Подземные ядерные взрывы в мирных целях

1. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОГРАММА «ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЫ ДЛЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА» И ВНИИТФ

Альберт ВАСИЛЬЕВ

Борис ВОДОЛАГА

Николай ВОЛОШИН

Васильев Альберт Петрович — директор Международного центра по экологии и безопасности, директор отделения по физике и безопасности НИКИЭТ, кандидат физико-математических наук, лауреат Государственной премии СССР, бывший сотрудник РФЯЦ — ВНИИТФ.

Водолага Борис Константинович — заместитель директора РФЯЦ — ВНИИТФ, доктор физико-математических наук, лауреат премии Правительства Российской Федерации.

Волошин Николай Павлович — заместитель директора РФЯЦ — ВНИИТФ, доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР и премии Правительства Российской Федерации.

Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина принимал активное, а по некоторым направлениям и определяющее, участие в разработке и реализации государственной программы № 7 «Ядерные взрывы для народного хозяйства». Из проведенных в СССР 124 мирных взрывов в 75 случаях было использовано 80 ядерных зарядов, разработанных во ВНИИТФ.

Пионерскими в 1965–1967 гг. были промышленные взрывы ядерных зарядов ВНИИЭФ. Мирные взрывы своих зарядов наш институт начал с мая 1968 г., но к разработке мирных ядерно-взрывных устройств (ЯВУ), обладающих специфическими характеристиками, соответствующими условиям применений, принципиально отличающимся от условий эксплуатации изделий оборонного назначения, институт приступил уже в 1966 г. В процессе разработки столь специфичных ЯВУ приходилось проводить предварительные проверки их на испытательном полигоне. Таких экспериментов с новыми ЯВУ проведено двадцать. Иногда удавалось совместить отработку новой конструкции с промышленным применением соответствующего устройства. Все разработки ЯВУ мирного назначения возглавлялись, осуществлялись, поддерживались и курировались во

ВНИИТФ академиками Е. И. Забабахиным, Е. Н. Аврориным и Б. В. Литвиновым. Производство и обеспечение применений ядерно-взрывных устройств непосредственно курировал Г. П. Ломинский, работавший директором ВНИИТФа с 1964 по 1988 г., то есть в период активной реализации программы ядерных взрывов в промышленных целях. Всего в интересах народного хозяйства институт разработал 14 типов ЯВУ, девять из которых обладали оптимальными эксплуатационными характеристиками и фактически применялись при проведении ядерных взрывов в мирных целях.

Государственная программа № 7 «Ядерные взрывы для народного хозяйства» была, естественно, сложной и комплексной работой многочисленных заказывающих ведомств, проектных организаций и предприятий, обеспечивающих разработку и применение ЯВУ. Наш институт тесно и эффективно взаимодействовал с ВНИПИ промтехнологии и КБ автотранспортного оборудования Минсред-маша, а также с рядом других министерств бывшего СССР.

Ядерно-взрывные устройства ВНИИТФ использовались в следующих направлениях:

— глубинное сейсмическое зондирование земной коры в целях поиска структур, перспективных для разведки полезных ископаемых (22 взрыва). Заказчиком выступало Министерство геологии СССР;

— создание подземных емкостей (22 взрыва). Заказчик — Министерство газовой промышленности СССР;

— интенсификация добычи нефти и газа (16 взрывов). Заказчики — Министерство нефтяной промышленности СССР, Министерство геологии СССР и Министерство газовой промышленности СССР;

— отработка ядерно-взрывных технологий (6 взрывов). Заказчик — Минсредмаш СССР;

— перекрытие скважин газовых фонтанов (4 взрыва). Заказчик — Министерство геологии СССР;

— дробление руды (2 взрыва). Заказчик — Министерство по производству минеральных удобрений СССР;

— захоронение биологически опасных промышленных стоков нефтехимических производств (2 взрыва). Заказчик — Министерство нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР;

— создание траншеи-выемки в аллювиальных грунтах (1 взрыв). Заказчик — Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР.

