Sistema de detección de detonaciones nucleares

Un sistema de detección de detonaciones nucleares (NDDS, por sus siglas en inglés) es un dispositivo o una serie de dispositivos capaces de indicar y localizar con precisión si se ha producido una explosión nuclear , así como la dirección de la misma. El objetivo principal de estos dispositivos o sistemas era verificar el cumplimiento por parte de los países que firmaron tratados nucleares como el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares de 1963 (TPPC) y el Tratado de Tlatelolco .

Existen diversas formas de detectar una detonación nuclear, entre ellas la detección sísmica , hidroacústica e infrasónica , el muestreo de aire y los satélites . Cada método presenta ventajas y desventajas, así como distintas aplicaciones. Si bien se ha utilizado cada uno por separado, actualmente se obtienen mejores resultados al combinar los datos, dado que la energía generada por una explosión se transfiere a diferentes medios. ^{[ 1 ]}

Las redes sísmicas son una de las posibilidades para la detección de detonaciones. Durante una explosión nuclear en la superficie, se observa una nube en forma de hongo en el cielo, además de una vibración que se propaga a través del suelo a gran distancia. ^{[ 2 ]} En la década de 1980, las pruebas de armas nucleares se trasladaron al subsuelo. Aun así, su detección resulta difícil, especialmente cuando la explosión tiene una potencia baja. Con una red sísmica, la detección de estas pruebas nucleares es posible.

El Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares (TPCE) prohibió los ensayos nucleares en la atmósfera , bajo el agua y en el espacio exterior . Estados Unidos desarrolló muchos dispositivos diferentes para asegurar que la Unión Soviética cumpliera su parte del tratado. El TPCE también pretendía prohibir los ensayos subterráneos, pero en ese momento la tecnología no podía detectar bien las detonaciones con sismógrafos, y mucho menos diferenciarlas de los terremotos ^{[ 3 ]} lo que hacía que los ensayos subterráneos fueran más difíciles de identificar que las detonaciones en la atmósfera o bajo el agua. Se podían diferenciar las detonaciones de mayor potencia, pero no las de menor potencia. Incluso entonces, las explosiones más grandes podían ser amortiguadas por una cavidad más grande en el suelo. ^{[ 4 ]} Ante la amenaza de que la Unión Soviética realizara detonaciones subterráneas, Estados Unidos invirtió dinero en investigación sismológica .

Existen 11 estaciones hidroacústicas instaladas para monitorear cualquier actividad en los océanos. Fueron desarrolladas para garantizar la prohibición de pruebas submarinas y, debido a la capacidad del agua para transmitir el sonido, son muy eficientes. ^{[ 5 ]} Estas estaciones recopilan datos en tiempo real y funcionan las 24 horas del día, los 365 días del año. Sin embargo, la hidroacústica tiene dificultades para determinar la ubicación de una explosión o evento, por lo que debe utilizarse junto con otro método de detección (como los mencionados anteriormente). ^{[ 6 ]} Otros problemas que enfrenta la hidroacústica son las dificultades causadas por la estructura del fondo marino, así como las islas que pueden bloquear el sonido. El sonido se propaga mejor en aguas profundas, por lo que los eventos cerca de aguas poco profundas no se detectarán con la misma eficacia. ^{[ 7 ]} No obstante, los dispositivos hidroacústicos también cumplen diferentes funciones y se utilizan como un recurso único para la investigación de fenómenos oceánicos. ^{[ 8 ]}

El infrasonido funciona mediante múltiples estaciones que utilizan microbarómetros para escuchar ondas infrasónicas causadas por explosiones, volcanes u otros eventos naturales. ^{[ 9 ]} Al igual que otros métodos de detección, el infrasonido se desarrolló durante la Guerra Fría. ^{[ 10 ]} Estas estaciones fueron diseñadas para detectar explosiones con fuerzas tan bajas como 1 kilotón. Pero después del PTBT, la detección de detonaciones atmosféricas se dejó en manos de los satélites. ^{[ 11 ]} Aunque las ondas infrasónicas pueden viajar a través de la Tierra varias veces, son muy susceptibles a la influencia del viento y de las variaciones de temperatura. ^{[ 12 ]} Las fuentes de ondas infrasónicas de largo alcance son difíciles de diferenciar (por ejemplo, explosión química frente a explosión nuclear).

Otra forma de detectar una detonación nuclear es mediante el muestreo de aire; después de una explosión nuclear, los isótopos radiactivos que se liberan al aire pueden ser recolectados por avión. Estos radionúclidos incluyen americio-241 , yodo-131 , cesio-137 , kriptón-85 , estroncio-90 , plutonio-239 , tritio y xenón . ^{[ 13 ]} El envío de aviones sobre o cerca de un área puede revelar si hubo una detonación nuclear reciente, aunque la mayoría de las muestras de aire se toman en una de las muchas estaciones de radionúclidos establecidas en todo el mundo. Incluso las detonaciones subterráneas eventualmente liberarán gases radiactivos (principalmente xenón) que también pueden detectarse mediante estos métodos. Los problemas con los instrumentos de detección de muestreo de aire incluyen sensibilidad, conveniencia, confiabilidad, precisión y requisitos de energía. ^{[ 14 ]}

