Las pruebas nucleares subterráneas son detonaciones de prueba de armas nucleares que se realizan bajo tierra. Cuando el dispositivo que se está probando está enterrado a una profundidad suficiente, la explosión nuclear puede ser contenida, sin que se liberen 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 al lugar de la prueba se vaporiza y forma una cavidad. Más lejos, hay zonas de roca triturada, agrietada y deformada irreversiblemente . Después de la explosión, la roca que se encuentra sobre la cavidad puede derrumbarse y formar una chimenea de escombros. Si esta chimenea alcanza la superficie, puede formarse un cráter de hundimiento con forma de cuenco .
El primer ensayo subterráneo se realizó en 1951. Pruebas posteriores llevaron pronto a los científicos a la conclusión de que, incluso a pesar de las consideraciones medioambientales y diplomáticas, los ensayos subterráneos tenían un valor científico mucho mayor que todas las demás formas de ensayo. Esta comprensión influyó mucho en los gobiernos de las tres primeras potencias nucleares que firmaron el Tratado de Prohibición Limitada de Ensayos Nucleares en 1963, que prohibía todos los ensayos nucleares excepto los realizados bajo tierra. Desde entonces hasta la firma del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares en 1996, la mayoría de los ensayos nucleares se realizaron bajo tierra, lo que impidió que más residuos nucleares entraran en la atmósfera.
La preocupación pública sobre las consecuencias de las pruebas nucleares aumentó a principios de los años 1950. [1] [2] Las consecuencias se descubrieron después de la prueba Trinity , la primera prueba de bomba atómica de la historia, en 1945. [2] Los fabricantes de películas fotográficas informaron más tarde de películas "empañadas" ; esto se atribuyó a materiales de embalaje procedentes de cultivos de Indiana, contaminados por Trinity y pruebas posteriores en el Sitio de Pruebas de Nevada , a más de 1.600 km (1.000 millas) de distancia. [2] La intensa lluvia radiactiva de la prueba Simon de 1953 se documentó hasta Albany, Nueva York. [2]
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". [3] La prueba de varios megatones provocó una lluvia radiactiva en las islas de los atolones de Rongerik y Rongelap y en un barco pesquero japonés conocido como Daigo Fukuryū Maru (Dragón de la suerte). [3] Antes de esta prueba, no se había "estimado" lo suficiente los peligros de la lluvia radiactiva. [3]
La prueba se convirtió en un incidente internacional. En una entrevista concedida a la Public Broadcasting Service (PBS), la historiadora Martha Smith afirmó: "En Japón, se convierte en un gran problema, no sólo en términos del gobierno y su protesta contra los Estados Unidos, sino que todos los diferentes grupos y todos los diferentes pueblos del Japón empiezan a protestar. Se convierte en un gran problema en los medios de comunicación. Hay todo tipo de cartas y protestas que proceden, como era de esperar, de pescadores japoneses, de las esposas de los pescadores; hay grupos de estudiantes, todo tipo de personas; que protestan contra el uso del Pacífico por parte de los estadounidenses para realizar pruebas nucleares. Están muy preocupados, en primer lugar, por el hecho de que Estados Unidos tenga siquiera el derecho de llevar a cabo ese tipo de pruebas en el Pacífico. También están preocupados por el impacto en la salud y el medio ambiente". [4] El Primer Ministro de la India "expresó la creciente preocupación internacional" cuando pidió la eliminación de todas las pruebas nucleares en todo el mundo. [ ¿ Quién? ] [1]
El conocimiento sobre la lluvia radiactiva y sus efectos aumentó, y con él la preocupación por el medio ambiente global y el daño genético a largo plazo . [5] 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. [5] El 5 de agosto de 1963, los representantes de los Estados Unidos , la Unión Soviética y el Reino Unido firmaron el Tratado de Prohibición Limitada de Pruebas, prohibiendo las pruebas de armas nucleares en la atmósfera, en el espacio y bajo el agua. [6] El acuerdo se facilitó con la decisión de permitir las pruebas subterráneas, eliminando la necesidad de inspecciones in situ que preocupaban a los soviéticos. [6] Las pruebas subterráneas fueron permitidas, siempre que no provoquen "la presencia de desechos radiactivos fuera de los límites territoriales del Estado bajo cuya jurisdicción o control se lleva a cabo dicha explosión". [5]
