Πυρηνικές δοκιμές, γεωλογία, μείωση, ασφάλεια

Το έκθεση του US Geological Survey

ΑΠΟΚΡΥΦΗ ΕΚΘΕΣΗ ΑΡΙΘ. 01-28

Περιορισμοί που σχετίζονται με την μηχανική και τη γεωλογία σχετικά με την εφικτότητα πυρηνικών δοκιμών υπόγεια σε μεγάλες κοίτες με αποσβεστική δράση (decoupling).

Κ. Βίλιαμ Λέιθ
US Geological Survey, Ρεστον, Βιργκίνια 20192

Υπουργείο Εσωτερικών των ΗΠΑ

Ανάλυση γεωλογικών ζητημάτων

Μέχρι πρόσφατα, αυτή η έκθεση μπορούσε να ληφθεί από τις δημοσιεύσεις του ιστοτόπου του USGS (US Geological Survey) στη διεύθυνση:

http://geology.er.usgs.gov/eespteam/pdf/USGSOFR0128.pdf

Η έκθεση δεν υπάρχει πλέον, ούτε στις βάσεις δεδομένων του USGS (http://search.usgs.gov/).

Μία αντίγραφη ασφαλείας υπάρχει εδώ: http://membres.lycos.fr/atar/Archives/Report01_28.pdf

Χάρη στην προνομιακή προσοχή του Χριστόφορου Γκιουδίτσι, ο οποίος εντόπισε την ύπαρξή της. Πρόκειται για ένα κλειδί έγγραφο στο αρχείο "κρυφές πυρηνικές δοκιμές". Το αρχείο υποβλήθηκε στον δικαστή κατά τη δίκη επανεξέτασης του 2003, που με αντιμετώπισε έναντι του Αντουάν Γκιουδίσελ, στο πλαίσιο της οποίας καταδικάστηκα για δυσφήμηση. Το εξέτασα εκτενώς κατά τη διάρκεια της δίκης, όταν ο δικαστής επιθυμούσε "να προχωρήσουμε στην ουσία". Δεν αναφέρθηκε στο δικαστικό απόφαση. Δείτε επίσης τα σχόλια για τη δικαστική απόφαση.

Παρακάτω παρουσιάζεται μία σύντομη επισκόπηση του περιεχομένου αυτής της έκθεσης.

Προκαταρκτικές εργασίες.

Κατά τις προηγούμενες 40 ετών, το γραφείο γεωλογικού ελέγχου των ΗΠΑ διατήρησε τις προσπάθειές του για να ελέγξει τη διεξαγωγή πυρηνικών δοκιμών σε όλο τον κόσμο και να διασφαλίσει την τήρηση των σχετικών συμφωνιών.

• Συστήματα ανίχνευσης πυρηνικών εκρήξεων – Επιπτώσεις στην επιφάνεια του εδάφους και στο περιβάλλον, κυρίως για δοκιμές που διεξήχθησαν εκτός χώρας. Τοποθεσία των δοκιμών.

• Αξιολογήσεις σχετικά με τις λεγόμενες "πυρηνικές δοκιμές για ειρηνικούς σκοπούς".

• Συγκριτικές μελέτες των σεισμικών επιπτώσεων από πυρηνικές εκρήξεις και αυτές που οφείλονται σε φυσική σεισμικότητα ή εκρήξεις σχετικές με την εξόρυξη.

• Συμμετοχή στη διαμόρφωση συμφωνιών περιορισμού πυρηνικών δοκιμών.

• Δημιουργία βάσεων δεδομένων σεισμολογίας για την ευκολότερη ανίχνευση πυρηνικών εκρήξεων – Διάκριση μεταξύ πυρηνικών εκρήξεων και σεισμικών φαινομένων.

• Μελέτες της αποσβεστικής δράσης των κυμάτων στη γήινη κρούστα.

• Μελέτη της φυσικής αποσβεστικής ικανότητας πορώδη υλικών σε διάφορες βάθη (Matzko, 1995).

• Φυσικές κοίτες που είναι κατάλληλες για την εγκατάσταση συστημάτων αποσβεστικής δράσης, εστιάζοντας σε αλατόδομους ή σε στρώσεις όπου το αλάτι εμφανίζεται σε στρώσεις, ή σε περιοχές που είναι κατάλληλες για τη δημιουργία μεγάλων υπόγειων κατασκευών.