Сразу же поясним, что использование ядерно-взрывных технологий в промышленных целях целесообразно только в тех случаях, когда:

— ожидаемый результат не может быть достигнут никакими иными средствами либо оправдывается высокой экономической эффективностью по сравнению с альтернативными способами;

— отсутствует значимое побочное вредное воздействие на персонал, население и окружающую среду;

— обеспечивается минимально возможное радиоактивное загрязнение окружающей среды, в т. ч. недр;

— выполняются требования Московского договора 1963 г. о запрещении ядерных испытаний в трех средах и договора о мирных ядерных взрывах (1976 г.).

Успешному применению ядерно-взрывных устройств способствовали такие их уникальные характеристики, как компактность конструкции, возможность регулировки мощности, высокая плотность и низкая удельная стоимость энергии.

Специфические условия применения ЯВУ предъявляют к ним такие особые требования, как:

— остаточная радиоактивность после взрыва должна быть минимальной;

— реализовавшаяся мощность (энергия) взрыва должна наиболее полно обеспечивать достижение целей проекта;

— конструкция и эксплуатационные характеристики ЯВУ должны с запасом отвечать условиям его применения.

Чаще всего ЯВУ размещались в глубоких скважинах достаточно малого диаметра. Отсюда возникли требования минимизации диаметра конструкции, обеспечения ее герметичности и термостойкости, а также управления автоматикой подрыва и получения информации о параметрах срабатывания ЯВУ.

Максимальные требования предъявлялись к конструкции устройств, применявшихся для гашения газовых фонтанов пережатием стволов аварийных скважин на больших глубинах. Ярким примером такой аварии было газовое месторождение Памук в Каш-кадарьинской области Узбекистана. От нас требовалось заложить ЯВУ на глубине (по вертикали) 2440 м, доставив его на проектную отметку по стволу скважины, обсаженной трубой с внутренним диаметром 274 мм. Следует подчеркнуть, что при этом давление газа в пласте составляло 585 кг/см², а температура породы в зоне заложения ЯВУ достигала +105 °C.

Разработка ядерного заряда для такого ЯВУ была начата во ВНИИТФ в мае 1966 г. и велась с огромным энтузиазмом всех ее участников. О масштабах этой работы говорит приводимое ниже перечисление ее основных участников.

В выборе физической схемы и основных параметров заряда непосредственное участие принимали Е. И. Забабахин и Л. П. Феоктистов. Расчеты проводились Н. В. Птицыной, В. А. Бехтеревым и А. К. Хлебниковым. Позже к расчетно-теоретическим работам подключился А. П. Васильев. Выбором и обоснованием конструкции ЯВУ руководили А. Д. Захаренков и Б. В. Литвинов, разработка конструкции велась в отделе П. А. Есина группами конструкторов, возглавляемыми Ю. А. Ивановым, А. С. Красавиным и И. С. Путниковым. Газодинамическая отработка первичного узла проводилась М. М. Русаковым, В. П. Ратниковым и И. И. Евгенье-вым под руководством И. В. Санина, а разработкой специального запала для инициирования ядерного взрыва занимался

С. В. Самылов. Для такого уникального заряда потребовалась разработка новой автоматики подрыва и системы контроля ее задействования. Этими разработками занимались группы специалистов испытательного сектора под руководством А. А. Соколова, В. Ф. Прохоркина и Ю. И. Рыбакова. Подготовку к эксперименту возглавляли В. И. Жучихин и Е. И. Парфёнов. Отработка конструкции велась в НИИКе под руководством А. В. Бородулина.

Одной из главных задач разработчиков было подтверждение взаимосоответствия реализовавшейся и требуемой по проекту мощности взрыва, так как возможное невыполнение проекта легче всего было бы отнести к ее занижению по сравнению с расчетной. Это потребовало выбора надежного метода контроля мощности и разработки соответствующей аппаратуры. В 1965–1967 гг. при подземных испытаниях боевых ядерных зарядов проходил отработку и освоение метод грунтового шара, позволявший по измеренным параметрам ударной волны в ближней зоне ядерного взрыва определять его энергию (мощность). Было принято решение применить этот метод и при гашении фонтана на месторождении Памук, где взрыв проводился в пласте каменной соли. Поэтому понадобились исследования ударно-волновых свойств той породы (отдел К. К. Крупникова, группа М. М. Горшкова), расчеты движения ударной волны (отдел В. А. Симоненко) и проведение измерений волнового годографа (закон движения фронта ударной волны во времени) вблизи взорвавшегося ЯВУ.

