MONITORAMENTO DE EXPLOSÕES NUCLEARES

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1 MONITORAMENTO DE EXPLOSÕES NUCLEARES Preliminares Convencidos de que o meio mais eficaz para obter o fim dos testes nucleares passava necessariamente pela assinatura de um tratado de banimento de testes nucleares universal, abrangente e internacional, foi aberto, para assinatura em Nova Iorque, em 24 de setembro de 1996, o Tratado para Proibição Completa de Testes Nucleares (Comprehensive Nuclear Test Ban Treaty - CTBT). Isto há muito vinha sendo um dos objetivos da mais alta prioridade da Comunidade Internacional na área do desarmamento e não proliferação de armas nucleares (preâmbulo do Tratado para a Proibição Total de Testes Nucleares). Para garantir o cumprimento do CTBT está sendo montada (70% concluída) por uma organização da ONU uma rede de monitoramento internacional capaz de detectar, localizar e identificar explosões nucleares clandestinas com potência de até 1 kton realizadas em qualquer ambiente: massas continentais, áreas oceânicas e na atmosfera. Antecedentes históricos do Tratado O Tratado para a Proibição Completa de Testes Nucleares é o ponto máximo em quarenta anos de esforços, na busca do entendimento para por fim a realização de testes nucleares. O primeiro teste nuclear explosivo foi realizado em 16 de julho de 1945 pelos Estados Unidos, em Alamogordo, Novo México e, até 31 de dezembro de 1953, mais de 50 testes nucleares foram realizados. O Primeiro Ministro Nehru da Índia, em 1954, externou a primeira visão de um tratado de banimento total de explosões nucleares, refletindo uma crescente preocupação internacional sobre resíduos radioativos e sobre a expansão da corrida armamentista. Entretanto, dentro do contexto da guerra fria, a descrença sobre as capacidades técnicas então disponíveis para verificar com segurança uma proibição completa de testes nucleares foi o maior obstáculo a qualquer acordo. Na época, não existia nenhuma tecnologia adequada para detectar explosões subterrâneas. O Tratado de Banimento de Testes com Armas Nucleares na atmosfera, em outro espaço ou sob as águas (PTBT) foi assinado em Nem a França nem a China, ambos possuidores de armas nucleares, assinaram esse Tratado. O Tratado de 1968 sobre a não Proliferação de Armas Nucleares (NPT) representou um passo maior. Sob o NPT, os países foram proibidos, dentre outras coisas, de processar, fabricar ou adquirir armas nucleares ou outros artefatos explosivos. Todos os Estados Membros comprometeram-se a buscar o desarmamento nuclear. Dada a situação política que prevaleceu nas décadas subseqüentes, pouco progresso foi feito no desarmamento nuclear até Os países membros do PTBT organizaram uma conferência de reforma ao Tratado naquele ano, para discutir uma proposta de conversão do Tratado em um instrumento de banimento de todos os testes nucleares. Com forte apoio da Assembléia Geral das Nações Unidas, as negociações para um tratado para proibição completa de testes nucleares iniciaram-se na conferência do Desarmamento em Genebra, Suíça, em Esforços intensos foram feitos nos três anos seguintes, para esboçar o texto do Tratado, culminando na adoção do Tratado para a Proibição Completa de Testes Nucleares (CTBT), em 10 de setembro de 1996, pela Assembléia Geral das Nações Unidas, em Nova Iorque. O CTBT, que proíbe explosões nucleares em quaisquer ambientes, foi aberto para assinatura em Nova Iorque, em 24 de setembro de 1996, quando foi assinado por 71 países, incluindo os cinco países detentores de armas nucleares. O Brasil já assinou e ratificou o CTBT. Introdução Para dar suporte ao Tratado - CTBT, foi criada a Organização do Tratado para a Proibição Completa de Testes Nucleares (CTBTO - Comprehensive Test Ban Treat Organization) e uma de suas principais atribuições é verificar o cumprimento do CTBT no âmbito de quatro tecnologias: Infrassônica, Radionuclídeos, Hidroacústica e Sísmica. O Brasil, ao assinar e ratificar o CTBT, comprometeu-se também a envidar esforços no sentido de estabelecer condições de vigilância e fiscalização necessárias ao seu cumprimento. O Brasil participa do IMS no âmbito de três tecnologias: sísmica, infrassônica e radionuclídeos. Parte dos dados das estações brasileiras do IMS já estão sendo enviados, via satélite, para o Centro Internacional de Dados (IDC - International Data Center) em Viena/Áustria, continuamente ou quando solicitados. De acordo com o Tratado CTBT, o sistema de verificação deve ser implementado no âmbito de quatro grandes departamentos da Organização do Tratado de Proibição Total de Testes Nucleares (CTBTO), compreendendo o Sistema Internacional de Monitoramento (IMS), o Centro Internacional de Dados (IDC), o Departamento de Inspeção Local

