Атомная энергия и флот

ЧЕМ ОПАСНЫ ИСПЫТАНИЯ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ

В военных планах США и других капиталистических стран видное место отводится атомному и термоядерному оружию. Соединенные Штаты Америки, проводя курс подготовки новой мировой войны, из года в год увеличивают производство вооружения, накапливают запасы атомных и водородных бомб, в широких масштабах проводят ядерные исследования. Как известно, только за период с 28 апреля по 26 июля 1958 года, то есть за три месяца, наблюдательные станции Советского Союза, расположенные на расстоянии 5–6 тысяч километров от места испытаний, засекли 32 ядерных взрыва, проведенных американцами в Тихом океане. А всего за период с конца апреля до конца октября 1958 года США и Англия произвели около 60 взрывов атомных и водородных бомб, причем иногда производилось по 3–4 ядерных взрыва в течение суток.

Испытания ядерного оружия сильно отравляют атмосферу, почву и воду морей и океанов, оказывают вредное воздействие на здоровье людей, ставят под угрозу жизнь будущих поколений.

Рассмотрим подробнее два основных вопроса, связанных с проведением ядерных испытаний. Во-первых, как происходит заражение воздуха, почвы и воды радиоактивными продуктами взрыва и какую опасность оно представляет для человечества. Во-вторых, как обнаруживаются ядерные взрывы, какими способами можно обеспечить контроль за повсеместным прекращением ядерных испытаний.

При ядерных взрывах всегда образуется большое количество радиоактивных продуктов. Часть из них выпадает на участке протяженностью 50–150 километров и более в течение нескольких часов после взрыва. Часть в распыленном виде переносится воздушными течениями на очень большие расстояния и даже вокруг земного шара, постепенно выпадая на землю с дождем и снегом. Это выпадение длится годами, и поэтому вся наша земля непрерывно, все больше и больше загрязняется радиоактивными веществами.

После взрыва бомбы малого или среднего калибра облако пыли обычно остается в тропосфере, достигая высоты 7–12 километров. Двигаясь по ветру, оно распространяется в вертикальном и горизонтальном направлениях и загрязняет нижние слои атмосферы. В конце концов радиоактивная пыль удаляется из атмосферы, либо вымываясь дождями, либо непосредственно оседая на поверхность земли. Скорость оседания частиц пыли в спокойном воздухе зависит от их размеров. Например, частица диаметром 0,1 миллиметра, падая с высоты 12 километров, достигнет земной поверхности за 4 часа, а частице размером 0,01 миллиметра для этого потребуется около 2 недель. Оседание частиц еще более мелких происходит в основном вместе с осадками. В среднем половина мелкой пыли, образующейся при взрыве бомб сравнительно небольшого калибра, вымывается из атмосферы дождевой водой в течение нескольких недель.

При взрыве бомб, тротиловый эквивалент которых составляет миллионы тонн, радиоактивное облако попадает в стратосферу, достигая высоты 30 километров и более. Выпадение радиоактивных частиц в этом случае происходит медленней, большая часть их может оставаться в атмосфере длительное время. Попадая в стратосферу, пыль подвергается действию ветров, дующих преимущественно на запад и восток со скоростью, равной примерно 1000 километров в сутки. Сначала продукты деления попадают из стратосферы в тропосферу, по всей вероятности, путем турбулентной диффузии, а оттуда вместе с осадками выпадают на землю. Поскольку процесс выпадения продолжается довольно долго, то заражение земной поверхности обусловливается почти исключительно долгоживущими продуктами деления, вроде стронция 90 и цезия 137. В течение года, как показывают измерения, оседает от 10 до 20 процентов пыли, образовавшейся при мощном термоядерном взрыве.

Размеры зараженного радиоактивными веществами участка местности или водной акватории и степень заражения зависят главным образом от мощности и вида взрыва, а также от метеорологических условий. Ядерные взрывы, проведенные Соединенными Штатами в Тихом океане, сопровождались значительным выпадением радиоактивных осадков на большой площади открытого моря, островов и других территорий бассейна океана.