Для таких измерений физиками-экспериментаторами (Л. П. Волков, Н. П. Волошин, В. П. Кручинин) совместно с конструкторами испытательного сектора (отделы А. С. Федорова и А. П. Зверева) были разработаны миниатюрные системы контактных датчиков, размещаемых вблизи ЯВУ и соединяемых с регистраторами на дневной поверхности каротажными кабелями. Это было первое применение длинных (около 3000 м) нерадиочастотных кабелей для регистрации быстро протекающих процессов.

Еще одной немаловажной заботой института была расчетноэкспериментальная проверка действия ядерного взрыва по пережатию фонтанирующей скважины.

Е. И. Забабахин привлек расчетчиков (В. А. Симоненко и Н. И. Шишкин) и экспериментаторов-газодинамиков (В. К. Орлов и Ю. М. Корепанов) к модельным исследованиям этого процесса.

Обсадная труба имитировалась тонкими капиллярами для медицинских шприцев, а ядерный взрыв — навеской малых количеств взрывчатых веществ: опытная сборка размещалась в массиве каменной соли одной из шахт Соликамска.

За полгода до взрыва на Памуке прототип заряда был проверен при взрыве в штольне Семипалатинского полигона. Непосредственно на площадке в районе фонтанирующей скважины за полмесяца до эксперимента были проведены критмассовые измерения с опусканием собранного ЯВУ через имитатор оголовка скважины, состоящий из такого же количества обсадных труб и иных металлических деталей, что и настоящий оголовок скважины. Эти исследования пришлось провести в дополнение к ранее выполненным лабораторным, чтобы гарантированно убедиться в соблюдении требований ядерной безопасности при спуске заряда в скважину. Измерения проводились физико-экспериментальным сектором (Ю. А. Зысин и Л. Б. Порецкий).

Затем ЯВУ вместе с измерительными устройствами было доставлено на колонне спускных труб по наклонной скважине на проектную отметку, наиболее приближенную к стволу фонтанирующей скважины. После забивки боевой скважины жидким цементом и определенной технологической выдержки для его затвердения 21 мая 1968 г. был проведен взрыв ядерного устройства мощностью 47 кт. После взрыва выход газа из аварийной скважины начал на глазах прекращаться, а периодически булькающие (почти 32 месяца!) над поверхностью озера возле ее устья пузыри газа стали уменьшаться в размерах, пока не пропали совсем.

Затем в работу включились буровики. Они оперативно подсоединили трубопроводы от нескольких десятков тампонажных машин к оголовку аварийной скважины и зацементировали ее ствол. Фонтан с дебетом газа (по оценкам) от 0,5 до 3 млн м³/сут был перекрыт.

Для подобных случаев (перекрытие фонтанов или интенсификация добычи нефти, газа) ВНИИТФ разработал спектр узкомодельных ядерно-взрывных устройств диаметром 182 и 260 мм, способных работать при температуре +120 °C и давлении до 750 атм. Эта работа была удостоена Государственной премии СССР.

Если для камуфлетных мирных взрывов не предъявлялись особые требования к «чистоте» зарядов, то для взрывов на выброс (образование плотин, траншей) были необходимы ЯВУ с минимальным количеством радиоактивных осколков деления. В этих случаях более подходящими являются термоядерные устройства, в которых основное энерговыделение обязано реакциям синтеза. Такие заряды также вошли в серию мирных ЯВУ, разработанных во ВНИИТФ, и были применены для создания траншеи на участке Печоро-Колвинского канала (Пермская область), составной части разрабатывавшегося в 70-е годы прошлого века проекта переброски вод северных рек в Волгу.

