Ядерний паливний цикл: Підземні ядерні вибухи

Обіцяли розповісти - виконуємо, приносячи вибачення за довгу паузу. Довго розмірковували, як вчинити правильно: відразу перейти до розповіді про підземний ядерний вибух «Гном» або почати з невеликого передмови про саму ідею підземних ядерних вибухів, про те, звідки вона взялася і як вона розвивалася. Вирішили, що без передмови не все буде зрозуміло, але от обсяг цієї передмови виявився розміром в окрему замітку. Але історія дійсно цікава - «угощайтесь»!

Давайте спочатку кілька слів про те, що за звір такий цей самий «ПЯВ» - підземний ядерний вибух, хто його придумав і навіщо він знадобився. Втім, чого вже тут: якщо чуємо слова «ядерний вибух» - значить, мова про військових. Ну, люблять вони «бабахнути», причому любов ця давня і затята. З того часу, як порох винайшли - бабахає так бабахає, спасу немає. Звичайно, справи військові - не зовсім тема нашого сайту, але уран, який, як відомо, всьому голова, такий, яким він є: одночасно і паливо, і зброю, тому трошки розповісти про військових ПЯВ варто.
Під землю зі своїми ненаглядними «сильний-батонами» військові полізли не від хорошого життя, а через військові же причин. Перший ядерний вибух в історії людства відбувся 16 липня 1945 року: в цей день американці підірвали плутонієву бомбу потужністю в 21 кілотонн в пустелі Аламогордо, штат Нью-Мексика, операція Trinity - Трійця. Вчені Манхеттенського проекту до такої події підійшли дуже відповідально: вибух спостерігалося всіма доступними на той момент засобами і приладами. Вчені спостерігали за вибухом, а генерали - за вченими, і панове військові зафіксували: ці яйцеголові можуть фіксувати факт вибуху з досить значних відстаней. Минуло зовсім небагато часу, і фіксує апаратура вже розміщувалася на літаках-розвідників. Наприклад, про вибух нашої РДС-1 в серпні 1949 року американці дізналися вже через добу, при цьому вони змогли отримати дані про тип бомби, її потужності і інших характеристиках.

Гаррі Трумен, президент США (1945-1953), Фото: http://archive.vod.umd.edu/
Президент США Трумен «презентував» інформацію про наш перший випробувальному вибуху на весь світ через пару тижнів:
«Поради впоралися зі створенням ядерної зброї, яка досада». Швидкість озвучення збентежила товариша Сталіна, але фізики з Спецпроекту пояснили, що ніякі шпигуни по лабораторіях і по полігону не бігали, що ця інформація була отримана науково-технічними методами. Відповідно, для наших фізиків і військових це тут же і стало стартом програми швидкого розвитку систем контролю і спостереження: якщо американці можуть фіксувати наші ядерні випробування, ми зобов'язані відповісти дзеркально. Події тоді розвивалися багаторазово швидше, ніж зараз, причому настільки, що не можна звільнитися від припущення про те, що люди, озброєні арифмометрами і логарифмічними лінійками, розуміли в десятки разів швидше за нинішні володарів неймовірних гаджетів. Уже в 1951 році вдалося впевнено зафіксувати надземний ядерний вибух на Семипалатинському полігоні з відстані в 700 км - півтора року і Радянський Союз фактично отримав новий вид «військ» - Службу Спеціального Контролю. Організаційно ССК була оформлена як структурний підрозділ ГРУ наказом міністра оборони Р. Я. Малиновським 13 травня 1958 року.
Американські військові не сумнівалися в тому, що СРСР зможе фіксувати повітряні і наземні ядерні випробування - а, отже, отримувати масу інформації, яка миттєво перестане бути секретною. Тому вони, власне кажучи, і полізли під землю - перший ПЯВ був проведений ними 29 листопада 1951 року. Для тих, хто вірив тоді і вірить зараз в те, що по той бік океану живуть виключно миролюбні ельфи з добрими очима, інформація від працівників Пентагону, зрозуміло, звучала куди красивіше. Ну, ось так, наприклад:
«ПЯВ проводяться тільки і виключно з метою запобігання поширенню радіації, недопущення радіоактивного зараження навколишнього середовища».