В американской печати сообщалось, что при наземном взрыве термоядерного устройства (тротиловый эквивалент 12–14 миллионов тонн), проведенном США в Тихом океане 1 марта 1954 года, радиоактивному заражению подверглась территория, вытянутая по ветру на 350 километров и имеющая ширину до 64 километров. С наветренной стороны радиоактивность была обнаружена на расстоянии до 32 километров. При пребывании на открытом месте в течение 36 часов человек подвергался смертельной опасности на расстоянии до 220 километров от места взрыва. Японское рыболовное судно «Счастливый дракон», находившееся в момент испытаний примерно в 140 километрах от места взрыва, оказалось в полосе выпадения радиоактивной пыли. Все рыбаки перенесли тяжелую лучевую болезнь, а один из них умер.

Американские ядерные взрывы на Тихом океане создают угрозу для мирного морского судоходства. Летом 1958 года, во время проведения американцами самой крупной серии испытаний ядерного оружия, подверглись интенсивному радиоактивному облучению японское исследовательское судно «Такуио», проводившее научные работы по плану Международного геофизического года в районе Тихого океана, и сопровождавшее его патрульное судно «Сацума». На этих судах заболели 37 человек команды. Оба судна вынуждены были покинуть опасный район.

Досрочно в июне 1958 года возвратилось из третьего рейса по программе Международного геофизического года и советское экспедиционное судно «Витязь». Научные работы, проводившиеся в центральной части Тихого океана, невозможно было продолжать из-за повышенной радиоактивности.

Радиоактивные вещества вместе с воздухом могут попасть в жилые помещения корабля, а также в машиннокотельные отделения и создать там значительные уровни радиации. Не исключена возможность попадания радиоактивных веществ и в питьевую воду, если водоиспарительные установки не оборудованы соответствующими фильтрами. Зараженная вода, используемая для технических целей, также может быть опасной для корабельного состава.

Серьезной угрозе вследствие ядерных испытаний, проводимых США в Тихом океане, подвергаются и люди, находящиеся за пределами установленной американцами зоны. Значительную опасность для жизни представляет радиоактивное загрязнение морской воды и заражение рыбы, которую употребляют в пищу жители островов. Известно много случаев, когда выловленную рыбу приходилось уничтожать, так как она оказывалась радиоактивной. Так, в 1954 году в ряде случаев подлежала уничтожению рыба, выловленная на большом пространстве в виде сектора радиусом более 3000 километров (с центром в районе Бикини). Радиоактивные вещества из морской воды вначале поглощаются планктоном — мельчайшими плавающими в воде организмами, а планктон в свою очередь поглощается рыбой. Измерения показали, что радиоактивность, накопившаяся в планктоне и рыбе, в то время в сотни и даже тысячи раз превышала активность морской воды.

До последнего времени предполагалось, что глубинные воды океана не перемешиваются, и на этом основании считалось возможным захоронение радиоактивных отходов атомной промышленности в глубоководных впадинах. В этой связи полагали безопасным с точки зрения радиоактивного заражения и глубокий подводный взрыв. Фактические данные океанографических исследований, выполненных советскими учеными в 1957–1958 годах на экспедиционном судне «Витязь», доказали, что глубинные воды интенсивно перемешиваются в горизонтальном и вертикальном направлениях и, следовательно, радиоактивные вещества неизбежно попадут в поверхностные слои океанской воды и рано или поздно будут поглощены растительными и животными организмами.

Среди радиоактивных веществ, образующихся при взрыве, имеются долгоживущие радиоактивные изотопы, как стронций 90 (период полураспада составляет 29 лет) и цезий 137 (период полураспада равен 33 годам). Они и представляют главную опасность ядерных испытаний. С каждым годом загрязнение ими земной поверхности увеличивается. Свидетельством тому является график, приведенный на рис. 42а. На этом графике, опубликованном в зарубежной печати, показано, как усиливается концентрация стронция 90 на поверхности земли в Англии. В печати отмечалось, что если ядерные испытания будут продолжаться такими же темпами, какими они проводились в последние годы, то через сто лет концентрация стронция 90 в почве достигнет около 0,2 кюри на квадратный километр (допустимое содержание стронция 90 в организме человека равно одной десятимиллионной доли кюри).

