Борис Марцинкевич: Сага о Росатоме-10. Подземные ядерные взрывы.

Предисловие автора:

Обещали рассказать – выполняем, принося извинения за долгую паузу. Долго размышляли, как поступить правильно: сразу перейти к рассказу о подземном ядерном взрыве «Гном» или начать с небольшого предисловия о самой идее подземных ядерных взрывов, о том, откуда она взялась и как она развивалась. Решили, что без предисловия не все будет понятно, но вот объем этого предисловия  оказался размером в отдельную заметку. Но история действительно интересная – «угощайтесь»!

Давайте сначала несколько слов о том, что за зверь такой этот самый «ПЯВ» – подземный ядерный взрыв, кто его придумал и зачем он понадобился. Впрочем, чего уж тут: если слышим слова «ядерный взрыв» – значит, речь про военных. Ну, любят они «бабахнуть», причем любовь эта давняя и самозабвенная. С той поры, как порох изобрели – бабахают так бабахают, спасу нет. Конечно, дела военные – не совсем тема нашего сайта, но уран, который, как известно, всему голова, таков, каков он есть: одновременно и топливо, и оружие, поэтому немножко рассказать о военных ПЯВ стоит.

Под землю со своими ненаглядными «ядрен-батонами» военные полезли не от хорошей жизни, а из-за военных же причин. Первый ядерный взрыв в истории человечества состоялся 16 июля 1945 года: в этот день американцы взорвали плутониевую бомбу мощностью в 21 килотонну в пустыне Аламогордо, штат Нью-Мексика, операция Trinity – Троица. Ученые Манхэттенского проекта к такому событию подошли весьма ответственно: взрыв отслеживался всеми доступными на тот момент средствами и приборами. Ученые наблюдали за взрывом, а генералы – за учеными, и господа военные зафиксировали: эти яйцеголовые могут фиксировать факт взрыва с весьма значительных расстояний. Прошло совсем немного времени, и фиксирующая аппаратура уже размещалась на самолетах-разведчиках. К примеру, о взрыве нашей РДС-1 в августе 1949 года американцы узнали уже через сутки, при этом они смогли получить данные о типе бомбы, ее мощности и прочих характеристиках

Гарри Трумэн, президент США (1945-1953), Фото: http://archive.vod.umd.edu/

Президент США Трумэн «презентовал» информацию о нашем первом испытательном взрыве на весь мир спустя пару недель:

«Советы справились с созданием ядерного оружия, какая досада».

Скорость озвучки обескуражила товарища Сталина, но физики из Спецпроекта объяснили, что никакие шпионы по лабораториям и по полигону не бегали, что эта информация была получена научно-техническими методами. Соответственно, для наших физиков и военных это тут же и стало стартом программы быстрого развития систем контроля и наблюдения: если американцы могут фиксировать наши ядерные испытания, мы обязаны ответить зеркально. События тогда развивались многократно быстрее, нежели сейчас, причем настолько, что нельзя отделаться от предположения о том, что люди, вооруженные арифмометрами и логарифмическими линейками, соображали в десятки раз быстрее нынешних обладателей невероятных гаджетов. Уже в 1951 году удалось уверенно зафиксировать надземный ядерный взрыв на Семипалатинском полигоне с расстояния в 700 км – полтора года и Советский Союз фактически получил новый вид «войск» – Службу Специального Контроля. Организационно ССК была оформлена как структурное подразделение ГРУ приказом министра обороны Р. Я. Малиновским 13 мая 1958 года.

Американские военные особо не сомневались в том, что СССР сможет фиксировать воздушные и наземные ядерные испытания – а, следовательно, получать массу информации, которая мгновенно перестанет быть секретной. Потому они, собственно говоря, и полезли под землю – первый ПЯВ был произведен ими 29 ноября 1951 года. Для тех, кто верил тогда и верит сейчас в то, что по ту сторону океана обитают исключительно миролюбивые эльфы с добрыми глазами, информация от работников Пентагона, разумеется, звучала куда красивее. Ну, вот так, например:

«ПЯВ проводятся только и исключительно с целью предотвращения распространения радиации, недопущения радиоактивного заражения окружающей среды».

Участники секты эльфопоклонников могут верить подобного рода текстам и дальше, реалисты же прекрасно понимают: да плевать хотели вояки на любые заражения, им просто надо было максимально соблюдать режим секретности, не более того.

