Что такое мирный ядерный взрыв ? СССР и США

Огромная энергия, выделяющаяся при ядерных взрывах, с самого начала работ над ядерным оружием приводила к мысли о ее использовании в мирных целях. Каждый килограмм термоядерного топлива способен в составе термоядерного устройства выделить энергию, эквивалентную взрыву 30 тыс. т взрывчатого вещества. Ядерный взрыв (ЯВ) такой мощности стоит около миллиона долларов. При дальнейшем увеличении мощности ядерного устройства в десятки и сотни раз его стоимость растет незначительно. Термоядерный взрыв сегодня — это самый мощный и в то же время самый дешевый источник энергии на Земле.

Существующие возражения против технического применения ЯВ достаточно серьезны и обоснованны. В первую очередь они связаны с опасностью радиоактивного заражения окружающей среды и большим энерговыделением при ЯВ. Ведь ошибки при использовании ядерных зарядов (ЯЗ) даже при отсутствии радиоактивности могут привести к большим бедам именно из-за больших масштабов работ, производимых ЯВ.

Воронка глубиной 98 м и диаметром 390 м от первого в мире промышленного взрыва Sedan. Взрыв заряда мощностью 104 кт на глубине 194 м мгновенно переместил 12 млн. тонн земли

Требования к мирным ЯЗ существенно отличаются от требований к боевым зарядам. С одной стороны, эти требования мягче, так как нет жестких условий на массу ЯЗ, форму (размещение в носителях), срок службы. А с другой — некоторые требования являются более высокими, например: по допустимому количеству образующихся при взрыве осколков деления, количеству остающихся несгоревшими плутония и трития, химическому составу конструкционных материалов и т.п. В боевых термоядерных зарядах примерно половина энергии выделяется в реакциях деления ядер урана и плутония с образованием соответствующего количества радиоактивных осколков деления. Это и является главным препятствием для использования таких зарядов в промышленности. Если бы вся энергия взрыва получалась в реакциях синтеза, то радиоактивность в основном определялась бы несгоревшим тритием и активацией нейтронами различных материалов заряда и окружающей среды. Такая наведенная радиоактивность могла бы стать в сотни раз меньшей, чем при взрыве боевого заряда.

Делать ЯЗ, при взрыве которого будут полностью отсутствовать осколки деления, пока никто не умеет. Чистыми мирными термоядерными зарядами называют заряды, в которых основная доля энергии выделяется в термоядерных реакциях (> 90%). Степенью чистоты такого заряда называют выраженное в процентах отношение энергии, полученной в реакциях синтеза, к полной энергии взрыва. Если, например, полная энергия составляет 100 кт тротилового эквивалента (т.э.), количество сгоревшего делящегося вещества равно 100 г, чему соответствует энерговыделение примерно 1,6 кт т.э., то чистота заряда

Проведенная в российских ядерных центрах (ВНИИЭФ, Саров и ВНИИТФ, Снежинск) огромная работа больших коллективов теоретиков, математиков, конструкторов, экспериментаторов позволила создать чистые промышленные заряды, приступить к разработке проектов по их мирному применению и осуществить некоторые эксперименты.