2 (OSI) e o Sistema de Comunicação e Infra-estrutura (GCI). 1. O Sistema Internacional de Monitoramento (IMS) Para verificar o cumprimento do Tratado para a Proibição Total de Testes Nucleares (CTBT), um Sistema Internacional de Monitoramento (IMS) está sendo montado (Figura 1). Esse Sistema será capaz de detectar explosões nucleares de até 1 quiloton detonadas na atmosfera, no subsolo ou nas águas. Serão utilizadas quatro tecnologias: hidroacústica, sísmica, radionuclídeos e infrassônica. Uma rede de 321 estações com essas quatro tecnologias [60 estações de infra-som (Fig. 2), 50 estações sismográficas primárias (Fig. 3), 120 estações sismográficas auxiliares (Fig. 4), 11 estações hidroacústicas (Fig. 6) e 80 estações de radionuclídeos (Fig. 5)], distribuídas conforme mostra a Figura 1, captarão sinais de explosões nucleares e transmitirão os dados diretamente para o IDC, em Viena/Áustria. O IDC irá processar esses dados, produzir boletins sobre explosões detectadas e distribuí-los aos países signatários do Tratado. 2. O Centro Internacional de Dados - IDC O Centro Internacional de Dados (IDC) está localizado em Viena/Áustria e tem a função de receber, processar e analisar os dados das estações do Sistema Internacional de Monitoramento (IMS), bem como distribuir dados aos países signatários do Tratado e gerar relatórios e boletins sobre possíveis testes nucleares clandestinos. 3. Inspeção no local (OSI) A inspeção no local é realizada com o objetivo de clarificar se algum teste nuclear clandestino foi realizado, em violação ao Artigo I do Tratado para a Proibição Total de Testes Nucleares. Essa inspeção fundamenta-se no fato de que testes nucleares, em qualquer ambiente, deixam evidências que podem ser investigadas através de verificações de mudanças nos ambientes geofísico, geoquímico, geotermal, etc., nas vizinhanças do local onde uma explosão foi realizada. Portanto, observações de evidências de mudanças no meio físico, medidas de produtos de fissão nuclear (radionuclídeos) e de radiação térmica, bem como medidas geofísicas podem ser feitas para comprovar a realização de testes nucleares clandestinos. 4. A Rede Global de Comunicação e Infraestrutura - GCI A Rede de Comunicação e Infra-estrutura Global (GCI) da Organização do Tratado para a Proibição Total de Testes Nucleares tem a função de prover os meios de comunicação necessários à transmissão dos dados das estações do Sistema Internacional de Monitoramento para o Centro Internacional de Dados (IDC), bem como de distribuir esses dados e relatórios relevantes para os países signatários do Tratado. 5. Participação brasileira no IMS O Brasil participa do Sistema Internacional de Monitoramento no âmbito de três tecnologias: a sísmica, a infrassônica e a radionuclídea (Fig. 7). Na tecnologia sísmica, o Brasil irá contribuir com os dados da Estação de banda larga primária de Brasília (BDFB), do Sistema GTSN (Global Telemetered Seismograph Network), cujos sensores estão instalados no interior do Parque Nacional de Brasília - PNB e cuja gravação de dados é feita no Observatório Sismológico, no Campus Universitário da Universidade de Brasília - UnB. Os dados dessa estação serão enviados, via satélite, diretamente para a sede o IDC. Mais duas estações sismográficas auxiliares (PTGA - Pitinga/AM e RCBA - Natal/RN) poderão, quando solicitado, fornecer dados ao IDC. Na tecnologia infrassônica, o Brasil contribui com os dados da Estação infrassônica de Brasília (IS09). Serão utilizados, ainda, dados de duas estações de radionuclídeos, uma no Rio de Janeiro/RJ e outra em Recife/PE. Também será incorporado ao IMS um laboratório de radionuclídeos, localizado no Rio de Janeiro/RJ (Fig. 6). 6. Tecnologias de verificação O Tratado CTBT será verificado no âmbito de quatro tecnologias: sísmica, de radionuclídeo, infrassônica e hidroacústica. A seguir será feita uma abordagem sucinta sobre cada tecnologia; entretanto, não está prevista a instalação no Brasil de estação com a quarta tecnologia (hidroacústica) A Tecnologia Sísmica Explosões nucleares subterrâneas podem ser detectadas por estações sismográficas posicionadas a longas distâncias da fonte de detonação. Isto é possível porque a energia explosiva é liberada em forma de ondas mecânicas 2