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. [7] De este modo, el Estado Mayor Conjunto de los Estados Unidos obtuvo el consentimiento de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos (AEC) para realizar experimentos tanto en la superficie como bajo la superficie. [7] La isla de Amchitka , en Alaska , fue seleccionada inicialmente para estas pruebas en 1950, pero el sitio se consideró más tarde inadecuado y las pruebas se trasladaron al Sitio de Pruebas de Nevada. [8]
El primer ensayo nuclear subterráneo se llevó a cabo el 29 de noviembre de 1951. [9] [10] [11] Se trató del Buster-Jangle Uncle de 1,2 kilotones , [12] que detonó a 5,2 m por debajo del nivel del suelo. [10 ] La prueba fue diseñada como una investigación a escala reducida de los efectos de un arma de fisión de tipo cañón de penetración terrestre de 23 kilotones que entonces se estaba considerando para su uso como arma de cráteres y destructora de búnkeres . [13] La explosión dio lugar a una nube que se elevó a 3500 m y depositó la radiación radiactiva al norte y al noreste. [14] El cráter resultante tenía 79 m de ancho y 16 m de profundidad. [13]
La siguiente prueba subterránea fue Teapot Ess , el 23 de marzo de 1955. [10] La explosión de un kilotón fue una prueba operativa de una " Munición de Demolición Atómica " (ADM). [15] Fue detonada a 67 pies (20 m) bajo tierra, en un pozo revestido con acero corrugado, que luego se rellenó con sacos de arena y tierra. [16] Debido a que la ADM estaba enterrada bajo tierra, la explosión hizo volar toneladas de tierra hacia arriba, [15] creando un cráter de 300 pies (90 m) de ancho y 128 pies (39 m) de profundidad. [16] La nube de hongo resultante se elevó a una altura de 12.000 pies (3.700 m) y la posterior lluvia radiactiva se desplazó en dirección este, viajando hasta 140 millas (225 km) desde la zona cero. [15]
El 26 de julio de 1957, se detonó el Plumbbob Pascal-A en el fondo de un pozo de 148 m (486 pies). [17] [18] Según una descripción, "marcó el comienzo de la era de las pruebas subterráneas con una magnífica vela romana pirotécnica ". [19] En comparación con una prueba sobre la superficie, los desechos radiactivos liberados a la atmósfera se redujeron en un factor de diez. [19] Se comenzó a trabajar teóricamente sobre posibles esquemas de contención. [19]
El Plumbbob Rainier fue detonado a 274 m (899 pies) bajo tierra el 19 de septiembre de 1957. [17] La explosión de 1,7 kt fue la primera en ser completamente contenida bajo tierra, sin producir lluvia radiactiva. [20] La prueba se llevó a cabo en un túnel horizontal de 500 a 600 m (1600 a 2000 pies ) [21] en forma de gancho. [ 22] El gancho "fue diseñado para que la fuerza explosiva sellara la parte no curva del túnel más cercana a la detonación antes de que los gases y los fragmentos de fisión puedan ser ventilados alrededor de la curva del gancho del túnel". [22] Esta prueba se convertiría en el prototipo para pruebas más grandes y poderosas. [20] Rainier fue anunciado con anticipación, para que las estaciones sísmicas pudieran intentar registrar una señal. [23]
El análisis de las muestras recogidas después de la prueba permitió a los científicos desarrollar una comprensión de las explosiones subterráneas que "permanece esencialmente inalterada hasta el día de hoy". [23] La información proporcionaría más tarde una base para decisiones posteriores de acuerdo con el Tratado de Prohibición Limitada de los Ensayos Nucleares. [23]
Cannikin , la última prueba en las instalaciones de Amchitka, fue detonada el 6 de noviembre de 1971. Con aproximadamente cinco megatones , fue la prueba subterránea más grande en la historia de los EE. UU. [24]
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. [25] Si la prueba se realiza a una profundidad suficiente, se dice que la prueba está contenida , sin ventilación de gases u otros contaminantes al medio ambiente. [25] Por el contrario, si el dispositivo está enterrado a una profundidad insuficiente ("subenterrado"), entonces la roca puede ser expulsada por la explosión, formando un cráter de hundimiento rodeado de material eyectado y liberando gases de alta presión a la atmósfera (el cráter resultante suele ser cónico en perfil, circular y puede variar entre decenas y cientos de yardas de diámetro y profundidad [26] ).