Стронций и цезий активно поглощаются растениями и с растительной пищей попадают в организм животного и человека. Стронций 90 откладывается в костях и вызывает постоянное облучение костного мозга и клеток костной ткани. По сравнению с другими долгоживущими изотопами, образующимися при ядерном взрыве, он играет особую роль. Это объясняется высоким содержанием стронция 90 в продуктах деления, его свойством сопутствовать кальцию в процессе обмена веществ у человека, легкостью всасывания в кровь и, наконец, способностью надолго закрепляться в костях.

Поскольку концентрация радиоактивных осадков, выпадающих на земной поверхности, невелика, то и дозы облучения будут также небольшими. Возникающие при этом биологические проблемы относятся к наименее исследованной области радиационных поражений — области хронически малых воздействий, затрагивающих все население земного шара.

Практикой работы с радиоактивными веществами выработаны предельно допустимые дозы облучения. При этом предполагалось, что меньшие дозы не вызывают никаких вредных последствий для здоровья, иначе говоря, действие облучения принималось пороговым. Если радиоактивные вещества попадают внутрь организма, то требуется, чтобы облучение не превышало допустимой нормы не только в организме в целом, но и в том органе, где эти вещества могут накапливаться (такой орган называется критическим). Например, при попадании в организм стронция облучению практически подвергаются только кости. Цезий 137, отлагающийся в мягких тканях, выводится из организма в 150 раз быстрее, чем стронций 90, поэтому действием его при оценке дозы в критическом органе можно пренебречь.

В настоящее время считается установленным, что в отношении генетических последствий воздействие любой дозы радиации может быть вредным. В данном случае действие облучения, создаваемого стронцием 90, цезием 137 и углеродом 14, который образуется под действием нейтронов из азота воздуха, принимается беспороговым. Хроническое облучение в малых дозах может вызвать не только заболевания генетического происхождения, но также и некоторые другие биологические повреждения.

Советский ученый О. И. Лейпунский[3] произвел определение мощности дозы в костях от стронция 90 и пришел к выводу о том, что длительное проведение ядерных испытаний является недопустимым, так как приведет большое количество людей к получению дозы, близкой к предельно допустимой в критическом органе (в позвонках). Если учитывать радиационную опасность, исходя из представления о беспороговом действии облучения, то, по оценке О. И. Лейпунского, каждый год продолжения испытательных взрывов вызовет появление с течением времени значительного количества заболеваний лейкозом и генетических жертв.

С целью разработки эффективной системы контроля за соблюдением возможного соглашения о повсеместном прекращении испытаний ядерного оружия в июле–августе 1958 года в Женеве было проведено совещание технических экспертов по изучению способов обнаружения ядерных взрывов. В совещании участвовали представители СССР, США, Англии, Канады, Польши, Румынии, Чехословакии и Франции.

На основании проделанной работы совещание установило, что имеющиеся в настоящее время методы обнаружения ядерных взрывов, основанные на регистрации радиосигналов, акустических, гидроакустических и сейсмических колебаний, а также радиоактивных продуктов, позволяют не только устанавливать факт проведения испытаний, но и определять вид взрыва и его мощность. Перечисленными способами можно обнаруживать и определять даже взрывы атомных зарядов малой мощности (с тротиловым эквивалентом 1–5 тысяч тонн).

Образующиеся при ядерных взрывах акустические, гидроакустические и сейсмические волны в воздухе, воде и в земной коре, а также электромагнитные волны и радиоактивные продукты схематично показаны на рис. 42б. Они служат признаками ядерных взрывов и составляют физические основы методов их обнаружения.

Рассмотрим перечисленные выше методы обнаружения ядерных взрывов, которые в совокупности позволяют не только обнаружить взрыв и установить место, где он произошел, но также и определить основные его показатели (мощность и вид взрыва, тип ядерного заряда).

