Nueva técnica para detectar pruebas nucleares subterráneas

Una nueva investigación de científicos estadounidenses facilita la detección de explosiones atómicas subterráneas para aumentar los esfuerzos mundiales de no proliferación nuclear.

Si se produce una explosión subterránea en cualquier lugar del mundo, es muy probable que un sismólogo pueda localizarla. Sin embargo, no necesariamente podrá decirle qué tipo de explosión se ha producido, si es de naturaleza química o nuclear.

"Para un sismólogo, las explosiones químicas y nucleares parecen idénticas", explica en un comunicado Harry Miley, físico del PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). "Las tecnologías de detección de radionúclidos, como el Xenon International and Radionuclide Aerosol Sampler/Analyzer, conocido como RASA, desarrollado por el PNNL, pueden discriminar entre ambas detectando los átomos radiactivos que se crean en las explosiones nucleares. Sin embargo, tenemos muy pocos conocimientos científicos sobre la contención geológica de estos átomos tras una explosión".

Cuando se produce una explosión subterránea, los gases viajan a través de las fracturas del suelo y escapan a la atmósfera. Instrumentos como Xenon International y RASA pueden detectar entonces gases de radionúclidos, pero sus firmas químicas pueden verse muy afectadas por los daños sufridos por las rocas que los gases deben atravesar.

El investigador de Ciencias de la Tierra Hunter Knox y el científico computacional Tim Johnson, de la División de Ciencias de los Sistemas Terrestres del PNNL, propusieron a Miley investigar los efectos de los patrones de daño de las rocas en las trayectorias del flujo de gases. Los resultados, publicados en Pure and Applied Geophysics, han supuesto una transformación en la comprensión del flujo de gas subterráneo.

Ocultas en las trayectorias de salida que siguen estos gases tras la explosión hay pistas sobre su origen. Los monitores de todo el mundo pueden detectar cantidades minúsculas de radionucleidos en la atmósfera, pero no pueden diferenciar entre un isótopo radiactivo procedente de una explosión o de otras actividades, como la producción de isótopos médicos.

"Si se produce una explosión nuclear, ¿cuándo deberíamos esperar detectar los gases radiactivos que produce? La combinación de esta información con los datos sismológicos y la detección de radionucleidos puede reducir la incertidumbre a la hora de determinar si una explosión es de naturaleza química o nuclear", afirma Johnson.

Knox ha estudiado desde erupciones volcánicas a terremotos glaciales, pasando por explosiones subterráneas. La mayoría de las veces se la puede encontrar en un lugar remoto, diseñando redes de sensores para vigilar y caracterizar el subsuelo y los fenómenos provocados por el ser humano. Su trabajo en el programa de Investigación de Tecnología e Ingeniería del Subsuelo (SubTER) durante su anterior etapa en Sandia National Laboratories (SNL) despertó su interés por la intersección entre las explosiones subterráneas y la obtención de imágenes de fracturas.

En el programa SubTER, Knox conoció a Johnson, conocido sobre todo por su trabajo en tomografía de resistividad eléctrica (ERT), una técnica que utiliza corrientes eléctricas para obtener imágenes de estructuras subterráneas. Johnson desarrolló E4D-RT, un programa informático capaz de generar imágenes tridimensionales con lapsos de tiempo a partir de mediciones geofísicas. Aunque en trabajos anteriores se utilizaron simulaciones para predecir los patrones de fractura de las rocas, Knox y Johnson se dieron cuenta de que sus conocimientos combinados podían permitirles obtener imágenes directas de las fracturas provocadas por explosiones subterráneas.

"La ERT no se ha utilizado mucho para caracterizar los daños en las rocas o los patrones de flujo de gas", afirma Knox. "Nuestra investigación sienta las bases para este uso emergente".

El equipo de investigación de imágenes de daños del PNNL colaboró con expertos en investigación de explosivos del SNL, para llevar a cabo tres explosiones químicas subterráneas en Blue Canyon Dome, situado en el Centro de Investigación y Pruebas de Materiales Energéticos de Socorro, Nuevo México. El equipo de investigación utilizó la ERT para obtener imágenes del lugar de las pruebas antes y después de detonar las explosiones subterráneas. También exploraron el uso de trazadores comunes -como agua, aire comprimido caliente y nitrógeno- para mejorar las imágenes tomográficas de lapso de tiempo. En conjunto, estos resultados pueden utilizarse para simular y predecir el transporte de gases tras una explosión nuclear subterránea.

Aunque aún queda mucho por investigar, este trabajo demuestra el uso de la ERT como capacidad emergente para vigilar los efectos de las explosiones subterráneas. "Ver las imágenes de la ERT es como hojear el final del libro", afirma Miley.

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