Учасники секти ельфопоклонніков можуть вірити подібного роду текстів і далі, реалісти ж прекрасно розуміють: так плювати хотіли вояки на будь-які зараження, їм просто треба було максимально дотримуватися режиму секретності, не більше того.
Так, сейсморозвідка розвивалася семимильними кроками, але вона дає інформацію тільки про потужність вибуху - звичайно, якщо все зроблено досить акуратно і радіоактивні речовини, що утворилися при підриві, залишилися під землею. Чому написано «досить акуратно»? Так, вибачте, мова ж про американців, а то, як у них чудово-безпомилково розвиваються різні напрямки їх атомного проекту, ми в курсі.
Ну, і щоб закінчити «військовий розповідь» - трохи статистики. ПЯВ в масовій кількості виробляли тільки дві держави - США і СРСР, значно пізніше зі ліченими вибухами підтягнулися Індія і Пакистан, Англія і Китай, а в даний час, плюючи на всі міжнародні договори, цим регулярно займаються тільки шалені північні корейці. Але «всі інші» особливої ​​погоду не робили, а от американці під землею навзривалі на 38,35 мегатонн у тротиловому еквіваленті, Радянський Союз - на 38,0 мегатонн. Паритет по потужності не означав рівної кількості вибухів: нашенських було в 1.5 рази менше. Ось на цих цифрах огляд чисто військових ПЯВ ми і припинимо, інші подробиці цікавляться цілком можуть знайти самостійно. Про мораторії, про договір, заборонити випробування в космосі, в повітрі, на землі і під водою, про те, як з'явився договір, який заборонив всім його учасникам взагалі будь-які випробування. Велика, цікава тема - от тільки не для Геоенергетика.

Підготовка, Фото: bbc.com
Власне, що таке ПЯВ? Риють шахту діаметром під боєзаряд, глибиною, як правило, від 200 до 800 метрів. В шахту опускають заряд, поверх нього організовують пробку з супичіх матеріалів (галька, пісок та ін.), Над пробкою розміщують всіляку вимірювальну апаратуру, десь в стороні, на безпечній відстані - пункт управління. Рвонули, виміряли все, що було необхідно, все просто і зі смаком. Залишається тільки зрозуміти, що ж відбувається під землею.

Випробування, Фото: bbc.com
Вибух призводить до випаровування підземної породи, в результаті чого порожнину, в якій розташовувався ядерний заряд, заповнюється перегрітою радіоактивним газом. Потім, у міру падіння температури, на дні порожнини накопичується розплавлена ​​гірська порода. Ще через кілька годин, з падінням температури і тиску, порожнину провалюється, на поверхні з'являється кратер. Це - якщо дуже коротко, без особливих подробиць. Ось тільки подробиці настільки «смачні», що стоїть їх трішки привідкрити.

Наслідки, Фото: bbc.com
Так, ще один момент. Радянська епоха, крім всіх інших перемог, звершень і недоліків мала ще одну характерну особливість. Назвемо її умовно «суконний мову»: підкреслено сухий, що не містить ніяких навіть ознак емоційного забарвлення того, що описується. Ось вам - для ностальгії - чудовий зразок.