Не менее важной проблемой для промышленного использования ЯВ является исследование его воздействия на окружающую заряд среду. Неопределенности знаний свойств веществ, окружающих ЯЗ, погрешности в их математическом описании могут привести к заметным ошибкам в прогнозировании действия ЯВ. Выделение огромной энергии ЯВ происходит чрезвычайно быстро и с такой интенсивностью, что менее чем за миллионную долю секунды (10- 6 с) сам заряд и материал прилегающих к нему конструкций превращаются в горячую (с температурой до десятка миллионов градусов) плотную плазму. При подземном взрыве этот раздувающийся шар с гигантским давлением обрушивается на окружающую взрывную камеру горную породу, превращая ее в плотный, но менее горячий газ. Сжатие вещества достигает 4-5 раз. От центра взрыва распространяется мощная сферически расходящаяся ударная волна со скоростью десятков километров в секунду. Амплитуда ударной волны в горной породе столь велика, что на расстоянии нескольких сот метров от центра взрыва происходит интенсивное дробление горных пород. При выходе на земную поверхность ударная волна откалывает целые плиты горной породы толщиной до десятков-сотен метров шириной до нескольких километров. За тысячи километров от места взрыва, даже на противоположной стороне земного шара, эхо взрыва может быть зафиксировано как сейсмическое колебание земной коры. Давление вблизи ЯВ (речь идет о ЯЗ мощностью в несколько десятков килотонн тротилового эквивалента) достигает миллиарда атмосфер, что может сравниться с давлением внутри звезд. Поведение веществ при таких давлениях описывается численно квантово-механическими закономерностями. Для теоретического описания свойств веществ при меньших давлениях (при удалении ударной волны от центра взрыва) требуется привлечение экспериментальных данных. Исследованиями ученых российских и американских ядерных лабораторий получены достоверные данные об уравнениях состояния многих веществ в широком диапазоне давлений.

Заявления официальных представителей СССР о необходимости исследования ЯВ в мирных целях прозвучали в 1949 году. В США на это обратили внимание в 1956 году. В течение 1957-1958 годов там была сформирована обширная программа проведения ЯВ в научных и промышленных целях «Project Plowshare» — «Плуг». В число грандиозных проектов с применением ЯВ входили прокладка еще одного Панамского канала, строительство огромной гавани на побережье Аляски и т.п. В интересах программы «Плуг» на полигоне в Неваде была проведена серия ядерных взрывов в разных грунтах, осуществлены широкие исследования по численному моделированию заглубленных ЯВ.

Другой пример применения ЯВ еще не реализован, но его огромное значение для всего человечества уже отмечалось в итоговых документах нескольких международных симпозиумов. Речь идет о потенциальной опасности, угрожающей Земле из космоса, — о возможности столкновения нашей планеты с двумя типами объектов Солнечной системы: астероидами и кометами. (Если они попадают в атмосферу Земли, их называют метеоритами.) Известно около 100 астероидов размерами больше километра. Считается, что их полное число на порядок больше. Такое столкновение еще не означает конца света. История знает много примеров падения астероидов на Землю. При столкновении с астероидом диаметром 20 км можно ожидать образования кратера диаметром до 200 км. Падение подобного астероида 65 млн лет назад, по гипотезе Л. Альвареса (США, 1980 год), так изменило климат на Земле, что вызвало вымирание динозавров. Во всяком случае масштаб возможной катастрофы таков, что вряд ли следует успокаивать себя невысокой степенью ее вероятности. В 1966 году появился прогноз о возможности столкновения с Землей астероида Икар диаметром 0,5 км. Тогда же появилось предложение расстрелять его с помощью ракет с ядерными боеголовками.

Предлагаются два способа воздействия на космические объекты, угрожающие нашей планете. Во-первых, с помощью ЯВ можно изменить траекторию полета астероида. Во-вторых, при точном попадании раздробить его. (При этом угроза падения на Землю осколков астероида, правда, остается, но значительно уменьшается уровень воздействия.) Так как расстояния до точки перехвата огромны из-за требований безопасности, то это накладывает жесткие требования к своевременному обнаружению опасных небесных тел и расчету их траекторий. Даже так называемый оперативный перехват, когда опасность замечена поздно, должен, по мнению ракетчиков, происходить за 30-90 суток до предполагаемого столкновения. Естественно, что для защиты от таких глобальных катастроф необходимо объединение всех ученых мира.