Ένα σενάριο αποσβεστικής δράσης (decoupling)

Ένα από τα κύρια εμπόδια των συμφωνιών μη διάδοσης πυρηνικών όπλων (Comprehensive Nuclear Test Ban Treaty ή CNTB) είναι η ικανότητα να αξιολογηθεί η δυνατότητα που έχουν χώρες να διεξάγουν κρυφές δοκιμές, δηλαδή να εκφεύγουν από τα συστήματα ανίχνευσης που χρησιμοποιούνται συνήθως. Μεταξύ των διαφόρων δυνατών σεναρίων, αναφέρονται:

• Εκρήξεις πυρηνικών φορτίων στο διάστημα.

• Κατά τη διάρκεια σεισμών – Σε μέσα που προσφέρουν φυσική αποσβεστική δράση – Σε θαλάσσια μέσα που βρίσκονται πολύ μακριά – Στην ατμόσφαιρα όταν είναι καλυμμένη με αρκετά νέφη – Αποφυγή της ανίχνευσης, εκρήξεις σε κοίτες αρκετά μεγάλες και σε βάθη που είναι κατάλληλα.

Όλες αυτές οι μέθοδοι έχουν μελετηθεί εκτενώς, και έχουν γραφτεί πολλά άρθρα σχετικά (Herbst και Werth 1980, Glenn και Goldstein 1994, Sykes, 1995, Linger και συν., 1995).

Από τη στιγμή που η μέθοδος αποσβεστικής δράσης με εκρήξεις σε κοίτες προτάθηκε από τον Αλμπέρτ Λάτερ το 1959 (Latter και συν., 1961), έχουν γίνει μεγάλες προσπάθειες για να μοντελοποιηθεί αυτό το φαινόμενο θεωρητικά. Οι ΗΠΑ και η Σοβιετική Ένωση έχουν διεξαγάγει δοκιμές σε συνθήκες αποσβεστικής δράσης, όπως αναφέρεται στα έγγραφα του Springer και συν., 1968, Murphy & συν., 1995, Reinke, 1995.

Το 1988, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η παρακολούθηση μπορεί να γίνει για εκρήξεις που υπερβαίνουν τα 10 χιλιάδες τόνους, και ότι με αυτές τις ισχύεις δεν υπήρχαν μέθοδοι για να εξαφανιστεί το σεισμικό σήμα.

Κάτω από 1-2 χιλιάδες τόνους, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι εκρήξεις μπορούν να διεξαχθούν παραβιάζοντας τις συμφωνίες σε μέσα όπως γρανίτης, αλλουβιακά ή αλατώδη αποθέσεις, και ότι σε αυτές τις συνθήκες δεν υπήρχαν εμπιστευτικές μέθοδοι για να ανιχνευθούν αυτές οι δοκιμές με τη σημερινή τεχνολογία.

Μεταξύ αυτών των δύο περιοχών (φορτία πάνω από 10 χιλιάδες τόνους ή κάτω από 1 χιλιάδα τόνους) υπάρχει μία περιοχή όπου, αν εφαρμοστούν τεχνικές αποσβεστικής δράσης, η ανίχνευση παραμένει προβληματική.

Ο σκοπός του παρόντος εγγράφου είναι να παρουσιάσει την κατάσταση των τεχνικών αποσβεστικής δράσης με εκρήξεις σε κοίτες (Sykes, 2000). Αυτή η ανασκόπηση αναφέρεται σε κοίτες γεμάτες αέρα. Ωστόσο, έχουν εξεταστεί και άλλες μέθοδοι αποσβεστικής δράσης. Έχει εξεταστεί επίσης η χρήση πορώδων, κυψελωτών υλικών που μπορούν να συμπιεστούν κατά την έκρηξη, απορροφώντας την ενέργεια. Έχει αποδειχθεί η δυνατότητα πυρηνικών δοκιμών υπόγεια σε κυψελωτά πετρώματα με πορώδη 5-20%. Υπάρχουν περιοχές, όπως το Καλαχάρι, όπου η πορώδης μπορεί να υπερβαίνει το 20%.

Ακολουθούν τα κριτήρια που επιτρέπουν τη δυνατότητα πραγματοποίησης κρυφών πυρηνικών εκρήξεων.

• Το σεισμικό σήμα πρέπει να είναι κάτω από το όριο ανίχνευσης των συστημάτων παρακολούθησης.