«До моменту завершення процесу енерговиділення вся енергія зосереджена в газі. При ядерному вибуху зазвичай до складу газів включають власне продукти детонації прореагировавшего ядерного пального і випарувалися частини зарядного пристрою. Велика частина цих газів представляє пари різних металів і інших речовин з високою температурою конденсації. Початкові термодинамічні параметри продуктів детонації при ядерному вибуху володіють більш високими рівнями, ніж при вибухах хімічних ВВ. Температура досягає декількох мільйонів кельвінів, тиск - десятків тисяч ГПа. »
Тепер те саме, але нормальною мовою. Під час вибуху ядерного заряду, який заштовхали під землю, в радіоактивний газ перетворюється не тільки уран або плутоній, а й вся оболонка, всередині якої він розташовувався. Температура вибуху - кілька мільйонів градусів змушує миттєво випаруватися ще й кілька метрів (залежно від потужності заряду) гірських порід навколо заряду. Ось просвердлили, наприклад, граніт - він стане газом, причому в лічені частки секунди. І по тій породі, яка перебувала трохи далі, луплять все вражаючі фактори ядерного вибуху, а ударна і теплова хвиля багаторазово посилюються додатковим обсягом ось такого газу. Порода навколо заряду не коле, не розсипається в пісок - вона просто випаровується. Красиво, правда? Цей тепловий удар супроводжується і всіма іншими принадами - гамма-випромінюванням, електромагнітним імпульсом, променистою енергією ... Або тим же суконною мовою:
«... при ядерному вибуху мають місце такі своєрідні ефекти, як радіоактивне наслідок, іонізація, хімічне перетворення речовин і мінералів, випаровування і плавлення і розігрів порід, інтенсивна дезінтеграція мінералів і порід, руйнування або зміна значних ділянок порід і масивів».
Особливо чарівно звучить «інтенсивна дезінтеграція мінералів і порід», чи не так? Порода і мінерали перетворилися в розпечений до мільйонів градусів радіоактивний газ, ще частина твердих порід розплавилася і потекла струмком - це у нас, блін, «інтенсивна дезінтеграція». Гаразд, «дезінтегрували», а далі що?
«Далі вибухова хвиля представлена хвилями стиснення і сейсмічної ... При ядерному вибуху може мати місце накопичення і утворення небажаних або небезпечних концентрацій шкідливих речовин, що зберігають свою токсичність протягом тривалого часу і в точці вибуху, і в регіональному і в глобальному плані в залежності від технології виробництва вибуху і від технології використання його ефектів в різних технологічних ланцюжках. Ця обставина вимагає уважного обліку вибухового післядії у всіх областях використання ядерно-вибухових технологій. »
Знову переклад з російської на російську: під землею накопичуються різні радіоактивні гази, які норовлять по тріщинах породи просочуватися на поверхню, переходити в грунтові води - це і пропонується «уважно враховувати». Яким чином? Як запобігти ризику подібного поширення? Відповідей немає, але підсумок всіх цих «суконних» міркувань »- ось такий:
«За допомогою одиничних або невеликої кількості ядерних вибухів можуть створюватися великі, іноді вельми складні об'єкти технологічного використання: підйомні ємності, укрупнені свердловини, підземні перколятори, магазини руди, виїмки, насипи і т.п. ... Використання ядерних вибухів в народногосподарських цілях вимагає розробки відповідних технологій, що включають в себе власне технологічні процеси, апаратурно-машинні комплекси та організаційно-управлінські компоненти. »
«Економічні цілі» - чарівно звучить, чи не так? Однак найцікавіше, що вигадка про ПЯВ для таких цілей хронологічно вперше з'явилася не в СРСР, а в США. Про програми радянських ПЯВ для гасіння пожеж, для поліпшення умов нафто- і газовидобутку, для створення водойм, тунелів, гребель наш сайт готовий розповісти, якщо буде інтерес, але не в цій замітці. Ми-то збиралися розповісти про підземний ядерний вибух «Гном» і про те, яким чином він пов'язаний зі сховищем ВЯП «військових» реакторів в США - ось і продовжимо рухатися в цьому напрямку.