Как известно, в месте взрыва вначале образуется область чрезвычайно высокого давления, что приводит к возникновению ударной волны. Давление в ней уменьшается по мере распространения, а скорость фронта волны постепенно приближается к скорости звука. Таким образом, звуковая (акустическая) волна, как и ударная, состоит из чередующихся явлений сжатия и разрежения и отличается от последней лишь своей интенсивностью.

Давление и уплотнение, вызываемые звуковой волной, очень малы по сравнению с давлением и плотностью данной среды. Действительно, даже при мощном звуке, сила которого близка к порогу болевого ощущения (гудок находящегося вблизи паровоза), амплитуда давления составляет всего лишь 0,003 атмосферного давления. Если частота звуковых колебаний находится в пределах от 20 до 15 000 в секунду, то такие колебания воспринимаются ухом человека как звук. Колебания более низких частот называются инфразвуковыми, более высоких — ультразвуковыми. И те и другие могут быть обнаружены лишь с помощью специальных приборов. Инфразвук, как показывают опыты и теоретические исследования, поглощается в воздухе слабее, чем звуки более высоких частот, и, следовательно, может быть обнаружен на больших расстояниях от источника звука. Скорость распространения звуковых волн в сухом воздухе при температуре 20 градусов равна 344 м/сек., в воде 1450–1500 м/сек.

Звуковые волны легко регистрируются, например, с помощью электроакустических приемников звука, преобразующих колебания упругой среды (воздуха, воды и т. п.) в электрическую энергию. Для приема воздушных акустических волн могут быть использованы микробарографы. Микробарограф, так же как и барограф, является самопишущим прибором, предназначенным для непрерывной регистрации атмосферного давления, и отличается от последнего очень высокой чувствительностью (может реагировать даже на порывы ветра).

Амплитуда воздушной акустической волны прямо пропорциональна корню кубическому из мощности взрыва, обратно пропорциональна расстоянию и сильно зависит от метеорологических условий (ветра, температуры, турбулентности атмосферы). Ядерный взрыв, эквивалентный по мощности взрыву 1000 тонн тротила, может быть обнаружен на расстояниях от 500 до 3000 километров, в зависимости от направления и скорости ветра в атмосфере.

Чтобы определить место и время взрыва, надо знать направление прихода звукового сигнала и скорость его распространения. Для этой цели датчики давления микробарографических станций располагаются друг от друга примерно на 10 километров. Чувствительность станции должна обеспечивать запись сигнала с амплитудой в 0,000001 атмосферного давления. На основе записи трех станций место взрыва может быть определено с ошибкой менее чем в 100 километров.

Во время первого опытного взрыва атомной бомбы в Аламогордо взрыв был слышен на расстоянии 240 километров. Конечно, с помощью приборов, более чувствительных, чем ухо, звук мог быть зарегистрирован на значительно большем расстоянии.

Изучая распространение звука в воде, советские ученые обнаружили и исследовали явление так называемого сверхдальнего распространения звуковых волн. Было установлено, что на определенной глубине звук поглощается очень слабо. Используя это явление и направленный прием звука, можно зарегистрировать сравнительно небольшой взрыв в воде на расстоянии около 10 000 километров.

При подземном взрыве, а также при взрыве вблизи поверхности земли в грунте возникают сейсмические волны: продольные, поперечные и поверхностные. Продольная волна распространяется в земной коре со скоростью приблизительно 8 километров в секунду и представляет собой волну сжатия и разрежения. Примером продольных волн в газообразной среде служат звуковые волны.

Первая продольная волна является наиболее важной для обнаружения взрыва, определения его места, а также для того, чтобы отличить взрыв от землетрясения. Поперечные волны приходят позже продольных, так как скорость их примерно вдвое меньше. Эти волны образуются только в твердых средах. При прохождении их частицы среды колеблются перпендикулярно направлению движения волны. Поверхностные же волны по-существу соединяют в себе особенности тех и других. Поперечные и поверхностные волны также помогают определить природу сейсмического возмущения.

