L’Organizzazione del Trattato sulla messa al bando totale degli esperimenti nucleari (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization - CTBTO) è stata istituita nel 1996 per realizzare un regime di verifica che fosse completato per l’entrata in vigore del Trattato e che ne promuovesse l’universalità. Il regime di verifica si basa su tre pilastri che si rafforzano reciprocamente, il Sistema di monitoraggio internazionale, il Centro internazionale di dati e le Disposizioni del trattato per le ispezioni in loco, ed è stato progettato per individuare qualsiasi esplosione nucleare che avvenga sulla Terra, nel sottosuolo, sott’acqua o in atmosfera.
Nello specifico, il Sistema di monitoraggio internazionale è costituito da 321 stazioni di monitoraggio e 16 laboratori dislocati in tutto il mondo. Queste 337 strutture monitorano il pianeta per individuare qualsiasi indicazione di un’esplosione nucleare utilizzando quattro metodi di verifica complementari: le stazioni sismiche, idroacustiche e infracustiche monitorano rispettivamente il sottosuolo, gli oceani e l’atmosfera, mentre le stazioni radionuclidiche individuano i residui radioattivi riconducibili a esplosioni in atmosfera o alla fuoriuscita di materiale in seguito a esplosioni nucleari sotterranee o sottomarine. Il Sistema di monitoraggio internazionale inoltre effettua continuamente misurazioni ambientali, anche della concentrazione atmosferica di alcuni radionuclidi. La caratterizzazione del fondo esistente e legittimo, dovuta principalmente alle centrali nucleari e agli impianti di produzione di isotopi, è molto utile per migliorare le capacità della rete di monitoraggio.
Attualmente nelle centrali nucleari di tutto il mondo sono in funzione più di 400 reattori, mentre si ritiene che vi siano solo cinque impianti di produzione di isotopi che emettono continuamente livelli rilevanti di attività. Ciononostante, le potenze di emissione dei reattori nucleari tradizionali sono inferiori alle potenze di emissione degli impianti di produzione di isotopi.
Gli esperimenti nucleari sono uno strumento importante con cui gli stati sviluppano nuove tipologie o configurazioni di armi nucleari e mantengono in funzione gli arsenali già in loro possesso, per esempio proteggendoli dagli effetti del tempo. Inoltre, gli esperimenti nucleari possono potenzialmente essere utilizzati dagli Stati come strumento politico per dare una dimostrazione delle proprie capacità nucleari e tecniche. D’altra parte, è verosimile che un paese effettui test segreti su un’arma nucleare perché non vuole che l’opinione pubblica ne venga a conoscenza. Vi sono quindi tre scenari possibili: i paesi infatti effettuano a) un test noto, quando effettuano un esperimento nucleare e lo ammettono pubblicamente; b) un test segreto, quando effettuano un esperimento nucleare ma non lo ammettono; e c) un finto test, quando effettuano un’esplosione convenzionale/chimica e affermano che si tratta di un’esplosione nucleare. Dall’esterno non si riesce necessariamente a distinguere tra le tre possibilità. La vera natura di un evento dev’essere valutata indipendentemente e in una prospettiva fisica, non politica, per fornire alla comunità internazionale una solida base decisionale.
La verifica del Trattato sulla messa al bando totale degli esperimenti nucleari poggia tra l’altro sul monitoraggio continuo e globale di quattro isotopi (e isomeri) radioattivi dello xeno. Questo radionuclide e gas nobile è in grado di individuare un’esplosione nucleare con una probabilità del 90% nei 10 giorni successivi all’evento. Il prodotto di fissione di questi quattro elementi è sufficientemente elevato; la caratteristica dei gas nobili di essere inerti consente loro di trapelare da cavità sotterranee nell’atmosfera senza aggregarsi chimicamente alla suolo che li circonda; il loro periodo di dimezzamento è non troppo lungo da consentirne l’accumulo in atmosfera, che porterebbe a un fondo elevato in cui sarebbe più difficile individuarlo, e non troppo breve da farli decadere prima di raggiungere una stazione di monitoraggio; infine, non esiste un fondo naturale per lo xeno radioattivo in atmosfera, ma solo un fondo antropico. Una volta raggiunta l’atmosfera, i gas seguono diverse traiettorie a seconda dei venti prevalenti, cosa che ne riduce la concentrazione e ne facilita la dispersione.