3 ou ondas sísmicas que se propagam pelo interior da Terra em todas as direções. Uma estação sismográfica é um ponto de auscultação do terreno capaz de converter ondas sísmicas geradas por terremotos ou explosões químicas ou nucleares em sinais elétricos de baixas amplitudes e freqüências. Desses sinais, após processamento eletrônico e matemático, podem ser extraídas importantes informações sobre a sua fonte (tamanho, localização) e sobre a estrutura interna da Terra por onde viajam as ondas sísmicas. A segunda parte deste Projeto é inteiramente dedicada a uma descrição detalhada sobre essa tecnologia A Tecnologia de Radionuclídeo A execução de testes nucleares, entre outros efeitos, provoca a dispersão, pela atmosfera, de material radioativo proveniente da fissão nuclear. Este material é composto por diferentes elementos químicos, que, dependendo de suas características, podem emitir radiação, sendo conhecidos como radionuclídeos. Ao alcançar as camadas mais elevadas da atmosfera os radionuclídeos podem atingir distâncias muito grandes e serem depositados na superfície terrestre. Uma das formas de detectar a ocorrência de um teste nuclear é, então, detectar a presença de determinados radionuclídeos na atmosfera, ao nível do solo, que podem ser característicos deste tipo de origem. Para isso, é necessária a filtragem do ar e subseqüente análise do material particulado depositado no filtro, através de métodos analíticos que permitam a detecção destes radionuclídeos. Uma estação de radionuclídeos é composta por um amostrador de ar de grande porte, com capacidade de aspirar no mínimo 500 m 3 /h; um sistema de espectrometria gama com detector de Ge, eficiência relativa maior que 40% e com um limite de detecção para Ba-133 menor que 10 μbq/m 3 ; e por uma antena para transmissão de dados. O esquema de operação deverá ser contínuo, com amostragem 24h por dia. A estação instalada no Instituto de Rádio-proteção e Dosimetria do Rio de Janeiro/RJ (lrd) é uma estação completamente automática, que executará todas as etapas necessárias de amostragem, medida e transmissão de dados, automaticamente. A interligação da Estação com a sede do CTBTO em Viena-Áustria dar-se-á através de um sistema de comunicações global, utilizando uma antena VSAT, instalada na estação, que fará a transmissão dos dados adquiridos diretamente para o IDC, em Viena [L.Conti] A Tecnologia Infrassônica Infra-som é a parte do espectro das ondas acústicas, cuja freqüência é menor que 16 Hz. Sinais nessa faixa de freqüência viajam longas distâncias, pois são fracamente atenuados, podendo ser detectados a milhares de quilômetros de distância da fonte. Entretanto, as ondas infrassônicas geradas por explosões nucleares têm freqüências na faixa de 0,01 a 10 Hz. Portanto, uma estação de infra-som é particularmente apropriada para monitorar explosões nucleares atmosféricas. As lâminas hipersensíveis de um microbarógrafo, equipamento eletrônico utilizado em estações infrassônicas, são deformadas quando submetidas a pequenas variações na pressão atmosférica, provocadas por pequenos deslocamentos de ar, causados, por exemplo, por explosões nucleares realizadas na atmosfera. Um transformador diferencial linear variável gera um sinal elétrico, em resposta a essas deformações. Uma estação de infra-som é, na realidade, um arranjo microbarográfico composto de quatro elementos ou estações microbarográficas, três das quais localizadas nos vértices de um triângulo eqüilátero e uma no seu centro. Cada elemento ou estação deve estar a uma distância de um a dois quilômetros do ponto central, de modo a diferenciar as ondas com base nos seus tempos de chegada em cada estação. Os sensores da Estação Infrassônica de Brasília, com código de identificação IS09, estão instalados no interior do Parque Nacional de Brasília, cujos dados são enviados, via rádio, para a estação central de recepção e registro de dados, localizada no Observatório Sismológico (SIS), no Campus da Universidade de Brasília (UnB). Os dados dessa estação são gravados no SIS/UnB e enviados, via satélite, para o IDC em Viena/Áustria A Tecnologia Hidroacústica O monitoramento hidroacústico detecta ondas acústicas nos oceanos, produzidas por fenômeno natural ou pelo homem. A rede hidroacústica engloba onze estações e cobre os oceanos do mundo, que compõem 70% da superfície da Terra. Poucas estações são necessárias por causa da propagação muito eficiente da energia acústica nos oceanos. A rede consiste de dois tipos de estações: estações hidrofônicas e estações sísmicas de fase T. As seis estações hidrofônicas usam microfones subaquáticos (hidrofones) que captam sinais subaquáticos, que são transmitidos via cabo óptico para uma estação na costa. Estações hidrofônicas são extremamente sensíveis e podem detectar eventos subaquáticos, inclusive explosões ocorridas 3

