Pruebas nucleares geología atenuación seguridad

El informe del Servicio Geológico de EE.UU.

INFORME NO CLASIFICADO N° 01-28

Limitaciones relacionadas con la ingeniería y la geología respecto a la viabilidad de las pruebas nucleares subterráneas en grandes cavidades con atenuación de la explosión (decoupling).

Dr. William Leith
Servicio Geológico de EE.UU. Reston, Virginia 20192

Departamento del Interior de EE.UU.

Análisis de cuestiones geológicas

Hasta una fecha muy reciente, este informe podía descargarse desde las Publicaciones del sitio web del USGS (Servicio Geológico de EE.UU.) en la dirección:

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

Este informe ya no existe, ni siquiera en las bases de datos del USGS (http://search.usgs.gov/).

Una copia de seguridad se encuentra aquí: http://membres.lycos.fr/atar/Archives/Report01_28.pdf

Debemos esta salvaguarda providencial a la prudencia de Christophe Giudicci, quien descubrió su existencia. Es una pieza clave del dossier "pruebas nucleares clandestinas". Este dossier fue presentado ante el juez durante el juicio de apelación a principios de 2003, que me enfrentó a Antoine Giudicelli, tras el cual fui condenado por difamación. Lo comenté ampliamente durante la audiencia cuando el juez deseó "llegar al fondo". No se mencionó en el dictamen. Véase también los comentarios sobre el dictamen.

A continuación, un breve resumen del contenido de este informe.

Trabajos preliminares.

Durante las 40 años anteriores, la oficina de vigilancia geológica estadounidense mantuvo su esfuerzo para controlar las pruebas nucleares en todo el mundo y asegurarse de que los tratados que las mencionan se respetaran.

• Sistemas de detección de explosiones nucleares - Efectos en la superficie del suelo y en el entorno, principalmente en pruebas realizadas en el extranjero. Localización de los lugares de experimentación.

• Evaluaciones sobre los llamados "ensayos nucleares realizados con fines pacíficos".

• Estudios comparativos de los efectos sísmicos debidos a explosiones nucleares frente a los causados por la sismicidad natural y por explosiones relacionadas con la minería.

• Intervención y participación en la elaboración de tratados de limitación de pruebas nucleares.

• Creación de bases de datos sismológicas para facilitar la detección de explosiones nucleares - Diferenciación entre explosiones nucleares y efectos de los terremotos.

• Estudios de atenuación de ondas en la corteza terrestre.

• Estudio de la capacidad de atenuación natural de suelos porosos a diferentes profundidades (Matzko, 1995).

• Cavidades naturales adecuadas para instalar dispositivos de atenuación, centrándose en domos de sal o capas donde la sal aparece en estratos, o en zonas propensas a la creación de grandes cavernas subterráneas.

Un escenario de atenuación (decoupling)

Uno de los puntos críticos de los tratados de no proliferación de armas nucleares (Tratado Integral de Prohibición de Pruebas Nucleares, TIPN) es la capacidad de evaluar si los países podrían llevar a cabo pruebas en secreto, es decir, capaces de evadir los sistemas habituales de detección. Entre los diferentes escenarios posibles, se incluyen:

• Hacer explotar una carga nuclear en el espacio.
• Durante un terremoto - En un medio que ofrezca atenuación natural - En un medio marino muy alejado - En la atmósfera terrestre cuando está cubierta por una fuerte nubosidad - Evitando la detección al explotar las cargas en cavidades suficientemente grandes y a profundidades adecuadas.

Todos estos métodos han sido objeto de estudios profundos y numerosos artículos han sido escritos sobre el tema (Herbst y Werth, 1980; Glenn y Goldstein, 1994; Sykes, 1995; Linger y cols., 1995).

Desde que la técnica de atenuación consistente en hacer explotar una carga en una cavidad fue propuesta por Albert Latter en 1959 (Latter y cols., 1961), se ha realizado un trabajo considerable para tratar de modelar este fenómeno teóricamente. EE.UU. y la URSS realizaron pruebas en condiciones de atenuación de señal, como se informó en los artículos de Springer y cols., 1968; Murphy y cols., 1995; Reinke, 1995.

En 1988 se llegó a la conclusión de que se podría realizar una vigilancia para explosiones superiores a 10 kilotones, y que con tales potencias no existían métodos para eliminar la señal sísmica.

Por debajo de una o dos kilotones, se llegó a la conclusión de que se podrían realizar explosiones en violación de los tratados en medios como granito, aluviones o depósitos salinos, y que en tales condiciones no existían métodos fiables para detectar dichas pruebas con la tecnología actual.