Доведеться згадати, ким був чудовий громадянин США, угорський геній єврейського походження Едвард Теллер. Геній - не перебільшення, внесок Теллера в розвиток фізики справді величезний. Так, саме він у співпраці з американцем польського походження Станіславом Уламом розробив і запропонував конструкцію термоядерної бомби.

Фізик-теоретик (Угорщина / США), широко відомий як «батько водневої бомби», Фото: mithattosun.com
Але Теллер дуже багато зробив і для розвитку ядерної та молекулярної фізики, спектроскопії, теорії бета-розпаду, статистичної механіки, вчені до цих пір користуються результатами його досліджень, є теорії, що носять його ім'я. Ну, просто чудова людина! Отримавши громадянство США в 1941 році, з 1943 він став учасником Манхеттенського проекту, але в розробці ядерної зброї участі практично не брав - його набагато більше цікавила зброя термоядерна. До Хіросіми і Нагасакі інтерес його залишався суто теоретичним: навіть економіка такого гіганта, як США, «не тягнула» одночасно розвиток двох таких проектів. Але теорію він розвинув до такої міри, що після отримання фінансування на цей напрям американці змогли створити термоядерну бомбу всього за кілька років. 1 листопада 1952 року атолі Еніветок (Маршаллові острова) прогримів вибух під кодовою назвою «Іві Майк» (Ivy Mike). Так, бомбою творіння Теллера-Улама можна було назвати лише з великою натяжкою - 62-тонне виріб був розміром з триповерховий будинок, але потужність першого термоядерного вибуху приголомшувала: 10,4 мегатонни! 10 мільйонів 400 тисяч тонн тротилового еквівалента, в 450 разів могутніше вибуху над Нагасакі.
Гігантські розміри першого дітища Теллера були пов'язані з тим, що в цьому виробі використовувалися дейтерій і тритій в рідкому вигляді: грубо кажучи, довелося побудувати гігантський холодильник. Але Теллер, довівши можливість реалізації на практиці термоядерного вибуху, запропонував подальше вдосконалення: використовувати дейтерид літію-6 . Сказано - зроблено, адже в 40-х і 50-х в США мешкали янкі, а не американці. І ось під час випробування Bravo вироби під кодовою назвою «Креветка» (1954 рік, атол Бікіні. Старше покоління має ще пам'ятати, що Бікіні - це не тільки модні пляжні труси) пролунав малесенький дзвіночок: Теллер може помилятися, і помилки його можуть давати досить драматичні результати. За його розрахунками, «Креветка» повинна була видати 6 мегатонн, а на ділі вийшло ... 15. З'ясувалося, що і дейтерид літію-7 бере участь в термоядерної реакції, чого Теллер просто не врахував. Підсумок - саме потужний вибух в історії термоядерної програми США. Помилка - і потужність виявилася вище не на відсотки, а в рази.
Інші деталі біографії Теллера цікаві, але до справи особливого стосунку не мають. Підсидів Оппенгеймера, підтримавши звинувачення в його нелояльності, домігся мініатюризації термоядерних бомб і боєголовок, (за наявними відомостями все термоядерні боєголовки на американських ракетах стратегічного призначення сконструйовані за схемою Теллера-Улама), активно підтримував СОІ, оприлюднив відомості про наявність у Ізраїлю атомної бомби. Прекрасна людина, ось просто клейма ставити ніде ... Нам цікавіше те, що на початку 50-х у цього джентльмена з'явився новий свербіж - довести, що від атомної програми може бути практична користь. Ні, у нього не було навіть спроб якось взяти участь в розробці АЕС - не ту польоту птах, не під то заточений мозок.
Подивіться ще разок на «суконний» текст:
«Використання ядерних вибухів в народногосподарських цілях вимагає розробки відповідних технологій, що включають в себе власне технологічні процеси, апаратурно-машинні комплекси та організаційно-управлінські функції».