Наконец, еще один нереализованный, но практически разрабатывавшийся в свое время проект использования ЯВ — ядерный взрыволет, идея которого была высказана Андреем Дмитриевичем Сахаровым в 1962 году в Федеральном ядерном центре (Саров). Идея А.Д. Сахарова состояла в использовании ЯВ для вывода в космос огромного полезного веса. В двигательной установке предполагалось использовать энергию последовательных взрывов ЯЗ. Полезная нагрузка в 1000 т и более должна была обеспечивать экипажу многолетнее пребывание в космосе. Задача разработки такого взрыволета оказалась очень сложной. Тем не менее в результате проектных работ все же был сделан вывод о возможности создания двигательной системы, использующей энергию ЯЗ. Принципиальная схема взрыволета в том виде, как ее первоначально предложил А.Д.Сахаров.

Ядерное взрывное устройство промышленного назначения;справа — Ядерные промышленные заряды , Автор Фото к статьям из КНЦ

На долю РСФСР, по разным оценкам, пришлось от 79 до 81 (а некоторые пишут про 123 ) мирного ядерного взрыва. Не менее 16 краёв и областей России хранят в своих недрах следы могучих атомных ударов. В скобках указано количество ядерных взрывов в мирных целях, осуществлённых на территории регионов: Архангельская обл. (4 взрыва), Астраханская обл. (15), Башкирия (7), Ивановская обл. (1), Иркутская обл. (2), республика Калмыкия (1), Кемеровская обл. (1), республика Коми (3), Красноярский край (9), Мурманская обл. (2), Оренбургская обл. (4), Пермская обл. (8), Ставропольский край (1), Тюменская обл. (8), Читинская обл. (1), Якутия (12).

Мирные ядерные взрывы в СССР проводились в период с 1965 по 1988 год так же в рамках секретной «Программы № 7″. Осуществлением программы занимались специалисты двух секретных ядерных центров: «Арзамас-16″ (Саров) и «Челябинск-70″ (Снежинск). По этой программе в 169 мирных ядерных взрывах было подорвано 186 ядерных устройств. При этом официально по данным ВНИПИпромтехнология Минатома загрязнение территории произошло в 4 случаях (объекты «Кратон-3″, «Кристалл», «Тайга» и «Глобус-1″). По данным ЦНИИатоминформ Минатома к 1994 году (то есть спустя 20—30 лет после проведения МЯВ) в 24 случаях из 115 остались «локальные надфоновые загрязнения вокруг скважин».

Кстати, «локальные надфоновые загрязнения вокруг скважин» — это совсем не «Фукусима». Довелось мне в начале 90-х годов побегать с дозиметром (в частном порядке) недалеко от Арзамаса (который совсем не «Арзамас-16″). Там в лесу фоновое значение радиоактивности было 5-15 мкРентген/час, но встречались пятна до 30 мкРентген/час. Кстати, «изучил» я там не всю местность, лишь совсем немного. Напомню, безопасным для человека считается радиация до 50 мкРентген/час. Но вернёмся к нашим «баранам».

Промышленные атомные взрывы

Эпоха промышленных атомных взрывов началась 30 марта 1965г., когда в Башкирии был произведён подрыв сразу двух ядерных зарядов. Так впервые попытались использовать атом для интенсификации добычи нефти в «проблемном» месторождении. В 1966г. теперь уже за рубежом – в Казахстане атомным зарядом была сделана полость-хранилище в подземном массиве каменной соли, а в Узбекистане – перекрыт аварийный фонтан на газовом месторождении. В 1969г. на Ставрополье ядерным фугасом попытались интенсифицировать «вялую» добычу газа. В 1970г. в Оренбургской обл. создали подземную ёмкость для хранения газа.  В 1971г. взрывом в Коми АССР началось атомное сейсмозондирование. В 1972г. в Мурманской обл. ядерный взрыв применили для дробления пластов руды. В 1973г. в Башкирии сделали глубинный резервуар для захоронения стоков нефтехимического производства.

Здесь перечислены только те эпизоды, когда для выполнения данной функции атомный взрыв использовался впервые. В реальности же промышленные атомные взрывы гремели в регионах СССР на протяжении 23-х лет почти ежегодно и неоднократно. Пик пришёлся на 1984г. – 11 «мирных взрывов» (из них 8 – на территории РСФСР). Последний ядерный взрыв в мирных целях был произведён в Архангельской обл. 6 сентября 1988г.