Эксперимент по созданию такой траншеи назвали «Тайга». Его проведению предшествовали модельные взрывы маломощных (0,2 кт) ядерных зарядов в скважинах на Семипалатинском полигоне (1968) «Телькем-1» и «Телькем-2», где проверялось образование воронки выброса (одиночный взрыв Т-1) и короткой траншеи (групповой взрыв трех зарядов Т-2). Анализ результатов этих взрывов был использован при проектировании основного эксперимента «Тайга».

При проведении этого испытания три ядерных заряда энерговыделением 15 кт каждый были размещены в трех линейно расположенных скважинах на глубине 127 м. Расстояние между скважинами составило 163–167 м. 23 марта 1971 г. все три заряда были подорваны одновременно. В результате взрыва образовалась траншейная выемка длиной 700 м, шириной 340 м и глубиной от 10 до 15 м. Оконтуривавший траншею навал пород был образован в основном, за счет вспучивания поверхности земли. Мощность дозы гамма-излучения на гребне навала спустя 15 лет после взрыва составляла 60—600 мкР/ч, над поверхностью заполнившей траншею воды — до 50 мкР/ч.

Через год после этого эксперимента на Семипалатинском полигоне был испытан усовершенствованный «чистый* заряд с уменьшенной в 5 раз величиной осколочной активности по сравнению с примененным в операции «Тайга». Однако в дальнейшем в целях соблюдения положений московского договора 1963 г. было принято решение взрывов на выброс не проводить.

Среди основных участников эксперимента «Тайга» от ВНИИТФ следует отметить Е. Н. Аврорина, Б. В. Литвинова, Ю. Погодина, Е. И. Парфёнова, Л. П. Волкова, Е. И. Виноградова, Ю. Ф. Григоровича, Н. Г. Костецкого, А. А. Соколова, Б. А. Андрусенко, В. Ф. Прохоркина, Г. А. Новикова и А. В. Филатова.

В октябре 1971 г. с использованием ядерно-взрывного устройства ВНИИТФ был проведен эксперимент по созданию подземной емкости для хранения газоконденсата на Дедуровском газоконденсатном месторождении. Специально сконструированное устройство малого калибра было взорвано в солевом пласте на глубине 1140 м. Образовавшаяся емкость решила проблему сбора и хранения ценного химического сырья с последующей его переработкой.

Опыт предыдущих работ позволил осуществить в 1973 и 1974 г. создание на глубине 2000 м подземных емкостей-хранилищ биологически вредных отходов Стерлитамакского содово-цементного и Сала-ватского нефтехимического комбинатов. Созданные более 30 лет назад подземные емкости эксплуатируются и в настоящее время. Комплекс этих работ был также отмечен Государственной премией СССР.

Среди мирных применений ядерно-взрывных технологий, пожалуй, самыми яркими по рисунку проекта были два опытно-промышленных взрыва полного камуфлета, проведенные в 1972 и 1984 г. в горном массиве Куэльпорр близ Кировска на Кольском полуострове с целью дробления апатитовой руды (проект «Днепр»).

Как известно, одной из трудных задач подземной добычи ископаемых руд повышенной прочности является дробление рудного тела на фрагменты, размеры которых позволяли бы производить нормальную загрузку кусков породы в транспортные устройства (транспортеры, вагонетки), обеспечивающие традиционную выдачу на «гора» добываемого сырья. Приемлемые габариты кусков породы обусловлены размерами горных выработок и упомянутых устройств, а также ограничены параметрами дробилок, находящихся в начале технологической цепи обогатительной фабрики.

