Las pruebas nucleares subterráneas son las pruebas de detonación de armas nucleares que se realizan bajo tierra. Cuando el dispositivo que se está probando se entierra a una profundidad suficiente, se puede contener la explosión nuclear , 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 al lugar de la prueba se vaporiza , formando una cavidad. Más lejos, hay zonas de roca aplastada, 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. Otras pruebas pronto llevaron a los científicos a concluir que, incluso a pesar de las consideraciones medioambientales y diplomáticas, las pruebas subterráneas tenían un valor científico mucho mayor que todas las demás formas de pruebas. Este entendimiento influyó fuertemente en los gobiernos de las tres primeras potencias nucleares para firmar 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 evitó que más lluvia nuclear entrara a la atmósfera.
La preocupación pública por las consecuencias de los ensayos nucleares aumentó a principios de los años cincuenta. [1] [2] Las consecuencias se descubrieron después de la prueba Trinity , la primera prueba de bomba atómica, en 1945. [2] Los fabricantes de películas fotográficas informaron más tarde sobre películas "empañadas" ; esto se remonta 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 1.000 millas (≈1.600 kilómetros) de distancia. [2] Las intensas consecuencias de la prueba Simon de 1953 se documentaron 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 lluvia radiactiva en las islas de los atolones Rongerik y Rongelap , y en un barco pesquero japonés conocido como Daigo Fukuryū Maru (Dragón de la Suerte). [3] Antes de esta prueba, había una apreciación "insuficiente" de los peligros de la lluvia radiactiva. [3]
La prueba se convirtió en un incidente internacional. En una entrevista del Servicio Público de Radiodifusión (PBS), la historiadora Martha Smith argumentó: "En Japón, se convierte en un gran problema no sólo en términos del gobierno y su protesta contra los Estados Unidos, sino de todos los diferentes grupos y todos los diferentes pueblos de Japón. empezar a protestar. Se convierte en un gran tema en los medios de comunicación. Hay todo tipo de cartas y protestas que provienen, como es lógico, 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. Les preocupa mucho, en primer lugar, saber por qué Estados Unidos tiene siquiera el derecho de llevar a cabo ese tipo de pruebas en el Pacífico. También les preocupa la salud y la impacto medioambiental." [4] El Primer Ministro de la India "expresó la creciente preocupación internacional" cuando pidió la eliminación de todos los ensayos nucleares en todo el mundo. [ ¿OMS? ] [1]
El conocimiento sobre las consecuencias y sus efectos creció, y con él la preocupación por el medio ambiente global y el daño genético a largo plazo . [5] Las conversaciones entre 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 los ensayos nucleares. [5] 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 Ensayos Nucleares, que prohibía los ensayos de armas nucleares en la atmósfera, el espacio y el agua. [6] El acuerdo se vio facilitado por la decisión de permitir pruebas subterráneas, eliminando la necesidad de inspecciones in situ que preocupaban a los soviéticos. [6] Se permitieron pruebas subterráneas, siempre que no causen "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 indagó sobre el posible valor militar de una explosión subterránea. [7] El Estado Mayor Conjunto de los Estados Unidos obtuvo así el acuerdo de la Comisión de Energía Atómica (AEC) de los Estados Unidos para realizar experimentos sobre detonaciones tanto en la superficie como bajo la superficie. [7] La isla de Amchitka , en Alaska , fue seleccionada inicialmente para estas pruebas en 1950, pero más tarde se consideró que el sitio no era adecuado y las pruebas se trasladaron al sitio de pruebas de Nevada. [8]
La primera prueba nuclear subterránea se llevó a cabo el 29 de noviembre de 1951. [9] [10] [11] Se trataba del Buster-Jangle Uncle de 1,2 kilotones , [12] que detonó a 5,2 m (17 pies) bajo el nivel del suelo. [10] La prueba fue diseñada como una investigación a escala reducida de los efectos de un arma de fisión tipo pistola de penetración terrestre de 23 kilotones que entonces estaba siendo considerada para su uso como arma para romper cráteres y búnkeres . [13] La explosión resultó en una nube que se elevó a 3.500 m (11.500 pies) y depositó lluvia radiactiva al norte y al noreste. [14] El cráter resultante tenía 79 m (260 pies) de ancho y 16 m (53 pies) 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 detonado 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. [16] Debido a que el ADM estaba enterrado bajo tierra, la explosión hizo volar toneladas de tierra hacia arriba, [15] creando un cráter de 91 m (300 pies) de ancho y 39 m (128 pies) de profundidad. [16] La nube en forma de hongo resultante se elevó a una altura de 3.700 m (12.000 pies) y la lluvia radiactiva posterior se desplazó en dirección este, viajando hasta 225 km (140 millas) desde la zona cero. [15]
El 26 de julio de 1957, Plumbbob Pascal-A fue detonado 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 en la superficie, los desechos radiactivos liberados a la atmósfera se redujeron en un factor de diez. [19] Se inició el trabajo teórico sobre posibles esquemas de contención. [19]
Plumbbob Rainier fue detonado a 274 m (899 pies) bajo tierra el 19 de septiembre de 1957. [17] La explosión de 1,7 nudos fue la primera en estar completamente contenida bajo tierra, sin producir lluvia radiactiva. [20] La prueba se llevó a cabo en un túnel horizontal de 1.600 [21] – 2.000 pies [22] (488 – 610 m) en forma de gancho. [22] El gancho "fue diseñado de modo que la fuerza explosiva selle la parte no curva del túnel más cercana a la detonación antes de que los gases y fragmentos de fisión puedan ventilarse alrededor de la curva del gancho del túnel". [22] Esta prueba se convertiría en el prototipo de pruebas más grandes y potentes. [20] Rainiero fue anunciado con antelación, para que las estaciones sismológicas 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 "persiste esencialmente inalterada en la actualidad". [23] La información posteriormente proporcionaría una base para decisiones posteriores de acuerdo con el Tratado de Prohibición Limitada de Ensayos Nucleares. [23]
