de las primeras propuestas estadounidenses de explosiones nucleares pacíficas que estuvo cerca de llevarse a cabo fue el Proyecto Chariot , que habría utilizado varias bombas de hidrógeno para crear un puerto artificial en el cabo Thompson , en Alaska. Nunca se llevó a cabo debido a las preocupaciones por las poblaciones nativas y al hecho de que había poco uso potencial para el puerto que justificara su riesgo y gasto. También se habló de utilizar explosiones nucleares para excavar un segundo Canal de Panamá , [4] así como una alternativa al Canal de Suez . [5] [6]
El experimento de excavación más grande se llevó a cabo en 1962 en el Sitio de Pruebas de Nevada del Departamento de Energía . La prueba nuclear de Sedan realizada como parte de la Operación Storax desplazó 12 millones de toneladas de tierra, creando el cráter artificial más grande del mundo, generando una gran lluvia radiactiva sobre Nevada y Utah . Se realizaron tres pruebas con el fin de estimular la producción de gas natural , pero el esfuerzo se abandonó por ser poco práctico debido al costo y la contaminación radiactiva del gas. [7] [8]
Las 27 explosiones nucleares del Proyecto Plowshare tuvieron muchos efectos negativos. Por ejemplo, el sitio del Proyecto Gasbuggy , [8] ubicado a 89 kilómetros (55 millas) al este de Farmington , Nuevo México, aún contiene contaminación nuclear de una única explosión subterránea en 1967. [9] Otras consecuencias incluyeron tierras arruinadas, comunidades reubicadas, agua contaminada con tritio , radiactividad y la lluvia radiactiva de escombros lanzados a la atmósfera. Estas fueron ignoradas y minimizadas hasta que el programa fue terminado en 1977, debido en gran parte a la oposición pública, después de que se hubieran gastado 770 millones de dólares en el proyecto. [10] [ se necesita una mejor fuente ]
La Unión Soviética llevó a cabo un programa mucho más vigoroso de 239 pruebas nucleares, algunas con múltiples dispositivos, entre 1965 y 1988 bajo los auspicios del Programa Nº 6 — Empleo de tecnologías nucleares explosivas en interés de la economía nacional y el Programa Nº 7 — Explosiones nucleares para la economía nacional .
El programa inicial se basó en la versión estadounidense, y se estudiaron los mismos conceptos básicos. Una prueba, la prueba Chagan de enero de 1965, ha sido descrita como un "clon casi" del lanzamiento del Sedan estadounidense. Al igual que el Sedan, la prueba Chagan también provocó la expulsión a la atmósfera de una enorme columna de material radiactivo, con un estimado del 20% de los productos de fisión. La detección de la columna sobre Japón llevó a Estados Unidos a acusar a los soviéticos de haber llevado a cabo una prueba en la superficie violando el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares , pero estas acusaciones fueron retiradas más tarde.