Остановимся на примерах, наиболее ярко характеризующих основные направления использования энергии мирных атомных взрывов.

В 1966г. на Урта-Булакском газовом месторождении (Узбекистан) произошла авария – под огромным давлением на волю вырвался газовый фонтан. Каждый день «на воздух» вылетало и сгорало до 12 млн. кубометров газа – и так продолжалось в течение трёх лет! Помимо бесполезных потерь колоссального количества «голубого топлива», вместе с природным газом в атмосферу вырывался сероводород и продукты горения. Были испробованы все возможные способы, но тампонировать аварийную скважину не удавалось. Только пробурив наклонную штольню и подорвав в ней ядерный фугас, удалось ликвидировать чудовищную «свечку». Успешную технологию использовали затем на газовых промыслах других республик СССР – Украины, Туркмении, РСФСР.

Интенсификация добычи нефти и газа с помощью атомных взрывов производилась в Башкортостане (Грачевское месторождение), Пермской обл. (Осинское и Гежское), Тюменской обл. (Средний Булык). Подземные ёмкости для хранения тех же нефти и газа «вырубали» ядерными ударами в недрах Астраханской, Оренбургской, Тюменской обл. и Якутии. Предотвратить этим же способом аварийные выходы метана из угольных пластов пытались в Донбассе.

«Мирные» атомные взрывы были прекращены в связи с международным договором о запрете испытаний ядерного оружия: поскольку международные средства контроля не способны отличить «мирный» атомный взрыв от совершенствования ядерных вооружений.

Промышленные ядерные взрывы на территории СССР

Взрывы на выброс

Это создание каналов, водохранилищ, гаваней и так далее. В чем экономичность таких работ? В небольшом шарике сосредоточена огромная энергия. И получается, что на единицу объема стоимость ядерного взрыва намного меньше, чем у обычной взрывчатки. При этом заряд сделан таким образом, что при увеличении мощности стоимость его не растет. Низкая стоимость заложения снаряда: для обычной взрывчатки нужно создавать штольни, строить сооружения. Для заложения ядерного заряда можно использовать обычные исследовательские скважины. Обычно стоимость заряда меньше, чем бурение скважины.

Чаган

Первым в СССР экспериментом по использованию энергии ядерного взрыва в мирных целях был подземный взрыв на выброс в 1965 году на берегу речки Чаган в 80 км к западу от Семипалатинска для создания водоема большой вместимости. Мощность заряда 140 килотонн. Глубина заложения заряда 180 м. В результате взрыва образовалась воронка диаметром 520 м и глубиной 90 м.

Вверх на огромную высоту взлетели куски гранита весом в десятки тонн, после чего образовался всем хорошо знакомый гриб, поднимающийся вверх и сносимый ветром. Обломки скальных пород и земля перекрыли русло реки Чаган, и образовалась гигантская воронка диаметром 400 м и глубиной 100 м. «Такого красивого зрелища от ядерного взрыва я ранее не видел, хотя и повидал немало ядерных взрывов в воздухе», – вспоминал впоследствии Иван Турчин, один из опытнейших испытателей Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики.

после :

По замыслам советских ученых, такие воронки от ядерных взрывов должны были в скором времени покрыть территорию засушливых среднеазиатских районов – только для Казахстана требовалось создать примерно сорок водоемов общим объемом до 120–140 млн. м3. Исследование показало, что для аккумуляции весенних стоков в долинах рек можно создать емкости в виде глубоких воронок, каждая из которых способна вместить до 3–5 млн. м3 воды при незначительном зеркале испарения. Задержанная с помощью воронок вода могла быть использована для нужд энергетики, орошения и предотвращения засоления Каспийского, Аральского и Азовского морей.

