Мирные ядерные взрывы для промышленности

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.

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.

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^-6с) 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.

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 числен ному моделированию заглубленных ЯВ. В СССР первый опытно-промышленный ЯВ на выброс был произведен на глубине 178 м 15 января 1965 года у реки Чаган, вблизи границы Семипалатинского ядерного полигона. Мощность взрыва была эквивалентна 140 кт т.э. Образовалась гигантская воронка глубиной до 100 м, диаметром ~410 м. Целью проведения взрыва было строительство водоема в засушливом районе.

С помощью ЯВ в нашей стране интенсифицировали добычу нефти и газа, построили в толще соляных месторождений громадные сферические емкости для хранения нефти и газопродуктов, успешно производили геофизическую сейсморазведку. Успешными были взрывы по дроблению апатитовой руды на Кольском полуострове, при этом были реализованы методы вывода радиоактивности из раздробленной руды. Извлеченная руда была абсолютно чистой. Единственный маломощный ЯВ в угольной шахте в 5 км от города Енакиево на многие годы ликвидировал выбросы газов.

В ЯЗ подобного типа на одно из первых мест выходят такие требования, как малый диаметр, позволяющий опускать заряд в глубокие скважины, повышенная термостойкость заряда, позволяющая ему работать при высокой температуре на большой глубине, и способность выдерживать большие давления. Такие заряды были созданы в ядерных центрах России. Остановимся немного подробнее на ликвидации с помощью ЯВ мощного газового фонтана в Узбекистане на Урта - Булакском месторождении. 1 декабря 1963 года в одной из разведочных скважин возник открытый газовый фонтан высотой 70 м с объемом выбрасываемого газа 18 млн м³ в сутки. Из-за содержания метана и сероводорода этот фонтан представлял собой большую опасность для окружающей среды и был зажжен во избежание отравления людей и животных. Фонтан горел три года. Ежегодно сгорало столько газа, что его хватило бы для снабжения такого промышленного центра, как Екатеринбург. Попытки ликвидировать фонтан всеми обычными известными способами не привели к успеху. Физикам-ядерщикам было дано задание в кратчайшие сроки создать ЯЗ для перекрытия скважины, выдерживающий температуру 73°С на глубине 1,5 км. Проведению взрыва предшествовали драматические ситуации, связанные с опусканием ЯЗ в скважину. Опыт прошел успешно: через несколько секунд после взрыва факел пламени погас навсегда.

Другой пример применения ЯВ еще не реализован, но его огромное значение для всего человечества уже отмечалось в итоговых документах нескольких международных симпозиумов.

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).

Мы привели здесь лишь некоторые из известных примеров использования ЯВ в промышленности. К числу проблем, решаемых с помощью ЯВ и имеющих (подобно астероидной безопасности) общечеловеческое значение, могут быть отнесены, в частности, такие, как ликвидация высокоактивных отходов ядерной энергетики и ядерных силовых установок, а также ликвидация химического оружия и особо опасных химически токсичных материалов и отходов.

В рамках этих задач ЯВ будут направлены на решение фундаментальных экологических проблем и использованы для ликвидации различных видов оружия массового поражения. Разработка этих видов мирных ядерных технологий ведется в Российском федеральном ядерном центре с 1989 года.

Рис. 1. а - принципиальная схема взрыволета; б - конструктивная схема одного из вариантов взрыволета