4 a grandes distâncias. Entretanto, tais estações são de instalação dispendiosa e de alto custo de manutenção, de modo que a rede também inclui cinco estações sísmicas de fase T. Essas estações estão localizadas nas ilhas oceânicas e utilizam sismômetros para detectar as ondas acústicas que são convertidas em ondas sísmicas quando atingem a ilha. Os dados provenientes das estações hidroacústicas são utilizados no sistema de verificação para diferenciar explosões subaquáticas de outros fenômenos, tais como vulcões e terremotos submarinhos, os quais também propagam energia acústica nos oceanos. 7. Topologia da rede GCI estações do IMS é servida por uma constelação de cinco satélites geoestacionários, com cobertura global, conforme Figura 8. O primeiro satélite (da esquerda para a direita) cobre a região do Oceano Pacífico, o segundo cobre a região dos EUA na Banda KU, o terceiro cobre a região da Europa, o quarto cobre a região do Oceano Atlântico e o quinto, a região do Oceano Índico. Os dados das estações brasileiras, mostradas na Figura 9, serão enviados para IDC usando a banda KU do satélite INTELSAT 801AT328E. A Figura 10 apresenta um diagrama esquemático do sistema de transmissão de uma estação típica do IMS-CTBTO e a Figura 11 mostra um diagrama em blocos das partes constituintes do sistema de transmissão dessa estação típica. A Rede Mundial de comunicações responsável pela transmissão dos dados das 321 4

5 SISTEMA COMPLETO DE VERIFICAÇÃO DO IMS Figura 1 - Configuração da Rede Global de sensores do Sistema Internacional de Monitoramento (Fonte: ctbto.org). 2

6 Figura 2 - Distribuição global das estações infra-sônicas pertencentes ao IMS-CTBTO (Fonte: ctbto.org). 3

7 Figura 3 - Distribuição global das estações sismográficas primárias e auxiliares pertencentes ao IMS-CTBTO (Fonte: ctbto.org).. 4

8 Figura 5 - Distribuição global das estações de rádionuclídeos pertencentes ao IMS-CTBTO (Fonte: 5

9 Figura 6 - Distribuição global das estações hidroacústicas pertencentes ao IMS-CTBTO (Fonte: 6

10 Figura 7 - Localização das estações brasileiras pertencentes ao IMS-CTBTO. 7

11 Figura 8 - Distribuição da constelação de satélites usados pelo Sistema de Comunicação e Infra-estrutura (GCI) para transmissão dos dados gerados pelas estações do IMS-CTBTO. Figura 9 - Configuração do sistema de transmissão via satélite para o envio dos dados das estações brasileiras para o IDC-CTBTO, em Viena. 8

12 Figura 10 - Diagrama do sistema de transmissão via satélite de uma estação típica do IMS-CTBTO. Figura 11 - Diagrama em blocos do sistema de transmissão de uma estação típica do IMS-CTBTO. 9