Да, сейсморазведка развивалась семимильными шагами, но она дает информацию только о мощности взрыва – конечно, если все сделано достаточно аккуратно и радиоактивные вещества, образовавшиеся при подрыве, остались под землей. Почему написано «достаточно аккуратно»? Так, извините, речь ведь об американцах, а то, как у них замечательно-безошибочно развиваются различные направления их атомного проекта, мы в курсе.

https://www.youtube.com/watch?v=oGdB69P98UY

Ну, и чтобы закончить «военный рассказ» – немного статистики. ПЯВ в массовом количестве производили только два государства – США и СССР, значительно позже со считанными взрывами подтянулись Индия и Пакистан, Англия и Китай, а в настоящее время, плюя на все международные договоры, этим регулярно занимаются только неистовые северные корейцы. Но «все прочие» особой погоды не делали, а вот американцы под землей навзрывали на 38,35 мегатонн в тротиловом эквиваленте, Советский Союз – на 38,0 мегатонн. Паритет по мощности не означал равного количества взрывов: нашенских было в 1,5 раза меньше. Вот на этих цифрах обзор чисто военных ПЯВ мы и прекратим, прочие подробности интересующиеся вполне могут найти самостоятельно. О мораториях, о договоре, запретившем испытания в космосе, в воздухе, на земле и под водой, о том, как появился договор, запретивший всем его участникам вообще любые испытания. Большая, интересная тема – вот только не для Геоэнергетики.

Подготовка. Фото: bbc.com

Собственно, что такое ПЯВ? Роют шахту диаметром под боезаряд, глубиной, как правило, от 200 до 800 метров. В шахту опускают заряд, поверх него организовывают пробку из сыпучих материалов (галька, песок и пр.), над пробкой размещают всевозможную измерительную аппаратуру, где-то в стороне, на безопасном расстоянии – пункт управления. Рванули, измерили все, что было необходимо, все просто и со вкусом. Остается только понять, что же происходит под землей.

Испытание. Фото: bbc.com

Взрыв приводит к испарению подземной породы, в результате чего полость, в которой располагался ядерный заряд, заполняется перегретым радиоактивным газом. Затем, по мере падения температуры, на дне полости скапливается расплавленная горная порода. Еще через несколько часов, с падением температуры и давления, полость проваливается, на поверхности появляется кратер. Это – если очень коротко, без особых подробностей. Вот только подробности настолько «вкусные», что стоит их чуточку приоткрыть.

Последствия. Фото: bbc.com

Да, еще один момент. Советская эпоха, помимо всех прочих побед, свершений и недостатков имела еще одну характерную особенность. Назовем ее условно «суконный язык»: подчеркнуто сухой, не содержащий никаких даже признаков эмоциональной окраски того, что описывается. Вот вам – для ностальгии – замечательный образец.

«К моменту завершения процесса энерговыделения вся энергия сосредоточена в газе. При ядерном взрыве обычно в состав газов включают собственно продукты детонации прореагировавшего ядерного горючего и испарившиеся части зарядного устройства. Большая часть этих газов представляет пары различных металлов и других веществ с высокой температурой конденсации. Начальные термодинамические параметры продуктов детонации при ядерном взрыве обладают более высокими уровнями, чем при взрывах химических ВВ. Температура достигает нескольких миллионов кельвинов, давление – десятков тысяч ГПа.»

Теперь то же, но нормальным языком. При взрыве ядерного заряда, который затолкали под землю, в радиоактивный газ превращается не только уран или плутоний, но и вся оболочка, внутри которой он располагался. Температура взрыва – несколько миллионов градусов заставляет мгновенно испариться еще и несколько метров (в зависимости от мощности заряда) горных пород вокруг заряда. Вот просверлили, к примеру, гранит – он станет газом, причем в считанные доли секунды. И по той породе, которая находилась чуть дальше, лупят все поражающие факторы ядерного взрыва, а ударная и тепловая волна многократно усиливаются дополнительным объемом вот такого газа. Порода вокруг заряда не колется, не рассыпается в песок – она просто испаряется. Красиво, правда? Этот тепловой удар сопровождается и всеми прочими прелестями – гамма-излучением, электромагнитным импульсом, лучистой энергией… Или тем же суконным языком:

«…при ядерном взрыве имеют место такие своеобразные эффекты, как радиоактивное последствие, ионизация, химическое преобразование веществ и минералов, испарение и плавление и разогрев пород, интенсивная дезинтеграция минералов и пород, разрушение или изменение значительных участков пород и массивов».

Особенно прелестно звучит «интенсивная дезинтеграция минералов и пород», не так ли? Порода и минералы превратились в раскаленный до миллионов градусов радиоактивный газ, еще часть твердых пород расплавилась и потекла ручьем – это у нас, блин, «интенсивная дезинтеграция». Ладно, «дезинтегрировали», а дальше что?

«Далее взрывная волна представлена волнами сжатия и сейсмической… При ядерном взрыве может иметь место накопление и образование нежелательных или опасных концентраций вредных веществ, сохраняющих свою токсичность в течение длительного времени и в точке взрыва, и в региональном и в глобальном плане в зависимости от технологии производства взрыва и от технологии использования его эффектов в различных технологических цепочках. Это обстоятельство требует внимательного учета взрывного последействия во всех областях использования ядерно-взрывных технологий.»