Ось слово в слово збігається з розробленою під керівництвом Теллера американською програмою Operarion Plausher (у нас цей проект часто називали «програма« Леміш »- просто дослівний переклад). Ось виключно для народногосподарських цілей Теллер і команда мали намір за допомогою ПЯВ ощасливити жителів Каліфорщіни, Невадщіни і Арізонщіни створенням залізничного насипу в пустелі Мохаве, жителів Алясщіни - великої морською гаванню, мешканців Панамщіни - дублем Панамського каналу, громадянам Канадщіни Теллер хотів допомогти добувати нафту ...
«Плаушер» офіційно стартував в 1957 році, був згорнутий в 1973 - на той час американці остаточно наїлися ініціативами свого провідного фізика-ядерника по саме не можу. Куди тільки дивилося радянське керівництво, питається? Кукринікси якісь картинки малювали, Хрущов черевиком по трибуні стукав - а вигідніше було всіма силами підтримати починання талановитого вченого. Давайте пробіжимося по проектам програми - нехай і у вас з'явиться гарний настрій:
прокласти канал-дублер Суецького каналу по території ... Ізраїлю; прокласти нове русло Панамського каналу: 77 км, ширина 300 м, глибина 150 м за допомогою 302 ПЯВ загальною потужністю 167,5 мегатонн (!); побудувати глибоководні захищені морські гавані на Алясці поблизу мису Томпсон; спорудити глибоководну морську гавань на північному заході Австралії; спорудити судноплавний канал довжиною 160 км до залізорудної родовища на заході Австралії; добувати нафту з бітумозних пісків в Атабасці (Канада) після їх попереднього розігріву за допомогою ПЯВ; спорудити гідрое ергетіческій комплекс в Каттарской западині (північна Африка) за рахунок припливу вод Середземного моря по каналу, освіченій за допомогою 429 ПЯВ загальною потужністю 65,9 мегатонн (!); дробити руду під землею в штаті Коннектикут; побудувати судноплавний річковий канал між річками Теннесі і Томбігбі в штаті Массачусетс; спорудити систему каналів і водосховищ в штаті Арізона.Прочіталі? Ні, це не Задорнов і не репортаж з палати будинку розумом скорботних, це плани, які серйозно розглядала Комісія з атомної енергії США. Перелік не повний - там ще багато цікавих ідей. Підмісячного вибухи на нашому природному супутнику, видобуток геотермальної енергії в різних куточках США, дроблення мідної руди з метою її подальшого підземного вилуговування та інше, інше, інше. Така собі маніловщина імперського розмаху, заснована на найбільшому з підкорених людиною джерелі енергії.
Але, якщо хтось думає, що радянські фізики не відповіли на цих планів громаддя зустрічним фонтаном фантазії - поспішаємо розчарувати. І озера ми створювати збиралися, і греблі будувати, і сибірських річках перетік в середньоазіатські пустелі забезпечувати, і нафта з газом добувати ...
Якась тотальна ейфорія, перервати яку змогла тільки груба дійсність: один ПЯВ за іншим не давав запланованих результатів, раз по раз на поверхню виривалися хмари радіоактивних газів. Американці прокинулися першими, звернувши «Плаушер» вже в 1973 році, наші щось планували і планували аж до 1988 року. Але нашим фізикам для інтелектуального розваги вистачило саме планів - додуматися до того, щоб в 7 км від епіцентру ПЯВ будувати сховище радіоактивних відходів військових програм змогли тільки американці. Мова про перший в історії мирному ПЯВ «Гном» і тому самому сховищі WIPP (Waste Isolation Pilot Plant - Пілотний Завод по утилізації Відходів). +
Озброївшись твердим наміром довести абсурдність приказки «Талант в землю не зариєш», Теллер почав копати. Першим мирним ПЯВ став вибух «Гном» (ОФФ, дісталися) - Gnome 10 грудня 1961 року. Хотіли рвонути ще в 1958, і в цьому відношенні у СРСР і США мораторій на ядерні випробування трапився, перерваний через Карибської кризи.