El programa posterior, y más amplio, de "Sondeos Sísmicos Profundos" se centró en el uso de explosiones mucho más pequeñas para diversos usos geológicos. Algunas de estas pruebas se consideran operativas, no puramente experimentales. [11] Entre ellas se incluía el uso de explosiones nucleares pacíficas para crear perfiles sísmicos profundos . En comparación con el uso de explosivos convencionales o métodos mecánicos, las explosiones nucleares permiten la recopilación de perfiles sísmicos más largos (hasta varios miles de kilómetros). [12]
Alexey Yablokov afirmó que todas las tecnologías de PNE tienen alternativas no nucleares y que muchas de ellas en realidad causaron desastres nucleares. [13]
Los informes sobre el uso exitoso de explosiones nucleares por parte de la Unión Soviética para extinguir incendios fuera de control en pozos de gas fueron ampliamente citados en los debates sobre políticas de los Estados Unidos sobre las opciones para detener el derrame de petróleo de Deepwater Horizon en el Golfo de México en 2010. [14] [15]
En un momento dado, Alemania consideró la posibilidad de fabricar explosivos nucleares para fines de ingeniería civil. A principios de los años 1970 se realizó un estudio de viabilidad para un proyecto de construcción de un canal desde el mar Mediterráneo hasta la depresión de Qattara en el desierto occidental de Egipto mediante demolición nuclear. Este proyecto proponía utilizar 213 dispositivos, con potencias de entre 1 y 1,5 megatones, detonados a profundidades de entre 100 y 500 m (330 y 1.640 pies) para construir este canal con el fin de producir energía hidroeléctrica. [16] [17] [18]
El Gobierno indio describió al Buda Sonriente , el primer dispositivo nuclear explosivo de la India , como una explosión nuclear pacífica. [19]
En Australia , se propuso la detonación nuclear como forma de extraer mineral de hierro en Pilbara . [20]
Además de su uso como armas, los explosivos nucleares se han probado y utilizado, de manera similar a los explosivos químicos de alta potencia , para diversos usos no militares, como el movimiento de tierras a gran escala, la producción de isótopos y la estimulación y el cierre del flujo de gas natural .
En el apogeo de la era atómica , Estados Unidos inició la Operación Plowshare , que implicaba "explosiones nucleares pacíficas". El presidente de la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos anunció que el proyecto Plowshare tenía como objetivo "resaltar las aplicaciones pacíficas de los dispositivos explosivos nucleares y, por lo tanto, crear un clima de opinión mundial que sea más favorable al desarrollo y las pruebas de armas". [25] [26] [ necesita cita para verificar ] El programa de la Operación Plowshare incluyó 27 pruebas nucleares diseñadas para investigar estos usos no armamentísticos desde 1961 hasta 1973. Debido a la incapacidad de los físicos estadounidenses para reducir la fracción de fisión de los dispositivos nucleares de bajo rendimiento (aproximadamente 1 kilotón) que se habrían requerido para muchos proyectos de ingeniería civil , cuando los costos de salud y limpieza a largo plazo de los productos de fisión se incluyeron en el costo, prácticamente no hubo ninguna ventaja económica sobre los explosivos convencionales, excepto para los proyectos potencialmente más grandes. [27] [28]
El Proyecto de la Depresión de Qattara fue desarrollado por el profesor Friedrich Bassler durante su nombramiento en el Ministerio de Economía de Alemania Occidental en 1968. Presentó un plan para crear un lago sahariano y una central hidroeléctrica mediante la construcción de un túnel entre el mar Mediterráneo y la Depresión de Qattara en Egipto, una zona que se encuentra por debajo del nivel del mar. El problema central de todo el proyecto era el suministro de agua a la depresión. Los cálculos de Bassler demostraron que la excavación de un canal o túnel sería demasiado costosa, por lo que determinó que el uso de dispositivos explosivos nucleares para excavar el canal o el túnel sería la opción más económica. El gobierno egipcio se negó a seguir adelante con la idea. [29]
La Unión Soviética llevó a cabo un programa mucho más exhaustivo que Plowshare, con 239 pruebas nucleares entre 1965 y 1988. Además, muchas de las "pruebas" fueron consideradas aplicaciones económicas, no pruebas, en el programa Explosiones Nucleares para la Economía Nacional . [30]
Entre ellas se incluyó una explosión de 30 kilotones utilizada para cerrar el pozo de gas uzbeko Urtabulak en 1966 que había estado explotando desde 1963, y unos meses más tarde se utilizó un explosivo de 47 kilotones para sellar una explosión de mayor presión en el cercano campo de gas de Pamuk . [31] (Para más detalles, véase Explosión (perforación de pozos)#Uso de explosiones nucleares ).