Снова перевод с русского на русский: под землей накапливаются самые разные радиоактивные газы, которые норовят по трещинам породы просачиваться на поверхность, переходить в грунтовые воды – это и предлагается «внимательно учитывать». Каким образом? Как предотвратить риск подобного распространения? Ответов нет, но итог всех этих «суконных» рассуждений» – вот такой:

«с помощью единичных или небольшого количества ядерных взрывов могут создаваться крупные, иногда весьма сложные объекты технологического использования: подъемные емкости, укрупненные скважины, подземные перколяторы, магазины руды, выемки, насыпи и т.п. … Использование ядерных взрывов в народнохозяйственных целях требует разработки соответствующих технологий, включающих в себя собственно технологические процессы, аппаратурно-машинные комплексы и организационно-управленческие компоненты.»

«Народнохозяйственные цели» – прелестно звучит, не так ли? Однако самое занимательное, что придумка про ПЯВ для таких целей хронологически впервые появилась не в СССР, а в США. Про программы советских ПЯВ для тушения пожаров, для улучшения условий нефте- и газодобычи, для создания водоемов, тоннелей, плотин наш сайт готов рассказать, если будет интерес, но не в этой заметке. Мы-то собирались поведать про подземный ядерный взрыв «Гном» и про то, каким образом он связан с хранилищем ОЯТ «военных» реакторов в США – вот и продолжим двигаться в этом направлении.

Придется вспомнить, кем был замечательный гражданин США, венгерский гений еврейского происхождения Эдвард Теллер. Гений – не преувеличение, вклад Теллера в развитие физики поистине огромен. Да, именно он в сотрудничестве с американцем польского происхождения Станиславом Уламом разработал и предложил конструкцию термоядерной бомбы.

Физик-теоретик Эдвард Теллер (Венгрия/США), широко известный как «отец водородной бомбы». Фото: mithattosun.com

Но Теллер очень многое сделал и для развития ядерной и молекулярной физики, спектроскопии, теории бета-распада, статистической механики, ученые до сих пор пользуются результатами его изысканий, есть теории, носящие его имя. Ну, просто замечательный человек! Получив гражданство США в 1941 году, с 1943 он стал участником Манхэттенского проекта, но в разработке ядерного оружия участия практически не принимал – его гораздо больше интересовало оружие термоядерное. До Хиросимы и Нагасаки интерес его оставался сугубо теоретическим: даже экономика такого гиганта, как США, «не тянула» одновременно развитие двух таких проектов. Но теорию он развил до такой степени, что после получения финансирования на это направление американцы смогли создать термоядерную бомбу всего за несколько лет. 1 ноября 1952 года на атолле Эниветок (Маршалловы острова) прогремел взрыв под кодовым названием «Иви Майк» (Ivy Mike). Да, бомбой творение Теллера-Улама можно было назвать только с большой натяжкой – 62-тонное изделие было размером с трехэтажный дом, но мощность первого термоядерного взрыва потрясала воображение: 10,4 мегатонны! 10 миллионов 400 тысяч тонн тротилового эквивалента, в 450 раз мощнее взрыва над Нагасаки.

Гигантские размеры первого детища Теллера были связаны с тем, что в этом изделии использовались дейтерий и тритий в жидком виде: грубо говоря, пришлось построить гигантский холодильник. Но Теллер, доказав возможность реализации на практике термоядерного взрыва, предложил дальнейшее совершенствование: использовать дейтерид лития-6. Сказано – сделано, ведь в 40-х и 50-х в США обитали янки, а не американцы. И вот при испытании Bravo изделия под кодовым названием «Креветка» (1954 год, атолл Бикини. Старшее поколение должно еще помнить, что Бикини – это не только модные пляжные трусы) прозвучал махонький звоночек: Теллер может ошибаться, и ошибки его могут давать весьма драматические результаты. По его расчетам, «Креветка» должна была выдать 6 мегатонн, а на деле получилось… 15. Выяснилось, что и дейтерид лития-7 участвует в термоядерной реакции, чего Теллер просто не учел. Итог – самый мощный взрыв в истории термоядерной программы США. Ошибка – и мощность оказалась выше не на проценты, а в разы.

Прочие детали биографии Теллера занимательны, но к делу особого отношения не имеют. Подсидел Оппенгеймера, поддержав обвинения в его нелояльности, добился миниатюризации термоядерных бомб и боеголовок (по имеющимся сведениям, все термоядерные боеголовки на американских ракетах стратегического назначения сконструированы по схеме Теллера-Улама), активно поддерживал СОИ, обнародовал сведения о наличии у Израиля атомной бомбы. Прекрасный человек, вот просто клейма ставить негде… Нам интереснее то, что в начале 50-х у этого джентльмена появился новый зуд – доказать, что от атомной программы может быть практическая польза. Нет, у него не было даже попыток как-то поучаствовать в разработке АЭС – не того полета птица, не под то заточен мозг.