• Το βάθος στο οποίο διεξάγεται η δοκιμή πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο για να διασφαλίσει την κλειστότητα των ραδιενεργών προϊόντων μετά την έκρηξη, έτσι ώστε τα συστήματα ανίχνευσης των ραδιενεργών προϊόντων να μην μπορέσουν να εντοπίσουν το φαινόμενο, διακρίνοντάς το από σήματα φυσικής προέλευσης.

• Η εγκατάσταση της δοκιμής πρέπει να μπορεί να αποφύγει κάθε παρακολούθηση από δορυφόρους.

Αποσβεστική δράση σε ελλειπτικές κοίτες

Άμερικανοί και Σοβιετικοί έχουν διεξαγάγει πολλές δοκιμές χρησιμοποιώντας ισχυρά χημικά εκρηκτικά σε κοίτες με αναλογία επιμήκυνσης 4:1. Στη Σοβιετική Ένωση, αυτές οι δοκιμές διεξήχθησαν στη Κιργιζία το 1960. Παρόμοιες δοκιμές έγιναν στο Μαγκνταλένα, Νέο Μεξικό, το 1994. Οι δοκιμές αυτές είχαν ως σκοπό να επαληθεύσουν την ακρίβεια των προβλεπτικών μοντέλων.

Συντελεστής αποσβεστικής δράσης σε αλάτι και γρανίτη.

Σύμφωνα με έκθεση που δημοσιεύθηκε το 1988 από το OTA, κοίτες σφαιρικής μορφής διαμέτρου 25 μέτρων σε αλάτι και 20 μέτρων σε γρανίτη είναι ικανές να προσφέρουν αποσβεστική δράση αρκετή για φορτία 1 χιλιάδα τόνων, με τα φορτία να εκτοξεύονται σε βάθος 825 μέτρων. Ο Sykes (1995) εκτιμά ότι αυτές οι εκτιμήσεις πρέπει να αναθεωρηθούν προς τα πάνω, αλλά αυτές οι τροποποιήσεις είναι μικρές και μπορούμε να θεωρήσουμε αυτές τις τιμές σημαντικές.

Περιβάλλοντα στην περίπτωση εγκατάστασης υπόγειας κοίτης.

Η τεχνική αποσβεστικής δράσης σε κοίτες προϋποθέτει ευρείες εγκαταστάσεις χωρίς στηρίγματα. Για να διεξαχθεί με τις ελάχιστες πιθανότητες ανίχνευσης, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθες παραμέτροι:

• Γεωλογική μελέτη του περιβάλλοντος.

• Διαθέσιμα δεδομένα για την εφικτότητα της επέμβασης σε αυτό το έδαφος.

• Δεδομένα σχετικά με τη σταθερότητα του εδάφους.

• Αποτελεσματικότητα της αποσβεστικής δράσης.

• Χαρακτηριστικά σχετικά με το πρόβλημα της κλειστότητας των προϊόντων αντίδρασης.

• Απόρρητο των εργασιών.

• Κόστος.

Δημιουργία κατασκευών σε αλάτι

Αποθέσεις αλατιού σε μεσαία βάθη (100-1500 μέτρα) προσφέρουν ιδανικές συνθήκες τόσο για αποσβεστική δράση όσο και για κλειστότητα, λόγω των ρεολογικών ιδιοτήτων του αλατιού. Πράγματι, το αλάτι παραμένει συμπαγές ως προς βραχείες διαρκείας φορτία, ενώ προσφέρει ιδιότητες πλαστικότητας και αδιαπέραστοτητας για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Οι ΗΠΑ και η Σοβιετική Ένωση έχουν διεξαγάγει πυρηνικές δοκιμές υπόγεια με χαμηλή αποκάλυψη σε κοίτες που είχαν δημιουργηθεί σε αλάτι, με ισχύ έως 10 χιλιάδες τόνων. Το 1999, ο Davis & Sykes κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτή η μέθοδος εκτόξευσης σε αλάτι είναι η πιο εύκολη για μία χώρα να διεξαγάγει κρυφές υπόγειες πυρηνικές δοκιμές.

Οι βιομηχανίες πετρελαίου και γενικά οι τομείς που ασχολούνται με την ενέργεια έχουν δημιουργήσει χιλιάδες τέτοιων κατασκευών για την αποθήκευση υδρογονανθράκων όπως πετρέλαιο, προπάνιο, βουτάνιο, ηθυλένιο, καθώς και συμπιεσμένο αέρα. Σύμφωνα με τον Kedrovskiy, 1974, η Σοβιετική Ένωση είχε δημιουργήσει πολλές τέτοιες κοίτες με χρήση πυρηνικών εκρήξεων.