Entre estos dos rangos (cargas superiores a diez kilotones o inferiores a una kiloton) existe un intervalo en el que, si se aplican técnicas de atenuación, la detección sigue siendo problemática.

El objetivo de este artículo es hacer un punto sobre las técnicas de atenuación al explotar cargas en cavidades (Sykes, 2000). Esta revisión se refiere a cavidades llenas de aire. Pero se han considerado otras formas de atenuación. También se ha estudiado la posibilidad de materiales porosos, alveolares, susceptibles de aplastarse durante la explosión absorbiendo la energía. Se demostró la viabilidad de experimentos nucleares subterráneos en rocas alveolares cuyo coeficiente de porosidad alcanzaría del 5 al 20 %. Existen regiones, como el Kalahari, donde la porosidad puede superar el 20 %.

Estos son los criterios que permiten considerar la realización de explosiones nucleares furtivas.

• La señal sísmica debe estar por debajo del umbral de detección de los instrumentos de vigilancia.
• La profundidad a la que se realiza la prueba debe ser suficiente para garantizar el confinamiento de los productos radioactivos tras la explosión, de manera que los sistemas de detección de productos radioactivos no puedan identificar el fenómeno, diferenciándolo de señales de origen natural.
• El acondicionamiento del lugar de prueba debe poder evadir toda vigilancia por satélite.

Atenuación en cavidades elipsoidales

Estadounidenses y soviéticos realizaron numerosas pruebas con explosivos químicos de gran potencia en cavidades cuya elongación alcanzaba 4:1. En la Unión Soviética, estas pruebas se llevaron a cabo en Kirguistán en 1960. Pruebas similares se realizaron en Magdalena, Nuevo México, en 1994. Estas pruebas se hicieron para verificar que los modelos predictivos eran correctos.

Factor de atenuación en sal y granito.

Según un informe publicado en 1988 por la OTA, los diámetros de cavidades esféricas de 25 metros en sal y de 20 metros en granito son suficientes para proporcionar una atenuación adecuada para cargas de una kiloton, con las cargas detonadas a una profundidad de 825 metros. Sykes (1995) estima que estas evaluaciones deberían revisarse al alza, pero tales modificaciones son pequeñas y se pueden considerar significativas.

Los entornos en el caso de acondicionamiento de una cavidad subterránea.

La técnica de atenuación de explosiones en cavidades implica acondicionamientos bastante amplios sin pilares de soporte. Para operar con el mínimo riesgo de detección, deben considerarse los siguientes aspectos:

• Estudio geológico del entorno.
• Disponer de datos previos sobre la viabilidad de la operación en ese tipo de suelo.
• Datos sobre la estabilidad del suelo.
• Eficacia de la atenuación.
• Características relacionadas con el problema del confinamiento de los productos de reacción.
• Discreción de los trabajos.
• Costo.

Construcción de cavernas en sal

Depósitos de sal a profundidades moderadas (100-1500 metros) ofrecen características ideales tanto para la atenuación como para el confinamiento, debido a sus propiedades reológicas. De hecho, la sal permanece compacta frente a cargas de corta duración, mientras que ofrece propiedades de plasticidad e impermeabilidad a largo plazo. EE.UU. y la URSS realizaron pruebas nucleares subterráneas de baja firma en cavidades excavadas en sal, alcanzando potencias de 10 kilotones. En 1999, Davis y Sykes concluyeron que esta técnica de detonación en sal era el medio más conveniente que una nación podía utilizar para realizar pruebas nucleares subterráneas furtivas.

Las industrias del petróleo y, en general, los sectores relacionados con la energía han excavado miles de cavernas de este tipo para almacenar hidrocarburos como petróleo crudo, propano, butano, etileno, así como aire comprimido. Según Kedrovskiy, 1974, la Unión Soviética creó numerosas cavernas de este tipo mediante explosiones nucleares.

A pesar de que existen muchos depósitos de sal en el mundo, los que tienen un espesor suficiente son más limitados. Estos depósitos de sal suelen estar incluidos en capas de carbonato de calcio (CaCO₃), yeso (Ca₅O₄·2 H₂O) y silvita anhidra. La sal común es NaCl (cloruro de sodio). Las capas salinas tienen espesores que van desde algunos metros hasta varios cientos de metros. También se encuentran lo que se conoce como "domos de sal".

(...)

Técnicas de excavación. Tamaño de cavernas... Estabilidad..

