Использование ядерных взрывов в мирных целях

Идея народно-хозяйственного и научного использования ядерных взрывов возникла, как только человечество получило новый мощный источник энергии и ядерных частиц. И. В. Сталин 16 мая 1950 года подписал специальное Постановление Совета Министров СССР «О научно-исследовательских, проектных и экспериментальных работах по использованию атомной энергии для мирных целей». В начале пятидесятых годов Г. Н. Флеров и Д.А.Франк-Каменецкий (Арзамас-16) предложили использовать подземный ядерный взрыв для наработки одного из изотопов урана (233), а очаг взрыва с разогретой породой использовать как резервуар тепла. В 1954 г. Д.А.Франк-Каменецкий и Ю. А. Трутнев выполнили расчетное обоснование этого предложения.

В США исключительно перспективным казался проект создания канала через Панамский перешеек с помощью 200−300 ядерных взрывов стоимостью от 0,75 до 1,45 миллиарда долларов. Оценки показывали, что новый канал мог быть сооружен за 10−14 лет, к 1977−1981 году.

Подземные ядерные взрывы американские специалисты рассматривали как весьма эффективное средство для сооружения гаваней, водохранилищ, карьеров, каналов, выемок, плотин, емкостей для отвода воды в случае наводнения, емкостей для захоронения отходов, для дробления сланцев и интенсификации добычи нефти и газа и даже для создания искусственных водоемов в зонах отдыха!

Полет мысли сразу принял необычайный размах, и наряду с прагматичными предложениями высказывались экстравагантные, например, сообщение космическим аппаратам гигантских скоростей посредством небольших периодичных ядерных взрывов на определенном расстоянии от «взрыволета» (Гамов, 1948 г., США) или предложение применять ядерные взрывы для управления погодой.

Это было время интенсивного поиска и больших надежд; казалось, энергия атомного ядра полностью подвластна человеку, а ее отрицательные эффекты могут быть взяты под контроль.

Международное признание значения возможностей использования ядерных взрывов в мирных целях зафиксировано в тексте Договора 1968 года о нераспространении ядерного оружия, где подчеркивается, что добровольный отказ государств от создания и приобретения ядерного оружия не должен препятствовать их доступу к использованию возможностей ядерных взрывов в мирных целях.

Большой объем строительства в СССР в 50−70-е годы, освоение крупнейших месторождений полезных ископаемых на обширных малонаселенных территориях, уникальный опыт в технике проведения крупномасштабных взрывов химических ВВ создали предпосылки успешного применения подземных ядерных взрывов в промышленных целях.

Практическое воплощение идеи использования подземных ядерных взрывов в народно-хозяйственных целях в Советском Союзе получили благодаря инициативе и поддержке министра среднего машиностроения Е. П. Славского; программа была инициирована во многом благодаря отчету Ю. А. Трутнева, Ю. Н. Бабаева (1962 г.)

Руководителем программы стал заместитель Е. П. Славского профессор А. Д. Захаренков, научным руководителем — профессор О. Л. Кедровский (1965 г.).

15 января 1965 года в СССР был проведен первый промышленный ядерный взрыв (проект «Чаган») для создания «воронки выброса» и искусственного водохранилища. Этот проект был в известной степени аналогичен американскому проекту Sedan, проведенному 6 июля 1962 года. Однако при создании ядерного взрывного устройства специалисты ВНИИЭФ достигли более высокого уровня «чистоты» взрыва (94%) по сравнению с американским (70%). Работу выполнил коллектив специалистов КБ-11 под руководством Ю. А. Трутнева.

Программа мирных ядерных взрывов в СССР во многом опиралась на идеи и результаты американской программы «Plowshare», но была значительно масштабнее: СССР провел 124 ядерных взрыва в мирных целях, 36 испытаний для отработки промышленных ядерных зарядов, а в США провели 27 экспериментов и испытаний для отработки промышленных ядерных зарядов.

В реализации программы было задействовано более десяти союзных министерств: МСМ, Мингазпром, Миннефтепром, Мин-угольпром, Минэнерго, Минцветмет, Минводхоз и другие, по заказам которых проводились мирные ядерные взрывы.