На протяжении нескольких лет в озеро Чаган было заселено 36 видов рыб (в том числе даже амазонские пираньи). Почти все эти виды были нехарактерны для местной фауны, и 90 % организмов погибло. У оставшихся в живых было отмечено аномальное количество мутаций и изменение внешнего вида у потомства (например, пресноводный рак чрезвычайно увеличился в размерах). В 1974 году опытную станцию закрыли.

Радиоактивное загрязнение воды озера на конец 90–х гг. оценивалось в 300 пикокюри/литр (предельно допустимый уровень загрязнения воды по суммарной радиоактивности альфа–частиц составляет 15 пикокюри/литр). До сих пор озеро используется для водопоя скота.

Так выглядит земля через 20 лет после проведения подземного ядерного взрыва в 20 км от его эпицентра

Куэльпор

В начале семидесятых годов ученые запланировали подземную разработку месторождений северной части Хибин (районы Куэльпор и Партомчорр). Руды здесь относительно бедные. Чтобы их освоение оказалось экономически выгодным, потребовались новые технологии. И тогда специалисты одного из оборонных НИИ предложили вести отбойку руды с помощью ядерных взрывов. Экспериментальные взрывы на руднике Куэльпор были проведены в 1972 и 1984 годах. Они получили кодовые названия «Днепр-1» и «Днепр-2».

Ядерное взрывное устройство с энерговыделением 2,1 кт было применено для дробления руды. Это был взрыв «Днепр–1», произведенный в Мурманской области в 1972 г. Чтобы максимально снизить загрязнение руды продуктами взрыва, взрывное устройство было размещено за пределами подвергаемого дроблению блока руды, то есть на границе рудного тела и покрывающих пород. Заряд был дополнительно экранирован слоем карбида бора. Полученные экспериментальные данные подтвердили расчетную эффективность использования ядерных взрывов для дробления рудных тел.

В Мурманской области в 1984 г. был произведен еще один взрыв для отбойки руды («Днепр–2»), но это уже был групповой взрыв двух ЯВУ с энерговыделением 1,8 кт каждый. В этом эксперименте был использован эффект столкновения ударных волн, что существенно увеличивало выход руды.

Гора, образовавшаяся в результате взрыва

За более чем 20-летний период наблюдения за состоянием вод на объекте «Днепр» не было зафиксировано случаев превышения допустимой концентрации в рудничной воде стронция-90, цезия-137 и плутония-239

Переброска рек взрывом

Все помнят про пресловутые проекты переброски северных рек, но мало кто знает, какими методами планировалось их осуществлять. Одним из самых эффективных считался метод ядерных взрывов. 21 октября 1968 года на Семипалатинском полигоне был проведен промышленный взрыв «Телькем», целью которого было изучение экскавационного действия ядерного взрыва в целях прокладки канала. Для проведения взрыва был выбран ранее разработанный во ВНИИТФ заряд небольшой мощности в 0,24 кт, заложенный на глубину 31 м. Взрыв привел к образованию воронки диаметром 80 м и глубиной 20 м. 12 ноября 1968 года в этих же целях был проведен второй взрыв «Телькем-2» с одновременным подрывом уже трех ядерных зарядов, аналогичных использованному в опыте «Телькем», заложенных через каждые 40 м. В результате взрыва образовалась выемка в виде траншеи длиной 140 м, шириной 70 м и глубиной 16 м. «Телькем-2» был модельным взрывом для прокладки реального канала «Печора–Колва» с целью переброски вод Печоры в Каспийское море. Настала пора переходить от экспериментов к практике.

23 марта 1971 года на проектируемой трассе Печоро-Колвинского канала в Пермской области в 100 км северо-западнее города Красновишерска раздался мощный строенный взрыв – это сработали три ядерных заряда мощностью 15 кт каждый (напомним, такая же мощность была у бомбы, сравнявшей с землей Хиросиму), закопанных на расстоянии 162–167 м друг от друга на глубине 127 м. В результате взрыва образовался канал длиной 700 м, шириной 340 м и глубиной от 10 до 15 м с устойчивыми бортами с углом откоса 8–10 градусов.