Infine, l’Organizzazione del Trattato sulla messa al bando totale degli esperimenti nucleari ha evidenziato come il monitoraggio dei dati possa contribuire agli sforzi di attenuazione delle conseguenze delle catastrofi, per esempio aiutando i centri di allerta tsunami a trasmettere avvisi più precisi o monitorando la radioattività in atmosfera dopo gli incidenti nucleari. L’ex Segretario generale delle Nazioni Unite Ban Ki-moon, nel suo videomessaggio ai partecipanti alla Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization Science and Technology Conference del giugno 2011, ha pienamente riconosciuto questo impegno affermando che “il CTBTO sta salvando vite umane ancora prima di entrare in vigore”.
[Traduzione Paola Bonadiman]
“Science and Technology: Monitoring Worldwide Environmental Radioactivity” è il tema del seminario tenuto da Wolfango Plastino lo scorso 10 gennaio presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento. Coordinatore scientifico: Massimiliano Rinaldi.
MONITORING WORLDWIDE ENVIRONMENTAL RADIOACTIVITY
The Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization (CTBTO) was established in 1996 to build up the verification regime, to ensure its completion by the time the Treaty enters into force and to promote the Treaty's universality. The verification regime is based on the three mutually-reinforcing pillars – the International Monitoring System, the International Data Centre and provisions for On-Site Inspections – and is designed to detect any nuclear explosion conducted on Earth – underground, underwater or in the atmosphere.
Particularly, the International Monitoring System consists of 321 monitoring stations and 16 laboratories built worldwide. These 337 facilities monitor the planet for any sign of a nuclear explosion using four complementary verification methods: seismic, hydroacoustic and infrasound stations monitor the underground, the large oceans and the atmosphere respectively; radionuclide stations detect radioactive debris from atmospheric explosions or vented by underground or underwater nuclear explosions.The International Monitoring System also continuously takes environmental measurements including atmospheric concentrations of several radionuclides. The characterization of the existing and legitimate background, which is produced mainly by Nuclear Power Plants and Isotope Production Facilities, is of high interest to improve the capabilities of the monitoring network.
Over 400 reactors at Nuclear Power Plants are currently in operation worldwide, while only five Isotope Production Facilities are considered to be continuously emitting relevant activity levels. Nevertheless, the emission strengths of typical nuclear power reactors are below the emission strengths of these Isotope Production Facilities.
Nuclear test explosions are an important instrument for states to develop new types or configurations of nuclear weapons and to maintain existing weapon arsenals, e.g. against aging effects. Besides, nuclear weapon tests can potentially be used by states for political means to demonstrate their nuclear and technical capabilities. On the other hand it is imaginable that a state is going to secretly test a nuclear weapon, but does not want the world public to know about it. Thus, three scenarios are conceivable: (a) an open test, when a state tests a nuclear bomb and publicly admits it, (b) a secret test, when a state tests a nuclear bomb, but does not admit it, and (c) a fake test, when a state conducts a conventional/chemical explosion and claims it to be nuclear. Observed from the outside these scenarios cannot be necessarily distinguished. The true nature of an event must be independently assessed not from a political but a physical point of view to provide a sound basis for decision making by the international community.
The verification of the Comprehensive Nuclear-Test Ban Treaty relies among other things on the continuous and worldwide monitoring of four radioactive xenon isotopes (and isomers). This radionuclide and noble gas component has been designed to provide an estimated 90 percent detection probability within 10 days after a nuclear explosion. Their fission yield is sufficiently high; their inert noble gas characteristic allows them to be leaked even from underground cavities into the atmosphere without chemical bonding in the surrounding earth; their half-lives are suitable, i.e. not too long to allow a build-up in the atmosphere leading to a high background against which detection would become more difficult and not too short to decay before reaching a monitoring station; and there is no natural background of radioxenon in the atmosphere, only an anthropic one. Once they are airborne, the gases follow various trajectories according to the prevailing winds in the atmosphere, which leads to a dilution of the concentration and a dispersion over the globe.
Finally, the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization has emphasized how monitoring data can support disaster mitigation efforts, for example by helping tsunami warning centres to issue more timely warnings or by monitoring airborne radioactivity after nuclear accidents. This was well recognized by the former United Nations General-Secretary, Mr. Ban Ki-moon, who stated in his video address to participants attending the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization Science and Technology Conference in June 2011 “Even before entering into force, the CTBTO is saving lives”.
“Science and Technology: Monitoring Worldwide Environmental Radioactivity” is the title of the seminar held by professor Wolfango Plastino on 10 January at the Department of Physics of the University of Trento. Scientific coordinator: Massimiliano Rinaldi.