Sitios con depósitos de sal gruesos:

China Muchos Francia Muchos India Limitado a la región de Kumaun. Profundidad y espesor desconocidos Irán Muchos Irak Muchos Israel Sitios limitados, concentrados alrededor del Mar Muerto. Espesores y profundidades desconocidos Libia Limitado al noreste del país, frontera con Túnez. Espesor y profundidad desconocidos Crimea Ninguna información Pakistán Limitado a la región de Sargodha Rusia Muchos Inglaterra Limitados EE.UU. Muchos

Cavernas en domos de sal con un volumen de dos millones de metros cúbicos son raras, pero cabe destacar que se han excavado cavernas artificiales de 17 millones de metros cúbicos.

A continuación, los datos sobre los diámetros necesarios para diferentes valores de carga:

Carga Radio para volumen de atenuación total
1 kT 25 m 65.500 m³
5 kT 43 m 333.000 m³
etc.

Costo de la construcción... .......

Excavación de cavernas en rocas duras

Se han construido numerosas cavidades esféricas sin soportes, con un diámetro que alcanza los 30 metros.

Los datos sobre cavernas de gran tamaño fueron publicados en Francia por Duffaut en 1987.

Los récords en materia de excavación (dados en el artículo) indican dimensiones que alcanzan los 70 metros. La caverna natural más grande tiene una dimensión de 400 metros y se encuentra en Indonesia. En Francia existe una caverna de 230 metros de envergadura y un volumen total de once millones de metros cúbicos.

...las páginas siguientes se refieren a la viabilidad de la excavación de cavernas en diferentes materiales. Existen máquinas especializadas, los "Djumbo", especialmente diseñadas para realizar estas excavaciones. El informe proporciona nuevamente los datos, diámetros y volúmenes, de las cavidades que se deben prever en rocas duras para lograr una atenuación total.

20 metros para una carga de una kiloton

A continuación, se presentan consideraciones sobre el confinamiento de los productos de reacción nucleares, así como un recordatorio de las experimentaciones nucleares realizadas (tabla 6), con potencias, fechas, naturaleza del suelo y profundidad.

Luego se presentan fórmulas aproximadas que dan las profundidades a las que deben realizarse los disparos. Otras consideraciones sobre el confinamiento.

....

Experimentos franceses:

Se recuerdan los datos sobre los experimentos franceses. Las profundidades de disparo son valores reducidos a la carga en kilotones, es decir, dados en

Metros x (potencia en kilotones)¹/³

De los 140 ensayos realizados en el Pacífico, 121 (86 %) no fueron acompañados de emisiones.

En el 8,4 % de los casos (el resto de los ensayos) se formó una chimenea, relacionada con el colapso de la cavidad creada por la explosión.

Explicaciones: la explosión de la carga, cuando se realiza en un volumen no preparado previamente, cuando no se busca sistemáticamente la furtividad, vitrifica las paredes. Para una carga de una kiloton se crea una cámara alrededor del contenedor que contiene la bomba, que no supera algunos decenas de metros cúbicos. Este volumen luego se llena de gas muy caliente, bajo alta presión. Una parte puede difundirse entonces en el medio circundante, según su porosidad. Luego, el gas se enfría y "tira" de las rocas, provocando un colapso que se propaga hacia arriba. Es este fenómeno el que crea (en el desierto de Nevada) las depresiones características encima de los epicentros de las explosiones. En un terreno aluvial, este colapso no plantea problemas particulares. En el caso de los experimentos franceses, este colapso se produjo en el 8,4 % de los casos acompañado de fracturas que podrían haber provocado la liberación de tritio, estroncio y cesio radioactivos en las rocas cársicas y en el agua del mar. En cuatro otros ensayos (3 %), se encontró tritio en la capa cársica, aunque los efluentes no alcanzaron la superficie.

Discusión:

Más allá de 10 kilotones...

....... (no nos interesa)

Menos de una kiloton:

Se puede lograr una atenuación total de explosiones con una potencia máxima de esta magnitud, siempre que se realicen en cavidades con un diámetro de:

25 metros en sal

20 metros en roca dura

Un gran número de estas cavidades existen o han sido excavadas en todo el mundo en muchos países. Su excavación no plantea problemas técnicos insuperables y estos trabajos siguen siendo de costo muy moderado en comparación con el costo del desarrollo del programa nuclear en sí.