Основные научно-исследовательские коллективы-участники работ — ВНИИЭФ (Арзамас-16) и ВНИИТФ (Челябинск-70) — разрабатывали заряды; конструкторское бюро АТО (Москва) создало средства доставки и подрыва многократного использования; головной институт — Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт промышленной технологии (ранее ПромНИИПроект) в содружестве со Спецсектором Института физики земли АН СССР, Радиевым институтом им. В. Г. Хлопина, Институтом биофизики Минздрава СССР, Институтом прикладной геофизики Госкомгидромета СССР, многими отраслевыми технологическими институтами и производственными организациями (всего более 150 институтов и организаций) провели исследования эффектов и процессов, сопровождавших ядерные технологические взрывы.

Из 135 взрывов ядерных зарядов 53 приходилось на ядерные заряды разработки ВНИИТФ, а 82 — на ядерные заряды разработки ВНИИЭФ. Из 36 типов ядерных зарядов, использованных при проведении промышленных взрывов, 24 типа ядерных зарядов относятся к разработкам ВНИИЭФ, а 12 — к разработкам ВНИИТФ.

В ряде случаев для проведения промышленных взрывов пользовались ядерными зарядами, разработанными для военных целей.

В СССР программа ядерных взрывов в мирных целях (124 ядерных взрыва) была направлена на решение конкретных задач:

• глубинное сейсмозондирование земной коры (ГСЗ) с целью поиска геологических структур, перспективных для разведки полезных ископаемых;


• интенсификация добычи нефти;


• интенсификация добычи газа;


• создание подземных емкостей в массивах каменной соли;


• опытно-промышленные работы по созданию подземных емкостей;


• создание воронок выброса, траншей канального профиля и перемещений грунта;


• перекрытие скважин газовых фонтанов;


• дробление руды;


• предупреждение выбросов угольной пыли и метана;


• исследование захоронения в глубокие геологические формации опасных промышленных стоков нефтехимии.

Например, с 1971 по 1988 годы было проведено 39 подземных ядерных взрывов на 14 профилях ГСЗ, суммарной протяженностью 70 тысяч километров.

Применение ГСЗ подтвердило 10 газовых и газоконденсатных месторождений на 15 разведочных площадях в Енисей-Хатангской впадине и еще около 10 — на разбуриваемых площадях Вилюйской синеклизы.

Почти 20 лет на Оренбургском месторождении эксплуатируются в качестве хранилищ газоконденсата два резервуара, позволившие предотвратить безвозвратные потери свыше 2 миллионов тонн ценного углеводородного сырья.

Тушение неуправляемых газовых фонтанов с помощью подземных ядерных взрывов стало одним из ярких практических примеров применения ядерных взрывов в мирных целях. В СССР так было потушено четыре аварийных фонтана на газовых месторождениях, наиболее мощным был фонтан «Урта-Булак» (30.09.1966 г.): три года его пытались ликвидировать всеми известными к тому времени способами.

К этому комплексу вопросов примыкают исследования с целью использования энергии ядерных взрывов для вскрышных работ, чтобы упростить добычу полезных ископаемых, залегающих на относительно небольших глубинах.

На стыке хозяйственных задач и фундаментальных исследований лежали исследования вопросов наработки в ядерных взрывах трансурановых элементов (в том числе плутония — для его последующего использования в качестве топлива). Составной частью этих работ было проведение повторных экспериментов в подземных полостях соляных массивов с целью изучения возможностей локализации продуктов взрыва и их дальнейшего извлечения.

Экологическую безопасность работ гарантировала технология проведения безопасных ядерных испытаний. Использование взрывных технологических устройств повышенной чистоты может дать дополнительные возможности.

Больше всего — 39 промышленных ядерных взрывов было осуществлено по программе глубинного сейсмозондирования; 25 — по программе создания опытно-промышленных емкостей; 21 — по интенсификации добычи нефти и газа, 17 — для отработки технологий создания полостей в массивах каменной соли.

Большинство взрывов (84) проведено на глубине до 1000 м, остальные (40) — на глубинах 1000−2500 м.