Идею использования ядерного подземного взрыва для дробления крупного массива апатитовой руды в конце 60-х годов XX века выдвинули специалисты ВНИПИпромтехнологии. В основе предложения лежит известное в теории и практике распространения ударных волн явление отражения фронта ударной волны от границы раздела сред с резко отличающимися значениями плотностей. Совместное действие прямой и отраженных волн дает поразительный результат дробления твердого вещества на мелкие фрагменты. Организовать необходимую границу раздела можно, изготовив так называемую «отрезную щель» в породе, которая отделяла бы дробимый блок от остальной части рудного тела и представляла бы собой воздушную прослойку. Оконтурив дробимый блок такими щелями и создав источник сильной ударной волны в нем, можно за миллисекундные промежутки времени раздробить составляющую этот блок горную породу до состояния, пригодного для извлечения на дневную поверхность с минимальными операциями по дополнительному дроблению некоторых крупных кусков.

Чтобы существенно снизить радиоактивное загрязнение дробимой породы, в экспериментах «Днепр» использовался так называемый «чистый» ядерный заряд, и применялась система направленного вывода и захоронения активных продуктов взрыва в «пустой» породе, окружающей рудное тело. Эта система представляет собой комбинацию из воздушного канала вывода активности (труба КВА) и камеры захоронения. Труба КВА соединяет концевой бокс с камерой захоронения. Длина КВА выбрана с учетом мощности ядерного заряда такой, чтобы камера захоронения находилась вне образующейся при взрыве зоны трещиноватости породы. Диаметр трубы КВА выбирался тоже с учетом мощности взрыва, чтобы, с одной стороны, обеспечить максимально возможный вывод осколков деления в камеру захоронения, а с другой, позволить деформируемой взрывом окружающей породе надежно пережать трубу на участке, прилегающем к камере захоронения, и не допустить обратного выхода активности из камеры захоронения в котловую полость взрыва.

Наличие полого КВА в непосредственной близости к концевому боксу с ядерным зарядом вызывало опасение следующего характера: а не сработает ли так называемый пушечный эффект, при котором наряду с полезным делом — выводом активности — «вылетит в трубу» и большая часть механической энергии взрыва, что отрицательно скажется на конечном результате — дроблении руды?

Расчеты показали, что такого эффекта не стоит опасаться, однако наряду с измерениями доли активности, выведенной по КВА, в эксперименте были поставлены и измерения доли механической энергии взрыва, отвлеченной на стенки КВА и в камеру захоронения.

Этот уникальный опыт был проведен 4 сентября 1972 г. Полный камуфлет взрыва был обеспечен, его мощность составила 2,1 кт. Экспериментальные данные были получены по всем методикам измерений. В последующем был осуществлен отбор радиохимических проб и проконтролирован уровень активности раздробленной руды и воды из ручья, стекающего с горы.

Анализ совокупности всех данных показал, что около 85 % активных продуктов взрыва было выведено и надежно захоронено в камере захоронения вне раздробленного блока породы; отток энергии по КВА не превысил единиц процентов от всей механической энергии взрыва; раздробленную руду можно извлекать по штольне нижнего горизонта и направлять на обогатительную фабрику.

Последующий систематический контроль радиационной обстановки в районе эксперимента, осуществлявшийся специалистами Радиевого института имени В. Г. Хлопина и ВНИПИпромтехноло-гии, подтвердил сохранение безопасных уровней радиации на дневной поверхности, внутри горных выработок и в воде ручьев, стекающих с горного массива.

Успех первого эксперимента позволил предложить и через 12 лет после него осуществить второй взрыв, отличающийся применением двух ядерных зарядов меньшей мощности (1,7 кт) для дробления блока руды значительно большего размера. Такая редакция эксперимента с заданной разновременностью подрыва и пространственной разделенностью мест установки зарядов обеспечивает более сильный эффект дробления из-за усложненной динамичной картины распространения прямых и отраженных ударных волн.

Геометрия горных выработок на этот раз, конечно, была более сложной. В частности, применялись две трубы КВА с выходом в одну общую камеру захоронения, были предприняты особые меры по обеспечению целостности сигнальных кабелей в течение всего промежутка времени измерений и т. п.

Эксперимент провели 27 августа 1984 г. в том же горном массиве Куэльпорр. Исход опыта также удачный, радиационная обстановка в районе испытаний была нормальной. Данные всех методик измерений получены полностью, обработка их результатов подтвердила достижение целей, поставленных перед этим опытно-промышленным взрывом.