Παρά το γεγονός ότι υπάρχουν πολλές αποθέσεις αλατιού στον κόσμο, οι που έχουν αρκετή πάχος είναι περιορισμένες. Αυτές οι αποθέσεις αλατιού συχνά περιέχονται σε στρώσεις ασβεστίτη (CaCO3), γύψου (Ca5O4*2 H2O) και ανυδρίτη συλβίτη. Το συνηθισμένο αλάτι είναι NaCl (χλωριούχο νάτριο). Οι αλατώδεις στρώσεις έχουν πάχος από μερικά μέτρα έως και μερικές εκατοντάδες μέτρα. Υπάρχουν επίσης τα λεγόμενα "αλατόδομοι".

(...)

Τεχνικές διαμόρφωσης. Μέγεθος κατασκευών... Σταθερότητα..

Τοποθεσίες με παχιές αλατώδεις αποθέσεις:

Κίνα Πολλές Γαλλία Πολλές Ινδία Περιορισμένη στην περιοχή του Κουμάουν. Βάθος και πάχος άγνωστα Ιράν Πολλές Ιράκ Πολλές Ισραήλ Περιορισμένες τοποθεσίες, συγκεντρωμένες γύρω από τη Θάλασσα Μερός. Πάχος και βάθος άγνωστα Λιβύη Περιορισμένη στο βορειοανατολικό τμήμα της χώρας, σύνορα με την Τυνησία. Πάχος και βάθος άγνωστα Κρήτη Δεν υπάρχουν δεδομένα Πακιστάν Περιορισμένη στην περιοχή του Σαργκόντα Ρωσία Πολλές Αγγλία Περιορισμένες ΗΠΑ Πολλές

Κοίτες σε αλατόδομους με όγκο δύο εκατομμύρια μέτρων κυβικών είναι σπάνιες, αλλά πρέπει να σημειωθεί ότι έχουν δημιουργηθεί τεχνητές κοίτες με όγκο 17 εκατομμύρια μέτρων κυβικών.

Παρακάτω δίδονται δεδομένα για τα απαραίτητα διαμήκη για διαφορετικές τιμές φορτίου:

Φορτίο Ακτίνα για ολική αποσβεστική δράση 1 kT 25 m 65.500 m³ 5 kT 43 m 333.000 m³ κλπ.

Κόστος δημιουργίας.. .......

Δημιουργία κατασκευών σε σκληρά πετρώματα

Πολλές σφαιρικές κοίτες χωρίς στηρίγματα, με διάμετρο έως 30 μέτρα, έχουν δημιουργηθεί.

Τα δεδομένα για τεράστιες κατασκευές έχουν δημοσιευθεί στη Γαλλία από τον Duffaut το 1987.

Οι εγκαταστάσεις για διαμόρφωση (δεδομένες στο άρθρο) φτάνουν σε διαστάσεις 70 μέτρων. Η μεγαλύτερη φυσική κοίτη έχει διάμετρο 400 μέτρα και βρίσκεται στην Ινδονησία. Στη Γαλλία υπάρχει μία κοίτη με διάμετρο 230 μέτρα και όγκο 11 εκατομμύρια μέτρων κυβικών.

... οι επόμενες σελίδες αναφέρονται στη δυνατότητα διαμόρφωσης κατασκευών σε διάφορα υλικά. Υπάρχουν ειδικές μηχανές, τα «Djumbo», που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να εκτελέσουν αυτές τις διαμορφώσεις. Η έκθεση παρέχει επίσης τα δεδομένα, διάμετρο, όγκο, των κοίτων που πρέπει να δημιουργηθούν σε σκληρά πετρώματα για να επιτευχθεί ολική αποσβεστική δράση.

20 μέτρα για φορτίο 1 χιλιάδα τόνων

Παρατίθενται σκέψεις σχετικά με την κλειστότητα των προϊόντων πυρηνικής αντίδρασης, καθώς και υπενθύμιση πειραμάτων που έχουν διεξαχθεί (Πίνακας 6) με την ισχύ, την ημερομηνία, το είδος του εδάφους και το βάθος.

Στη συνέχεια δίδονται προσεγγιστικές εξισώσεις που δίνουν τα βάθη στα οποία πρέπει να γίνουν οι εκτοξεύσεις. Άλλες σκέψεις σχετικά με την κλειστότητα.