В 1966 году РФЯЦ-ВНИИЭФ начал серию подземных экспериментов в мирных целях в соляном массиве площадки Азгир, это исключительное событие в мировой практике организации подземных Я. В. Специалисты ВНИИЭФ и ВНИИТФ разработали и испытали специальные термоядерные устройства с очень низкой долей энерговыделения за счет реакций деления.

Идея зажигания термоядерного горючего путем его быстрого сжатия оболочкой впервые была выдвинута и теоретически обоснована в 1952—1956 годах А. С. Козыревым и Н. А. Поповым (ВНИИЭФ) применительно к сжатию термоядерного горючего лайнером, который разгоняется с помощью химического взрывчатого вещества.

Первым шагом в работах по чистым ядерным зарядам для мирного использования было создание термоядерного узла без делящихся материалов.

Первоначально над решением этой задачи работали специалисты НИИ-1011 (Снежинск). В 1958 году они трижды выходили на ядерные испытания с устройствами, в которых ожидалось термоядерное зажигание, и во всех трех случаях устройства отказывали.

В 1958 году по инициативе Ю. А. Трутнева к решению этой задачи присоединились специалисты КБ-11 (ВНИИЭФ).

В 1962 году задача термоядерного зажигания была решена. Важное значение при реализации этого проекта имели исследования В. Н. Мохова. В других натурных испытаниях этот успех был закреплен, и в итоге термоядерное зажигание обеспечило расчетное горение вторичного модуля с энерговыделением в 1Мт. Эта работа также была выполнена под руководством Ю. А. Трутнева. Соавторами Ю. А. Трутнева были В. Б. Адамский, Ю. Н. Бабаев, В. Г. Заграфов и В. Н. Мохов, так уже в 1962 году была доказана возможность реализации инерциального термоядерного синтеза.

1965 г. Ю. С. Вахромеев и В. А. Кибардин (НИИ-1011, ВНИИТФ) разработали принципиально новый первичный модуль с минимальным энерговыделением за счет реакции деления.

1966 г. В. С. Лебедев, В. А. Разуваев (КБ-11, ВНИИЭФ) для тушения газового факела в Урта-Булаке разработали специальный заряд с высокой степенью «чистоты».

Во ВНИИТФ был создан широкий спектр ядерных взрывных устройств диаметром 182 мм и 260 мм, способных работать при температурах около 120 °C и давлениях до 750 атм. Конструкция и физическая схема этих устройств позволяла использовать стандартное буровое оборудование.

Ядерные взрывы в мирных целях использовались и для решения вопросов фундаментальной науки. Фундаментальные взрывные эксперименты позволяли исследовать поведение дейтериево-тритиевой и дейтериевой плазмы в уникальных физических условиях, создаваемых различными способами. Развитие этих исследований может способствовать достижению правильного понимания различных аспектов процессов, важных для работ в области термоядерного синтеза и создания термоядерных энергетических установок.

Важную тему представляют поиски возможностей использования энергии ядерного взрыва для противодействия угрозе падения на Землю крупных естественных космических объектов.

Фундаментальные взрывные эксперименты позволят исследовать различные аспекты поведения среды, имитирующей отдельные фрагменты астероида, в условиях их нагружения различными видами и уровнями воздействий ядерного взрыва. Эти исследования могут позволить уточнить облик и очертания проблемы, существующие и перспективные возможности предполагаемых средств защиты от астероидов.

XX век — век ядерной физики — дал нам пример блестящего решения задач, стоящих перед страной. Концентрация усилий ученых, специалистов — всего нашего народа позволила нашей стране стать великой державой, совершить научный и технологический прорыв практически во всех областях знаний.

Сегодня нам брошен новый вызов, и, чтобы сохранить нашу национальную самобытность, необходим новый прорыв в применении знаний, в создании новых знаний и технологий. Мы верим, что мирные ядерно-взрывные технологии будут одним из таких прорывов в обеспечении богатства нашего народа. Нашей большой стране нужны туннели, гавани, новые полезные ископаемые, новые открытия.

Дерзайте, друзья!

И.А.Андрюшин, Ю. А. Трутнев, А.К.Чернышев