Entonces surge el problema del confinamiento. El mejor resultado se obtiene con la sal. A continuación, depende. Cuando se trata de rocas duras, se pueden obtener buenos resultados en cuanto al confinamiento si se toman precauciones al elegir el sitio, la naturaleza de las rocas y al operar a una profundidad adecuada. También se puede probar la eficacia de la caverna haciendo explotar una carga química antes de proceder a la explosión nuclear y así realizar verificaciones de estanqueidad. Esto es lo que se hizo durante el desarrollo de las técnicas de explosiones nucleares furtivas en el sitio de Nevada. El lugar de estas explosiones nucleares subterráneas deberá elegirse de manera que se minimicen las posibilidades de detección por sismógrafos (una región con actividad sísmica relativamente fuerte permitirá ocultar mejor la señal en el ruido de fondo local).

Explosiones con alta atenuación (fully decoupled) correspondientes a cargas inferiores a una kiloton darán señales correspondientes a magnitudes sísmicas inferiores a 2,6 m b.

Nota: Una actividad de tronadura de galería en Gardanne, a mil metros de profundidad, produce señales de magnitud 3. Por lo tanto, si hubiera explosiones nucleares furtivas, su firma sísmica podría asimilarse a este tipo de actividad. En conclusión, para todos los países del hemisferio norte, un evento de magnitud tan baja pasaría totalmente desapercibido frente al sistema internacional de vigilancia (CTBT).

Cargas superiores a 10 kT

...no nos interesa

Disimulación, engaño, negación.

Al operar en una región con actividad minera, será posible atribuir las señales a una actividad minera normal, proporcionando justificaciones plausibles. Si se opera en cavidades que podrían haber sido utilizadas para almacenamiento subterráneo, en minas de sal, toda la infraestructura superficial permitirá camuflar naturalmente las operaciones. Si la cavidad está llena de líquido, su bombeo podría pasar desapercibido. Después de una prueba nuclear subterránea furtiva, la debilidad de la señal emitida podría atribuirse a una explosión relacionada con una exploración geofísica, al colapso de cavidades o a la sismicidad natural del lugar (ver Leith y Simpson, 1986).

De la misma manera, se podrían realizar explosiones nucleares subterráneas furtivas en una mina ubicada en una roca dura, atribuyendo las señales a la actividad minera misma. La mayoría de los países susceptibles de participar en la proliferación de armas nucleares son conocidos por tener actividades mineras rutinarias (excepto Pakistán).

Las explosiones relacionadas con actividades mineras equivalentes a mil toneladas de TNT son raras. Sin embargo, en algunas regiones, las explosiones asociadas a fracturas de rocas a gran profundidad pueden producir señales que superan la magnitud 5, de tal manera que estas señales podrían confundirse con las de explosiones nucleares atenuadas de diez kilotones o más.

Entonces se vuelve extremadamente problemático distinguir entre las señales correspondientes a una actividad minera normal, que comúnmente alcanza magnitudes 3 o 4, y las de una explosión nuclear furtiva, atenuada, correspondiente a magnitud 3.

**Cuando se opera en granito, para cargas entre 1 y 10 kT, se ha demostrado que las magnitudes oscilan entre 2 y 3,5, dependiendo del entorno tectónico. En estas condiciones, estos eventos pueden o no ser detectados por el sistema de vigilancia del hemisferio norte. Además, la señal obtenida puede no ser identificada (...) **

Conclusión general: (...)

Por debajo de 10 kilotones, la señal sísmica de explosiones nucleares subterráneas realizadas en cavidades esféricas de diámetro adecuado estaría entre la magnitud 3 y la magnitud 3,5. Para cargas alrededor de una kiloton, la señal tendría una magnitud 3. ..

Nuestro comentario:

Siguiendo las conclusiones de este informe, no es necesario imaginar técnicas sofisticadas para atenuar la señal de una explosión subterránea de una carga nuclear equivalente a una kiloton de TNT (las "pequeñas" cargas nucleares de fisión pueden utilizarse como fuente de energía para armas electromagnéticas, intensamente desarrolladas actualmente). Basta con que la carga explote en una cavidad esférica lo suficientemente grande. En una roca dura, el diámetro debe ser de 20 metros y en sal de 25 metros. La excavación de una cavidad de este tipo no plantea problemas técnicos particulares. La expansión del gas liberado por la explosión, un plasma a alta temperatura, es entonces suficientemente eficaz para reducir el temblor que sufre el material sólido circundante cuando es golpeado por la onda de choque, y la señal sísmica producida alcanza solo la magnitud 3, lo cual es totalmente compatible, por ejemplo, con una actividad minera normal (tron