Los dispositivos que produjeron la mayor proporción de su rendimiento a través de reacciones de fusión únicamente son posiblemente las explosiones nucleares pacíficas soviéticas de Taiga de la década de 1970. Sus registros públicos indican que el 98% de su rendimiento explosivo de 15 kilotones se derivó de reacciones de fusión, por lo que solo 0,3 kilotones se derivaron de la fisión. [32] [33]
La detonación repetida de dispositivos nucleares bajo tierra en domos de sal , de una manera algo análoga a las explosiones que alimentan el motor de combustión interna de un automóvil (en el sentido de que sería un motor térmico ), también se ha propuesto como un medio de energía de fusión en lo que se denomina PACER . [34] [35] Otros usos investigados para explosiones nucleares pacíficas de bajo rendimiento fueron detonaciones subterráneas para estimular, mediante un proceso análogo al fracking , el flujo de petróleo y gas natural en formaciones compactas ; esto se desarrolló más en la Unión Soviética, y se informó de un aumento en la producción de muchos cabezales de pozo . [31]
En 2015, el empresario multimillonario Elon Musk popularizó un enfoque según el cual el planeta frío Marte podría ser terraformado mediante la detonación de dispositivos termonucleares de alto rendimiento de fusión sobre las capas de hielo mayoritariamente secas del planeta. [36] El plan específico de Musk no sería muy factible dentro de las limitaciones energéticas de los dispositivos nucleares fabricados históricamente (que varían en kilotones de equivalente de TNT), por lo que se requieren avances importantes para que se lo considere. En parte debido a estos problemas, el físico Michio Kaku (quien inicialmente propuso el concepto) sugiere en cambio utilizar reactores nucleares al estilo típico de la calefacción urbana terrestre para crear biomas tropicales aislados en la superficie marciana. [36]
Como alternativa, como las detonaciones nucleares están actualmente algo limitadas en términos de rendimiento alcanzable demostrado , se podría emplear el uso de un dispositivo explosivo nuclear comercial para "empujar" un cometa que roce a Marte hacia un polo del planeta. El impacto sería un esquema mucho más eficiente para entregar la energía requerida, vapor de agua, gases de efecto invernadero y otros volátiles biológicamente significativos que podrían comenzar a terraformar rápidamente Marte. Una de esas oportunidades para esto ocurrió en octubre de 2014 cuando un cometa "de una vez en un millón de años" (designado como C/2013 A1 , también conocido como cometa "Siding Spring") se acercó a 140 000 km ( 87 000 mi) de la atmósfera marciana . [37] [38]
El descubrimiento y síntesis de nuevos elementos químicos por transmutación nuclear , y su producción en las cantidades necesarias para permitir el estudio de sus propiedades, se llevó a cabo en pruebas de dispositivos explosivos nucleares. Por ejemplo, el descubrimiento del efímero einstenio y el fermio , ambos creados bajo el intenso entorno de flujo de neutrones dentro de las explosiones termonucleares, siguió a la primera prueba de dispositivo termonuclear Teller-Ulam, Ivy Mike . La rápida captura de tantos neutrones requeridos en la síntesis de einstenio proporcionaría la necesaria confirmación experimental directa del llamado proceso r , las múltiples absorciones de neutrones necesarias para explicar la nucleosíntesis cósmica (producción) de todos los elementos químicos más pesados que el níquel en la tabla periódica en explosiones de supernovas , antes de la desintegración beta , con el proceso r explicando la existencia de muchos elementos estables en el universo. [40]
La presencia mundial de nuevos isótopos a partir de pruebas atmosféricas realizadas a partir de la década de 1950 condujo al desarrollo en 2008 de un método fiable para detectar falsificaciones de obras de arte. Las pinturas creadas después de ese período pueden contener trazas de cesio-137 y estroncio-90 , isótopos que no existían en la naturaleza antes de 1945. [41] [42] ( Los productos de fisión se produjeron en el reactor de fisión nuclear natural de Oklo hace unos 1.700 millones de años, pero se desintegraron antes de la primera pintura humana conocida). [43]