Думается, следует назвать хотя бы основных участников этих экспериментов. Руководителем эксперимента «Днепр-1* был работавший в то время главным инженером ВНИИТФ Владислав Антонович Берниковский. Позже он был главным конструктором института. А научным руководителем являлся автор разработки использовавшегося ядерного заряда физик-теоретик Леонид Иванович Шибаршов, продолжающий трудиться в теоретическом отделении ВНИИТФ.

В подготовке и проведении эксперимента участвовали еще три теоретика института — Евгений Николаевич Аврорин, бывший тогда начальником отдела, Евгений Гамалий, перешедший вскоре после этого на работу в Москву, и молодой специалист Борис Водолага.

Начальником экспедиции был Николай Никитьевич Капустин, а его заместителем по режиму и охране — Евгений Иванович Виноградов. Бригаду подготовки и установки заряда в концевом боксе возглавлял Владимир Леонидович Саушкин, ответственным за аппаратуру подрыва был Борис Тимофеевич Рыбин, а за контроль работы первичного узла — Альберт Иванович Макаров. Технология подготовительных работ была таковой, что многие из состава групп, возглавляемых вышеперечисленными руководителями, выполнив свои задачи, возвращались домой, не дожидаясь проведения эксперимента. Более длительным было пребывание на месте эксперимента специалистов, ответственных за физические измерения. Заместителем руководителя опыта по физизмерениям был Николай Павлович Волошин. Под его началом работали группы Виктора Павловича Чечёткина, Юрия Александровича Шойдина, Вадима Сергеевича Безденежных.

Вторым экспериментом в 1984 г. руководил главный инженер 5-го Главного управления Минсредмаша Владимир Иванович Карякин, а научным руководителем был Борис Павлович Мордвинов, научный сотрудник теоретического отделения ВНИИТФ. Ему помогали Л. И. Шибаршов и молодой теоретик Николай Григорьевич Михальков. Приезжал на довольно длительный период подготовительных работ и Е. Н. Аврорин, бывший тогда уже начальником теоретического отделения и заместителем научного руководителя ВНИИТФ. Начальником экспедиции был Николай Георгиевич Кос-тецкий. Рабочую бригаду с изделиями возглавлял Василий Юрьевич Абрамов, за автоматику подрыва вновь отвечал Б. Т. Рыбин, за контроль работы первичного узла — группа Николая Серафимовича Воронова.

Заместителем руководителя эксперимента по физизмерениям, как и в 1972 г., был Н. П. Волошин. Группой измерений параметров ударной волны и давления газов в камере захоронения руководил Вячеслав Александрович Попов, а дозиметрией газовой струи занималась группа Алексея Васильевича Филатова.

В целом оба эксперимента достигли поставленной цели. Дробление рудного тела оказалось весьма эффективным: в первом опыте было раздроблено около 125000 м³ лопарита (один из видов апатитовой руды), во втором — более 560000 м³. Общие затраты на выполнение такой же задачи обычным способом, по оценкам ВНИПИпром-технологии, были бы намного больше.

Результаты измерений в обоих экспериментах о распространении продуктов в каналах, прилегающих к взрывной камере, и об эффекте захоронения активности в удаленной от места взрыва камере имеют самостоятельное физическое значение и являются хорошей практической проверкой разработанных расчетно-теоретических моделей.

В заключение отметим, что ВНИИТФ, по существу, является единственной в мире организацией по разработке специализированных ядерно-взрывных устройств для промышленных применений. Опытно-промышленные взрывы таких устройств составили более 60 % всех мирных ядерных взрывов, проведенных в СССР в 1965–1988 гг. При этом доля использования зарядов ВНИИТФ при взрывах для интенсификации нефте- и газодобычи превысила 75 %, а для образования подземных емкостей достигла почти 90 %. География проведенных мирных взрывов приведена на рис. 1 и 2.

Мирные ядерные взрывы. М.: ИздАт, 2001.

Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский НИИ технической физики: Научно-информационный обзор. — Снежинск: РФЯЦ — ВНИИТФ, 1998.

Ядерные испытания СССР. Т. 4. Использование ядерных взрывов для решения народнохозяйственных задач и научных исследований. — Саров: РФЯЦ — ВНИИЭФ, 2000.

Бюллетень по атомной энергии, апрель, 2005, с. 20—24

Рис. 1. Ядерные взрывы для сейсмозондирования территории СССР. Прямоугольником обозначены названия проектов, выполненных с использованием ЯВУ ВНИИТФ

Рис. 2. Промышленные ядерные взрывы на территории СССР (за исключением взрывов, проведенных в рамках программы сейсмозондирования). Прямоугольником обозначены проекты, выполненные с использованием ЯВУ ВНИИТФ

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ В МИРНЫХ ЦЕЛЯХ

Игорь АНДРЮШИН

Юрий ТРУТНЕВ

Александр ЧЕРНЫШЕВ

Андрюшин Игорь Алексеевич — начальник лаборатории Российского федерального ядерного центра — ВНИИ экспериментальной физики, доктор технических наук, лауреат Государственной премии Российской Федерации, специалист в области разработки верного оружия и вопросов контроля ядерных вооружений.

Трутнев Юрий Алексеевич — первый заместитель научного руководителя ВНИИЭФ, академик РАН, Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской и Государственной премий, один из создателей ядерного и термоядерного оружия, специалист в области теоретической ядерной физики, прикладной математики, физики сверхвысоких давлений.

Чернышев Александр Константинович — заместитель научного руководителя ВНИИЭФ, доктор физико-математических наук, лауреат Государственной премии СССР, специалист в области технологии ядерных испытаний.

Идея народнохозяйственного и научного использования ядерных взрывов возникла, как только человечество получило в свои руки новый мощный источник энергии и ядерных частиц. И. В. Сталин 16 мая 1950 г. 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. Флёров и Д. А. Франк-Каменецкий (Арзамас-16) предложили применить подземный ядер-ный взрыв для наработки одного из изотопов урана (уран-233), а очаг взрыва с разогретой им породой использовать как резервуар тепла. По этому предложению в 1954 г. Д. А. Франк-Каменецкий и Ю. А. Трутнев выполнили расчетные работы.

В США в то время возможность использования ядерных взрывов в мирных целях связывалась с применением для этих целей так называемых «чистых» термоядерных зарядов (Эдвард Теллер).

Полет мысли в столь неожиданной области сразу принял необычайный размах, и наряду с прагматичными идеями высказывались предложения, безусловно, экстравагантные. Среди них — сообщение космическим аппаратам гигантских скоростей для полетов к далеким мирам посредством небольших ядерных взрывов, проводимых с некоторой периодичностью на определенном расстоянии от «взры-волета». Это предложение восходит к идеям Гамова (1948 г., США) в связи с проблемой создания ядерных двигателей с использованием в них ядерных боезарядов. Пожалуй, столь же необычным было предложение применять ядерные взрывы для управления погодой.

Это был период интенсивного поиска и больших надежд, когда, казалось, энергия атомного ядра полностью подвластна человеку, а побочные отрицательные эффекты ее использования могут быть взяты под гарантированный контроль.

В США программа практического применения ядерных взрывов в мирных целях «Plowshare» была начата в 1957 г. Она предусматривала теоретические и экспериментальные исследования явлений, сопровождающих ядерные взрывы; разработку и испытания специальных ядерных устройств для научных и промышленных целей; исследования возможных областей использования ядерных взрывов в мирных целях; обоснование и реализацию проектов использования ядерно-взрывных технологий в мирных целях. В ее рамках рассматривались впечатляющие проекты промышленного использования ядерных взрывов для добычи полезных ископаемых, интенсификации добычи нефти, для строительства крупных сооружений: дамб, плотин, морских каналов и гаваней, образования искусственных водохранилищ, получения тепла и электроэнергии за счет энергии подземных ядерных взрывов. В научных целях предполагалось получение ценных минеральных компонентов (алмазов из графита), исследование структуры Земли, производство трансплутониевых элементов.