Cannikin , la última prueba en las instalaciones de Amchitka, fue detonada el 6 de noviembre de 1971. Con aproximadamente 5 megatones , fue la prueba subterránea más grande en la historia de Estados Unidos. [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 suficiente profundidad, se dice que la prueba es 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 a alta presión a la atmósfera (el cráter resultante Suele ser de perfil cónico, circular y puede oscilar entre decenas y cientos de metros de diámetro y profundidad [26] . Una cifra utilizada para determinar la profundidad a la que se debe enterrar el dispositivo es la profundidad de entierro escalada , o explosión (SDOB) [25] . 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. [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 no puede ya no crece. [26] Aunque no se observa en todas las explosiones, se han descrito cuatro zonas distintas (incluida la cavidad fundida) en la roca circundante. La zona aplastada , aproximadamente dos veces el radio de la cavidad, está formada por 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. [26] La siguiente capa sufre sólo 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 se acumulen fuerzas de compresión alrededor de la cavidad, llamada 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 dentro de la cavidad. Dependiendo de diversos 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 su tamaño varía desde unas pocas decenas de metros hasta más de un kilómetro de diámetro. [26] En el sitio de pruebas de Nevada , el 95 por ciento de las pruebas realizadas a una profundidad de entierro escalada (SDOB) de menos de 150 causaron 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 suelo perturbado, crestas de presión , fallas , movimiento del 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 baja la temperatura y el vapor se condensa. Sin embargo, existen 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. Al evaluar la contención del sitio de prueba se deben considerar la cantidad de carbonatos y agua en el suelo y el hierro disponible; 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 posiblemente también cause 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 expulsar los productos de fisión al suelo. [28]
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 de vapor o gas, se conocen como venteo ; un ejemplo de tal fracaso es la prueba de Baneberry . Las liberaciones lentas y descontroladas de radiactividad a baja presión 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 es necesario acceder al túnel de pruebas, 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 zonas escasamente pobladas. Las pequeñas fugas de actividad resultantes de 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 ventilaciones rápidas liberan una fracción significativa (hasta el 10%) de los productos de fisión, mientras que las filtraciones tardías contienen sólo 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 criptón-85 y xenón-133 . [28]
Los nucleidos liberados pueden sufrir 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 conveniente y sensible de las consecuencias. Los tejidos blandos de los animales se pueden analizar 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 en busca de tritio. [28]
Aunque inicialmente hubo preocupación por los terremotos que surgieran como resultado de las pruebas subterráneas, no hay evidencia de que esto haya ocurrido. [25] Sin embargo, se han informado movimientos de fallas y fracturas del terreno, 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 algunos casos, la energía sísmica liberada por los movimientos de las fallas ha superado la de la propia explosión. [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, el espacio y el agua. [6] Debido a la preocupación del gobierno soviético por la necesidad de inspecciones in situ, las pruebas subterráneas fueron excluidas de la prohibición. [6] 108 países eventualmente firmarían el tratado, con la importante excepción de China. [29]
En 1974, Estados Unidos y la Unión Soviética firmaron el Tratado de Prohibición Umbral de Pruebas (TTBT, por sus siglas en inglés), que prohibía las pruebas subterráneas con rendimientos superiores a 150 kilotones. [30] En la década de 1990, las tecnologías para monitorear y detectar pruebas subterráneas habían madurado hasta el punto de que podían detectarse pruebas de un kilotón o más con alta probabilidad, y en 1996 comenzaron las negociaciones bajo los auspicios de las Naciones Unidas para desarrollar una prueba integral. prohibición. [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 requeridos del 'Anexo 2' 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 siguiente década, 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 Umbral de Ensayos 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 comenzaron las negociaciones a mediados de la década de 1990 para desarrollar una prohibición completa de los ensayos, la comunidad internacional se mostró reacia a confiar en las capacidades de detección de estados individuales con armas nucleares (especialmente Estados Unidos) y, en cambio, quería un sistema de detección internacional. [30] El Sistema Internacional de Vigilancia (SIV) resultante consta de una red de 321 estaciones de vigilancia y 16 laboratorios de radionúclidos. [31] Cincuenta estaciones sismológicas "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 liberadas por explosiones subterráneas. Ciertos radionucleidos constituyen una prueba clara de ensayos nucleares; la presencia de gases nobles puede indicar si se ha producido una explosión subterránea. [33] Finalmente, once estaciones hidroacústicas [34] y sesenta estaciones de infrasonidos [35] monitorean las pruebas subacuáticas y atmosféricas.
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