При благоприятных шумовых условиях, то есть при отсутствии сильных помех, ядерный взрыв, эквивалентный по мощности взрыву 1000 тонн тротила, может быть обнаружен на расстоянии 1000–3500 километров; при плохих условиях на таких дальностях обнаруживается взрыв более мощный.

Как и при землетрясениях, для записи колебаний, вызванных взрывом, используются специальные приборы — сейсмографы. Основной частью сейсмографа является маятник, к которому присоединяется регистрирующее устройство для записи колебаний. Для обнаружения слабых сейсмических сигналов пользуются электрическими методами регистрации, которые обеспечивают достаточное усиление сигнала. Сейсмографы бывают вертикальные и горизонтальные, в зависимости от того, какую составляющую колебаний они должны записывать. Контрольные посты, ведущие сейсмические наблюдения, оборудуются несколькими вертикальными и горизонтальными сейсмографами, расположенными на определенном расстоянии друг от друга. Места для их установки желательно выбирать в районах с минимальным уровнем естественных землетрясений, создающих сигналы, сходные с теми, которые производятся взрывом. С помощью сейсмограмм можно определить место взрыва и оценить его мощность.

В сентябре 1957 года на атомном полигоне в Неваде американцы произвели подземный взрыв атомной бомбы, эквивалентной по мощности взрыву 1700 тонн тротила. Бомба была взорвана в горной породе (вулканический туф) на глубине 270 метров. В первое время после взрыва представители комиссии по атомной энергии США утверждали, что этот взрыв нельзя было обнаружить на расстояниях более 400 километров, и тем самым пытались преуменьшить возможности средств дальнего обнаружения ядерных взрывов. В действительности взрывные волны были зафиксированы на расстояниях около 4000 километров. Совещание экспертов подтвердило, что подобные ядерные взрывы могут быть обнаружены в местах с низким уровнем фона на расстояниях порядка 3500 километров.

Ядерные взрывы в атмосфере быстро могут быть обнаружены способом, основанным на регистрации возникающих при взрыве электромагнитных волн, которые распространяются в воздухе со скоростью 300 000 км/сек. Эти волны в виде радиоимпульсов можно зарегистрировать специальными радиоприемными устройствами.

При подземных и подводных взрывах не бывает радиоизлучения, которое могло бы быть зарегистрировано на больших расстояниях современной техникой. Причиной радиосигналов является гамма-излучение, сопровождающее взрыв. Сила сигналов зависит от высоты и мощности взрыва и от некоторых особенностей конструкции бомбы.

Взрыв ядерного заряда с тротиловым эквивалентом в 1000 тонн может быть обнаружен на расстоянии более 6000 километров при отсутствии в районе приемной станции высокого уровня шума от местных гроз или других источников помех. Методами радиопеленгации возможно определение направления на центр взрыва с точностью около 2 градусов, а времени взрыва — с точностью до нескольких миллисекунд. Регистрация радиосигналов может быть использована для обнаружения ядерных взрывов, производимых вплоть до высот порядка тысячи километров.

При ядерном взрыве образуется большое количество радиоактивных веществ. Если происходит реакция расщепления урана или плутония, то возникают продукты деления (изотопы стронция, бария, иода и многих других элементов). Термоядерные реакции приводят к образованию углерода 14, трития и некоторых других веществ, например марганца 54, который образуется при действии быстрых нейтронов на железо 54.

Японские ученые, произведя анализ радиоактивной пыли, выпавшей на судно «Счастливый дракон» после взрыва 1 марта 1954 года, обнаружили в ней значительное количество урана 237. Этот изотоп образуется в результате поглощения ураном 238 одного сверхбыстрого нейтрона и последующего испускания двух нейтронов. Нейтронов с очень большой энергией при реакции деления возникает чрезвычайно мало, тогда как при термоядерной реакции они имеются в большом количестве. На основании этих соображений, а также учитывая масштабы радиоактивного заражения, и был сделан вывод о том, что американцы взорвали тогда водородно-урановую бомбу (термоядерный заряд с урановой оболочкой).