Tanto la climatología como, en particular , la ciencia de los aerosoles , un subcampo de la ciencia atmosférica , se crearon en gran medida para responder a la pregunta de qué tan lejos y a qué distancia se extendería la lluvia radiactiva . De manera similar a los trazadores radiactivos utilizados en hidrología y pruebas de materiales, la lluvia radiactiva y la activación neutrónica del gas nitrógeno sirvieron como trazadores radiactivos que se utilizaron para medir y luego ayudar a modelar las circulaciones globales en la atmósfera siguiendo los movimientos de los aerosoles de la lluvia radiactiva . [44] [45]
Después de que se descubrieran los cinturones de Van Allen que rodean la Tierra en 1958, James Van Allen sugirió que una detonación nuclear sería una forma de investigar el fenómeno magnético. Los datos obtenidos en las pruebas de agosto de 1958 del Proyecto Argus , una investigación de explosiones nucleares a gran altitud , fueron vitales para la comprensión temprana de la magnetosfera de la Tierra . [46] [47]
El físico nuclear soviético y premio Nobel de la Paz Andrei Sakharov también propuso la idea de que los terremotos podrían mitigarse y los aceleradores de partículas podrían fabricarse utilizando explosiones nucleares, [48] [49] con este último creado conectando un dispositivo explosivo nuclear con otro de sus inventos, el generador de compresión de flujo bombeado explosivamente , [50] para acelerar los protones para que colisionen entre sí para investigar su funcionamiento interno, un esfuerzo que ahora se realiza a niveles de energía mucho más bajos con imanes superconductores no explosivos en el CERN . Sakharov sugirió reemplazar la bobina de cobre en sus generadores MK por un gran solenoide superconductor para comprimir magnéticamente y enfocar las explosiones nucleares subterráneas en un efecto de carga moldeada . Teorizó que esto podría enfocar 10 23 protones cargados positivamente por segundo en una superficie de 1 mm 2 , luego imaginó hacer que dos de esos rayos colisionaran en forma de un supercolisionador . [51]
Los datos de explosivos nucleares subterráneos provenientes de pruebas de explosiones nucleares pacíficas se han utilizado para investigar la composición del manto de la Tierra , de manera análoga a la práctica de geofísica de exploración de prospección de minerales con explosivos químicos en la sismología de reflexión de " sondeo sísmico profundo " . [52] [53] [54]
Proyecto A119 , propuesto en la década de 1960, que como explicó el científico de Apolo Gary Latham, habría sido la detonación de un dispositivo nuclear "pequeño" en la Luna para facilitar la investigación sobre su composición geológica. [55] Análogo en concepto a la explosión de rendimiento comparativamente bajo creada por la misión de prospección de agua del Satélite de Observación y Detección de Cráteres Lunares (LCROSS) , que se lanzó en 2009 y liberó el impactador de energía cinética "Centauro" , un impactador con una masa de 2.305 kg (5.081 lb), y una velocidad de impacto de aproximadamente 9.000 km/h (5.600 mph), [56] liberando la energía cinética equivalente a detonar aproximadamente 2 toneladas de TNT (8,86 GJ ).
El primer examen preliminar de los efectos de las detonaciones nucleares sobre diversos materiales metálicos y no metálicos, se produjo en 1955 con la Operación Teapot , donde una cadena de esferas de material del tamaño aproximado de una pelota de baloncesto se dispusieron a distancias aéreas fijas, descendiendo desde la torre de disparo. [57] En lo que entonces fue una observación experimental sorprendente, todas las esferas, excepto las directamente dentro de la torre de disparo, sobrevivieron, notándose la mayor ablación en la esfera de aluminio ubicada a 18 metros (60 pies) del punto de detonación, con un poco más de 25 milímetros (1 pulgada) de material de la superficie ausente al recuperarse. [57] A estas esferas a menudo se las conoce como " bolas de Lew Allen ", en honor al director del proyecto durante los experimentos. [58]
Los datos de ablación recopilados para varios materiales y las distancias que se impulsaron las esferas, sirven como base para el estudio de propulsión de pulso nuclear, Proyecto Orión . [58] El uso directo de explosivos nucleares, mediante el impacto del plasma propulsor ablacionado de una carga nuclear con forma que actúa sobre la placa de empuje trasera de un barco, fue y sigue siendo estudiado seriamente como un posible mecanismo de propulsión .