Гашение мощных и неуправляемых газовых и нефтяных фонтанов

С помощью ядерных взрывов тушили неуправляемые газовые фонтаны, в которых сгорали ежедневно миллионы кубометров газа. Впервые в мире газовый фонтан был потушен с помощью ядерного взрыва в 1966 году на месторождении Урта-Булак в Узбекистане.

Создание подземных хранилищ

Камуфлетный взрыв – взрыв, произведенный столь глубоко под землей, что полость взрыва не сообщается с земной поверхностью. Было проведено 15 взрывов под Астраханью, 6 взрывов под Уральском для создания хранилищ газового конденсата.

Возле газовых месторождений можно увидеть горящие факелы – это газоконденсат (ценное топливо, мотористы заливают его в машины и ездят). Газ после очистки идет в газопроводы, а газоконденсат девать некуда, когда емкости заполнены. Поэтому его и сжигают. Емкости дорогие и они занимают много места, иногда взрываются. Наземные емкости «газят» через клапаны, выбрасывая в атмосферу конденсат. На глубине километра с помощью ядерного взрыва создаются пустоты в соляных пластах. Такой взрыв полностью исключает попадание радиоактивных продуктов на поверхность. При взрыве с температурой миллионы градусов образуется газовый пузырь – все там испаряется. Пузырь расширяется, его окружает расплавленная порода и по мере остывания образуется полость. Все радиоактивные вещества остаются в ней. Все радиоактивные осколки стекают на дно полости, затем эту линзу расплава покрывают расплавленные горные породы, причем защита достигает 10 метров!

Глубинное сейсмическое зондирование земной коры

Для поиска полезных ископаемых геологи делают профили с помощью серий взрывов. Взрывы регистрируются сейсмографами, по которым определяется строение земной коры. Но для этого нужно прорубить тайгу на сотни километров и через каждые 20 километров пробурить скважину, в которую устанавливается небольшой заряд. Заряд слабый, поэтому результаты исследований не очень достоверны. Кроме того, таким способом невозможно глубоко зондировать земную кору. Иная картина при ядерном взрыве. Заряд опускается на глубину от 500 до 700 метров – это делается для того, чтобы радиоактивные вещества не попадали чрез грунтовые воды на поверхность. На профиле приблизительно 3000 км расставляются сейсмографы, и на нем проводится 3-4 взрыва. Были проведены профили по Сибири. Благодаря этому, приблизительно в 100 раз сократился объем геологических исследований.

Взрывы по целям:

Создание подземных емкостей и хранилищ для создания запаса полезных ископаемых — 42 взрыва,

Глубинное сейсмическое зондирование земной коры, для выявления залежей полезных ископаемых — 39 взрывов,

Интенсификация добычи газа и нефти — 21 взрыв,

Экскавационные эксперименты (выемка и перемещение огромных объёмов породы и грунта) — 6 взрывов,

Ликвидация аварийных газовых фонтанов — 5 взрывов,

Образование провальных воронок (воронок от взрывов) — 3 взрыва,

Захоронение жидких токсичных отходов (перекрытие взрывом путей отхода сопутствующим добычи ископаемых вредных отходов не поддающихся очистке) — 2 взрыва

Дробление руды — 2 взрыва,

Предупреждение внезапных выбросов угольной пыли и метана (специализированный взрыв для нужд угледобычи) — 1 взрыв,

Создание плотины-хвостохранилища путем рыхления породы (специализированный взрыв для нужд нефтедобычи) — 1 взрыв.

Подробности об этих взрывах читайте в вышеупомянутой Википедии, статья называется «Мирные ядерные взрывы в СССР».

Ядерные взрывы для сейсмозондирования территории СССР

Из десятков взрывов был и неудачный. В Якутии скважину не цементировали и газы вырвались наружу. Эта неудача подорвала доверие к атомщикам. С 1986 года на любые ядерные взрывы наложен мораторий.