....

Γαλλικά πειράματα:

Υπ напομνήσεις για τα γαλλικά πειράματα. Τα βάθη εκτόξευσης είναι τιμές που αναφέρονται στο φορτίο σε χιλιάδες τόνους, δηλαδή δίδονται ως

Μέτρα x (ισχύς σε χιλιάδες τόνων)1/3

Σε 140 πειράματα που διεξήχθησαν στον Ειρηνικό, 121 (86%) δεν συνοδεύτηκαν από εκροές.

Σε 8,4% των περιπτώσεων (το υπόλοιπο των πειραμάτων) δημιουργήθηκε ένας κανάλι, σχετιζόμενος με την κατάρρευση της κοίτης που δημιουργήθηκε από την έκρηξη.

Εξήγηση: Η έκρηξη του φορτίου, όταν γίνεται σε όγκο που δεν έχει προηγουμένως επεξεργαστεί, όταν δεν αναζητείται συστηματικά κρυφότητα, πήξει τα τοιχώματα. Για φορτίο 1 χιλιάδα τόνων δημιουργείται μία κοίτη γύρω από το δοχείο που περιέχει τη βόμβα, η οποία δεν υπερβαίνει μερικά δεκάδες μέτρα κυβικά. Αυτός ο όγκος γεμίζει τότε με ζεστό αέρα υπό υψηλή πίεση. Μέρος του μπορεί να διαχυθεί στο περιβάλλον, ανάλογα με την πορώδη. Στη συνέχεια, ο αέρας ψύχεται και "σύρει" τα πετρώματα, προκαλώντας κατάρρευση που διαδίδεται προς τα επάνω. Αυτό το φαινόμενο δημιουργεί (ερήμος του Νεβάδα) τις χαρακτηριστικές κοίτες πάνω από τα επίκεντρα των εκρήξεων. Σε αλλουβιακά έδαφη, αυτή η κατάρρευση δεν προκαλεί ιδιαίτερα προβλήματα. Στην περίπτωση των γαλλικών πειραμάτων, αυτή η κατάρρευση συνέβη σε 8,4% των περιπτώσεων, συνοδευόμενη από ρωγμές που θα μπορούσαν να προκαλέσουν διαρροή τριτίου, στροντίου και καισίου σε ραδιενεργά πετρώματα και στη θαλάσσια νερά. Για τέσσερα άλλα πειράματα (3%) βρέθηκε τρίτιο στη στρώση καρστικών πετρωμάτων, αν και τα εκβλήτα δεν είχαν φτάσει στην επιφάνεια.

Συζήτηση:

Πέρα από 10 χιλιάδες τόνους...

....... (δεν μας ενδιαφέρει)

Λιγότερο από μία χιλιάδα τόνους:

Μπορεί να επιτευχθεί πλήρης αποσβεστική δράση για εκρήξεις με μέγιστη ισχύ αυτή την τιμή, υπό την προϋπόθεση να γίνουν σε κοίτες με διάμετρο:

25 μέτρα σε αλάτι

20 μέτρα σε σκληρό πέτρωμα

Ένας μεγάλος αριθμός τέτοιων κοίτων υπάρχει ή έχει δημιουργηθεί σε πολλές χώρες παγκοσμίως. Η διαμόρφωσή τους δεν προκαλεί τεχνικά προβλήματα και το κόστος είναι πολύ μικρό σε σύγκριση με το κόστος ανάπτυξης του πυρηνικού προγράμματος.

Προκύπτει τότε το ζήτημα της κλειστότητας. Το καλύτερο αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με το αλάτι. Στη συνέχεια, εξαρτάται. Όταν πρόκειται για σκληρά πετρώματα, μπορούν να επιτευχθούν καλά αποτελέσματα σε σχέση με την κλειστότητα, αν ληφθούν προφυλάξεις στην επιλογή της τοποθεσίας, του είδους των πετρωμάτων και σε κατάλληλο βάθος. Μπορεί επίσης να δοκιμαστεί η αποτελεσματικότητα της κοίτης, εκρήξεις χημικών φορτίων πριν από την πυρηνική έκρηξη, για να γίνουν ελέγχοι ασφάλειας. Αυτό έγινε κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των τεχνικών κρυφών πυρηνικών εκρήξεων στο Nevada. Η τοποθεσία αυτών των υπόγειων πυρηνικών δοκιμών θα πρέπει να επιλεγεί με σκ