Aunque es probable que nunca haya alcanzado la órbita debido a la resistencia aerodinámica , el primer objeto macroscópico que alcanzó la velocidad orbital de la Tierra fue una "tapa de alcantarilla de 900 kg" propulsada por la detonación algo enfocada del disparo de prueba Pascal-B en agosto de 1957. El uso de un pozo subterráneo y un dispositivo nuclear para propulsar un objeto a la velocidad de escape se ha denominado desde entonces "pozo de truenos". [59]
En la década de 1970, Edward Teller , en Estados Unidos, popularizó el concepto de utilizar una detonación nuclear para alimentar un láser de rayos X blandos bombeado explosivamente como componente de un escudo de defensa contra misiles balísticos conocido como Proyecto Excalibur . Esto creó docenas de haces de rayos X altamente enfocados que harían que el misil se rompiera debido a la ablación láser .
La ablación láser es uno de los mecanismos de daño de un arma láser , pero también es uno de los métodos investigados detrás de la propulsión láser pulsada destinada a naves espaciales, aunque generalmente se alimenta mediante matrices láser bombeadas de manera convencional. Por ejemplo, las pruebas de vuelo terrestre realizadas por el profesor Leik Myrabo, utilizando un banco de pruebas láser pulsado alimentado de manera convencional y no nuclear , levantaron con éxito una nave ligera a 72 metros de altitud mediante un método similar a la propulsión láser ablativa en 2000. [60]
Se ha calculado que un potente sistema láser de rayos X suaves , a ultravioleta , basado en el sistema solar es capaz de propulsar una nave espacial interestelar , mediante el principio de vela ligera , a un 11% de la velocidad de la luz . [63] En 1972 también se calculó que un láser de rayos X de 1 teravatio y 1 km de diámetro con una longitud de onda de 1 angstrom que incidiese sobre una vela de 1 km de diámetro podría propulsar una nave espacial a Alfa Centauri en 10 años. [64]
Un medio propuesto para evitar que un asteroide impacte con la Tierra, suponiendo tiempos cortos entre la detección y el impacto en la Tierra , es detonar uno, o una serie, de dispositivos explosivos nucleares, en , o en una orientación de proximidad de distancia con el asteroide, [65] con el último método ocurriendo lo suficientemente lejos de la amenaza entrante para prevenir la posible fractura del objeto cercano a la Tierra , pero aún lo suficientemente cerca para generar un efecto de ablación láser de alto empuje . [66]
Un análisis de la NASA de 2007 sobre las estrategias para evitar impactos utilizando diversas tecnologías afirmó: [67]
Se estima que las explosiones nucleares a distancia son entre 10 y 100 veces más eficaces que las alternativas no nucleares analizadas en este estudio. Otras técnicas que implican el uso de explosivos nucleares en la superficie o en el subsuelo pueden ser más eficientes, pero conllevan un mayor riesgo de fracturar el objeto cercano a la Tierra que se pretende atacar. También conllevan mayores riesgos de desarrollo y operaciones.
La recopilación de datos se completó sustancialmente en la Ruta 17 en Panamá, una de las rutas consideradas para excavaciones nucleares... La Comisión de Energía Atómica ha llevado a cabo recientemente los dos primeros de la serie planificada de experimentos de excavación nuclear diseñados para determinar la viabilidad de la excavación nuclear de un canal a nivel del mar.
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