Для взятия радиоактивных проб у поверхности земли используются фильтрующие установки с достаточно большой пропускной способностью, а для сбора радиоактивных осадков — различные планшеты. Кроме того, для забора проб воздуха вместе с содержащейся в нем пылью применяются фильтры, установленные на самолетах. Измерение активности фильтра и анализ отобранных проб производятся в радиометрических лабораториях.

Систематические наблюдения за воздухом и осадками дают возможность обнаружить ядерный взрыв по появлению повышенной радиоактивности. Так, активность дождевой воды, измеренная в 1954 году в различных пунктах Японии, резко возрастала после каждого ядерного взрыва на Бикини.

Если специально оборудованные контрольные посты будут располагаться один от другого на расстоянии в 2–3 тысячи километров, то взрыв атомной бомбы с тротиловым эквивалентом в 1000 тонн, произведенный в тропосфере, надежно обнаруживается по повышению радиоактивности в период 5–20 дней. При этом время взрыва будет тоже определено, но с некоторой неточностью. В отдельных случаях ориентировочно можно установить и место взрыва, если известны метеорологические данные, необходимые для определения траектории движения радиоактивного облака и частичек пыли.

Ядерные взрывы на большой высоте (более 30–50 километров) можно обнаружить методом регистрации гамма-излучения и нейтронов посредством спутников, оборудованных соответствующими приборами. Кроме этого, для обнаружения таких взрывов могут быть использованы сопутствующие им световые явления и ионизация атмосферы.

Все перечисленные способы дальнего обнаружения ядерных взрывов дополняют друг друга и дают возможность безошибочно установить факт взрыва, а также с достаточной точностью определить его место, силу и даже тип бомбы.

Сеть контрольных постов, оборудованных регистрирующей аппаратурой, должна располагаться на континенте и на океанических островах. Расстояние между постами в континентальных сейсмических районах может составлять около 1000 километров, а в районах, где нет естественных землетрясений, — около 1700 километров, причем в океанах оно может быть увеличено до 3500 километров и более. Дополнительно в указанной основной сети постов должен производиться сбор проб воздуха с самолетов. Рекомендованная совещанием экспертов сеть контрольных постов вместе с использованием самолетов обеспечивает хорошую вероятность обнаружения и определения взрывов ядерных зарядов с тротиловым эквивалентом вплоть до 1000 тонн, происходящих на поверхности земли и на высоте до 10 километров. Взрывы, происходящие на высотах от 10 до 50 километров, также хорошо обнаруживаются, но не во всех случаях возможно их определение. Таким образом, проверка выполнения соглашения о прекращении испытаний ядерного оружия оказывается сравнительно простой и надежной.

Советское правительство, тщательно рассмотрев результаты работы совещания экспертов, согласилось со всеми замечаниями и рекомендациями относительно системы контроля за прекращением ядерных испытаний, содержащимися в докладах совещания. Советский Союз, последовательно выступая за мир во всем мире, делал и делает все от него зависящее, чтобы устранить опасность атомной войны. Этой задаче отвечает повсеместное прекращение ядерных испытаний на вечные времена и полное запрещение атомного и термоядерного оружия.

1. Опасности ионизирующего излучения для человека. Перевод с английского. Изд. иностр. литературы, 1958.

2. Чем грозят испытания ядерного оружия. Перевод с английского. Изд. иностранной литературы, 1958.

3. Ядерные взрывы. Перевод с английского. Изд. иностранной литературы, 1958.

4. А. В. Козлова. Последствия взрывов атомных бомб в Хиросима и Нагасаки и водородной бомбы в Бикини. Медгиз, 1957.

5. К переговорам о прекращении испытаний ядерного оружия (документы). Приложение к журналу «Новое время», № 36, 1958.

6. Газета «Правда» за май–декабрь 1958 г.

7. В. А. Красильников. Звуковые волны. Изд. технико-теоретической литературы, 1954.

8. Журнал «Атомная энергия», т. 5, вып. I, 1958.