Una cifra que se utiliza para determinar la profundidad a la que se debe enterrar el dispositivo es la profundidad de enterramiento escalada , o profundidad de explosión (SDOB, por sus siglas en inglés) [25] . Esta cifra se calcula como la profundidad de enterramiento dividida por la raíz cúbica del rendimiento. Se estima que, para garantizar la contención, esta cifra debe ser mayor a 300 pies (100 m) por kilotón 1/3 . [25] [27]
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 . [25] En milisegundos , se forma una burbuja de gas y vapor a alta presión. El calor y la onda de choque en expansión hacen que la roca circundante se vaporice, o se derrita más lejos, creando una cavidad de fusión . [26] El movimiento inducido por el choque 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. [26] 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, consiste en roca con fisuras radiales y concéntricas. Finalmente, la zona de deformación irreversible está formada por rocas deformadas por la presión. [26] La siguiente capa sufre únicamente una deformación elástica ; la deformación y la consiguiente liberación forman entonces una onda sísmica . Unos segundos después, la roca fundida comienza a acumularse en el fondo de la cavidad y el contenido de la misma comienza a enfriarse. El rebote después de la onda de choque hace que se acumulen fuerzas de compresión alrededor de la cavidad, llamadas jaula de contención de tensiones , sellando las grietas. [28]
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 en 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 . [26] Un cráter de este tipo suele tener forma de cuenco y varía en tamaño desde alrededor de 100 pies hasta más de media milla de diámetro. [26] 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 provocaron un colapso de la superficie, en comparación con aproximadamente la mitad de las pruebas realizadas a una SDOB de menos de 180. [26] 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). [28]
Otras características de la superficie pueden incluir terreno perturbado, crestas de presión , fallas , movimiento de agua (incluidos cambios en el nivel freático ), desprendimientos de rocas y hundimiento del suelo. [26] La mayor parte del gas en la cavidad está compuesto de vapor; su volumen disminuye drásticamente a medida que la temperatura cae 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 de 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 considerarse al evaluar la contención del sitio de prueba; los suelos arcillosos saturados de agua pueden causar colapso estructural y ventilación. La roca dura del basamento puede reflejar las ondas de choque de la explosión, lo que también puede causar 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 suficiente presión para impulsar los productos de fisión al suelo. [28]
El escape de radiactividad de la cavidad se conoce como fallo 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 dicho fallo es la prueba de Baneberry . Las liberaciones lentas, incontroladas y de baja presión de radiactividad se conocen como filtraciones ; tienen poca o ninguna energía, no son visibles y deben detectarse con 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 aire y se liberan a la atmósfera cuando los vientos los dispersarán sobre áreas escasamente pobladas. Las pequeñas fugas de actividad resultantes 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 los gases de la explosión. La composición de los radionucleidos difiere según el tipo de emisiones; las grandes emisiones repentinas liberan una fracción significativa (hasta el 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 filtrados a través del suelo hacia la atmósfera son los gases nobles , principalmente el criptón-85 y el xenón-133 . [28]
Los nucleidos liberados pueden bioacumularse . 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 precipitación radiactiva conveniente y sensible. Los tejidos blandos de los animales pueden analizarse en busca de emisores 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. [28]
Aunque al principio hubo preocupaciones sobre la posibilidad de que se produjeran terremotos como resultado de pruebas subterráneas, no hay evidencia de que esto haya ocurrido. [25] Sin embargo, se han reportado movimientos de fallas y fracturas del suelo, y las explosiones a menudo preceden a una serie de réplicas , que se cree que son resultado del colapso de cavidades y la formación de chimeneas. En algunos casos, la energía sísmica liberada por los movimientos de fallas ha excedido la de la explosión en sí. [25]
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 Limitada de Ensayos Nucleares acordó prohibir los ensayos nucleares en la atmósfera, en el espacio y bajo el agua. [6] Debido a la preocupación del gobierno soviético sobre la necesidad de inspecciones in situ, los ensayos subterráneos fueron excluidos de la prohibición. [6] 108 países finalmente firmaron el tratado, con la significativa excepción de China. [29]
En 1974, los Estados Unidos y la Unión Soviética firmaron el Tratado de Prohibición de Ensayos Nucleares Umbral (TTBT, por sus siglas en inglés), que prohibía los ensayos subterráneos con potencias superiores a 150 kilotones. [30] En la década de 1990, las tecnologías para monitorear y detectar ensayos subterráneos habían madurado hasta el punto de que los ensayos 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 los ensayos. [29] El Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares resultante fue firmado en 1996 por los Estados Unidos, Rusia, el Reino Unido, Francia y China. [29] 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 del "Anexo 2" requeridos y, por lo tanto, no ha entrado en vigor como ley de las Naciones Unidas.
A finales 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. [30] Durante la década siguiente, este sistema se mejoró y se estableció una red de estaciones de monitoreo sísmico para detectar pruebas subterráneas. [30] El desarrollo del Tratado de Prohibición de Pruebas Umbrales 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. [30]
Cuando a mediados de los años 1990 se iniciaron las negociaciones para desarrollar una prohibición completa de los ensayos nucleares, la comunidad internacional se mostró reacia a confiar en las capacidades de detección de los estados poseedores de armas nucleares individuales (especialmente los Estados Unidos), y en su lugar quería un sistema de detección internacional. [30] El Sistema Internacional de Monitoreo (IMS) resultante consiste en una red de 321 estaciones de monitoreo y 16 laboratorios de radionúclidos. [31] 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. [30] [32] Además, ochenta estaciones de radionúclidos detectan partículas radiactivas emitidas por explosiones subterráneas. Ciertos radionúclidos constituyen evidencia clara de pruebas nucleares; la presencia de gases nobles puede indicar si se ha producido una explosión subterránea. [33] Finalmente, once estaciones hidroacústicas [34] y sesenta estaciones infrasónicas [35] monitorean pruebas submarinas y atmosféricas.
![{\displaystyle {\sqrt[{3}]{y}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ab9483e263c52c959955e085a1f93502b8014cb4)