Una debilidad del método de muestreo de aire es que las corrientes de aire pueden mover los gases o radionúclidos de forma impredecible, dependiendo de dónde ocurrió la explosión y de las condiciones meteorológicas del momento. ^{[ 1 ]} El proceso de detección implica tomar muestras de aire con un papel de filtro que recoge el material radiactivo, el cual puede ser contado y analizado por una computadora . El "ruido" externo, como otras formas de radiación , por ejemplo, las liberadas por fábricas o centrales nucleares , puede alterar los resultados. ^{[ 15 ]} Otra debilidad de este método es que se deben utilizar medios especiales para ciertos radionúclidos. ^{[ 14 ]} El yodo radiactivo es un ejemplo de ello, ya que existe en muchas formas químicas, combinado con una variedad de gases diferentes que no son adecuados para métodos de lectura directa que utilizan absorción o recolección de un volumen fijo en recipientes. ^{[ 14 ]}

Un ejemplo de cómo las corrientes de aire pueden dispersar fácilmente partículas radiactivas es el desastre de Chernóbil ; cuando el reactor comenzó a fallar, se liberó una gran cantidad de radionúclidos al aire. Dispersados ​​por las corrientes de aire , esto provocó que la radiación pudiera detectarse en Suecia y otros países a cientos de kilómetros de la central en pocos días; ^{[ 16 ]} lo mismo ocurrió en el desastre de Fukushima Daiichi . La dispersión de gas xenón radiactivo, yodo-131 y cesio-137 pudo detectarse en diferentes continentes a muchos kilómetros de distancia. ^{[ 17 ]}

Los satélites dependen de sensores para monitorear la radiación de las explosiones nucleares que siempre producen rayos gamma , rayos X y neutrones . ^{[ 3 ]} Las explosiones nucleares liberan una ráfaga masiva de rayos X que se repite con un intervalo de menos de 1 microsegundo y que puede ser detectada por el satélite. ^{[ 18 ]} Grupos de satélites pueden captar estas señales y triangular la ubicación de la explosión. Los satélites se utilizaron por primera vez en 1963 y durante toda la Guerra Fría para garantizar que no se realizaran pruebas nucleares. Una desventaja menor del método de detección por satélite es que algunos rayos cósmicos emiten neutrones y podrían dar señales falsas al sensor. ^{[ 19 ]}

A partir del 17 de octubre de 1963, en los EE. UU., los satélites Vela dedicados fueron utilizados por primera vez por la Fuerza Aérea y la Comisión de Energía Atómica , que es una organización predecesora del actual Departamento de Energía . ^{[ 18 ]} El satélite Vela fue creado después del PTBT (Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares) , que se firmó en agosto de 1963. ^{[ 20 ]} El propósito de Vela era responder al PTBT, como detector de detonaciones nucleares. Vela es considerado un satélite GPA, mientras que el Departamento de Energía opera los sensores. ^{[ 18 ]} El proyecto consistió en 12 satélites, cada uno equipado con detectores de rayos X, neutrones y rayos gamma. ^{[ 21 ]} y también estaba equipado para medir salidas físicas: luz (a través de un fotodiodo) y ondas de radio.

Actualmente, los satélites también están equipados con cámaras que miden todo el espectro de luz visible y que son capaces de captar explosiones en la superficie. Con la llegada de los satélites del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) lanzados con sistemas de detección nuclear, los satélites se han convertido en un método importante para la detección de detonaciones. ^{[ 22 ]}

Después de 2018 se lanzaron satélites con equipos mejorados del Sistema de Notificación de Explosiones Espaciales y Atmosféricas (SABRS), lo que aumentó la fiabilidad, redujo el tamaño y mejoró las capacidades de detección de detonaciones nucleares. ^{[ 23 ]}

El Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (TPCEN) prohibió todas las formas de ensayos nucleares en un intento por desarmar y alejarse de las armas nucleares, pero conllevó viejos desafíos, como asegurar que los miembros no incumplieran el tratado. Con ese fin, se creó el Sistema Internacional de Vigilancia (SIM) , con 321 estaciones que utilizan todos los tipos de sensores descritos anteriormente. Utilizando los datos recopilados de cada fuente para calcular las detonaciones, el SIM emplea sistemas de detección hidroacústica, de infrasonido y de ondas sísmicas, así como muestreadores de aire para radionúclidos. Toda esta información es recopilada por la Comisión Preparatoria de la Organización del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (OTPC), con sede en Viena , Austria . ^{[ 24 ]}

Una de las primeras ocasiones en que la CTBTO y sus sistemas de detección demostraron su eficacia fue cuando pudo identificar las pruebas nucleares realizadas por India y Pakistán en mayo de 1998. ^{[ 25 ]}

Otro ejemplo notable es la detección de las pruebas de Corea del Norte . Mientras que la mayoría de los países han renunciado a las pruebas de detonación nuclear, Corea del Norte ha intentado crear una ojiva nuclear potente . ^{[ 26 ]} Debido al secretismo de Corea del Norte, es responsabilidad del IMS proporcionar a los investigadores la información necesaria para evaluar las amenazas de Corea del Norte. Incluso su primer intento de arma nuclear de baja potencia (0,6 kilotones) fue detectado y aislado en 2006. ^{[ 27 ]}