Посмотрите еще разок на «суконный» текст:

«Использование ядерных взрывов в народнохозяйственных целях требует разработки соответствующих технологий, включающих в себя собственно технологические процессы, аппаратурно-машинные комплексы и организационно-управленческие компоненты».

Вот слово в слово совпадает с разработанной под руководством Теллера американской программой Operation Plausher (у нас этот проект частенько называли «программа «Лемех» – просто дословный перевод). Вот исключительно для народнохозяйственных целей Теллер и команда намеревались при помощи ПЯВ осчастливить жителей Калифорщины, Невадщины и Аризонщины созданием железнодорожной насыпи в пустыне Мохаве, жителей Алясщины – крупной морской гаванью, обитателей Панамщины – дублем Панамского канала, гражданам Канадщины Теллер хотел помочь добывать нефть…

«Плаушер» официально стартовал в 1957 году, был свернут в 1973 – к тому времени американцы окончательно накушались инициативами своего ведущего физика-ядерщика по самое не могу. Куда только смотрело советское руководство, спрашивается? КуКрыНиксы какие-то картинки рисовали, Хрущев ботинком по трибуне стучал – а выгоднее было всеми силами поддержать начинания талантливого ученого. Давайте пробежимся по проектам программы – пусть и у вас появится хорошее настроение:

• проложить канал-дублер Суэцкого канала по территории… Израиля;
• проложить новое русло Панамского канала: 77 км, ширина 300 м, глубина 150 м при помощи 302 ПЯВ общей мощностью 167,5 мегатонн (!);
• построить глубоководные защищенные морские гавани на Аляске близ мыса Томпсон;
• соорудить глубоководную морскую гавань на северо-западе Австралии;
• соорудить судоходный канал длиной 160 км к железорудному месторождению на западе Австралии;
• добывать нефть из битумозных песков в Атабаске (Канада) после их предварительного разогрева при помощи ПЯВ;
• соорудить гидроэнергетический комплекс в Каттарской впадине (северная Африка) за счет притока вод Средиземного моря по каналу, образованному при помощи 429 ПЯВ общей мощностью 65,9 мегатонн (!);
• дробить руду под землей в штате Коннектикут;
• построить судоходный речной канал между реками Теннеси и Томбигби в штате Массачусетс;
• соорудить систему каналов и водохранилищ в штате Аризона.

Прочитали? Нет, это не Задорнов и не репортаж из палаты дома умом скорбящих, это планы, которые всерьез рассматривала Комиссия по атомной энергии США. Перечень не полон – там еще много интереснейших идей. Подлунные взрывы на нашем естественном спутнике, добыча геотермальной энергии в разных уголках США, дробление медной руды с целью ее дальнейшего подземного выщелачивания и прочее, прочее, прочее. Эдакая маниловщина имперского размаха, основанная на величайшем из покоренных человеком источнике энергии.+

Но если кто-то думает, что советские физики не ответили на этих планов громадьё встречным фонтаном фантазии – спешим разочаровать. И озера мы создавать собирались, и плотины строить, и сибирским рекам переток в среднеазиатские пустыни обеспечивать, и нефть с газом добывать…

https://www.youtube.com/watch?v=3SdocgHN0Co

Какая-то тотальная эйфория, прервать которую смогла только грубая действительность: один ПЯВ за другим не давал запланированных результатов, раз за разом на поверхность вырывались облака радиоактивных газов. Американцы очнулись первыми, свернув «Плаушер» уже в 1973 году, наши что-то планировали и планировали вплоть до 1988 года. Но нашим физикам для интеллектуального развлечения хватило именно планов – додуматься до того, чтобы в 7 км от эпицентра ПЯВ строить хранилище радиоактивных отходов военных программ, смогли только американцы. Речь о первом в истории мирном ПЯВ «Гном» и том самом хранилище WIPP (Waste Isolation Pilot Plant – Пилотный Завод по Утилизации Отходов).

Вооружившись твердым намерением доказать абсурдность поговорки «Талант в землю не зароешь», Теллер начал копать. Первым мирным ПЯВ стал взрыв «Гном» (уфф, добрались) – Gnome 10 декабря 1961 года. Хотели рвануть еще в 1958, да тут у СССР и США мораторий на ядерные испытания случился, прерванный из-за Карибского кризиса.

Источник: http://geoenergetics.ru/2016/10/20/yadernyj-toplivnyj-cikl-podzemnye-yadernye-vzryvy/