В 1956 г. в рамках серии испытаний «Redwing» США впервые испытали два термоядерных заряда большой мощности, в которых подавляющая доля энерговыделения определялась термоядерными реакциями. В испытании «Navajo» 10 июня 1956 г. в заряде мощностью 4,5 Мт 95 % энерговыделения дали термоядерные реакции.

Программа мирных ядерных взрывов в СССР во многом опиралась на идеи и результаты американской программы, хотя в практическом отношении наша программа была значительно масштабнее: Советский Союз провел 124 ядерных взрыва в мирных целях, 36 испытаний для отработки промышленных ядерных зарядов, а США провели всего 27 экспериментов в мирных целях и испытаний для отработки промышленных ядерных зарядов.

Масштабность советской программы по сравнению с американской состояла еще и в том, что результаты мирных ядерных взрывов имели значительный народнохозяйственный эффект.

В СССР первым успешным взрывом «чистого» заряда было испытание «сверхбомбы», проведенное 30 октября 1961 г. на Новой Земле. В нем 94 % энерговыделения определялось термоядерными реакциями.

Основное значение для данной проблемы имела практическая реализация в 1962 г. термоядерного зажигания основного модуля термоядерного заряда, в состав которого не входили делящиеся материалы. Эта задача была решена специалистами КБ-11 (так раньше назывался ВНИИЭФ) под руководством Ю. А. Трутнева.

В августе 1963 г. был заключен московский договор, который положил конец ядерным взрывам в атмосфере, под водой и в космосе. Творческая мысль специалистов, проявивших интерес к мирному применению ядерных взрывов, сконцентрировалась теперь исключительно на подземных ядерных взрывах.

Большой объем строительства в СССР в 50—70-е годы, освоение крупнейших месторождений полезных ископаемых, находившихся на обширных малонаселенных территориях, уникальный опыт в технике проведения крупномасштабных взрывов химических взрывчатых веществ создали широкие предпосылки для успешного применения подземных ядерных взрывов в промышленных целях в нашей стране.

15 января 1965 г. в СССР был проведен первый промышленный ядерный взрыв (проект «Чаган») по использованию энергии ядерного взрыва для создания «воронки выброса» и искусственного водохранилища. Этот проект в известной степени был аналогичен американскому проекту «Sedan», проведенному 6 июля 1962 г. (сухая «воронка выброса»). Однако при создании ядерного взрывного устройства для этих работ наши специалисты достигли более высокого уровня «чистоты» ядерного взрыва (94 %) по сравнению с американским устройством (70 %) для проектов «Чаган» и «Sedan» соответственно. Работа по созданию этого промышленного заряда была выполнена коллективом специалистов КБ-11 под руководством Ю. А. Трутнева.

Следует отметить два события, произошедшие в СССР и США в 1966 г.

Заместитель председателя Совета Министров СССР В. А. Кириллин обратился к нескольким ведущим физикам страны, в том числе В. Л. Гинзбургу, Б. М. Понтекорво, Я. Б. Зельдовичу, А. Д. Сахарову и другим, с просьбой написать обзоры о том, как они представляют себе перспективы развития физики в ближайшие десятилетия. В мае 1966 г. обзор был издан для служебного пользования под названием «Наука будущего. Некоторые прогнозы о перспективах развития науки».

А. Д. Сахаров в обзоре уделил значительное внимание перспективам мирного использования подземных ядерных взрывов, включив в перечень взрывы в камерах в интересах метеорологии и их применение как средство для разгона «взрыволета» (ядерный взрывной двигатель). В 1988 г. он обнародовал достаточно смелое предложение использовать сверхмощные подземные термоядерные взрывы (порядка 100 мегатонн) для предотвращения возможных катастрофических землетрясений и снятия в земной коре опасных, критических напряжений.

Особо следует отметить сделанное Ю. А. Трутневым и Ю. Н. Бабаевым в 1961–1963 гг. предложение о применении термоядерных взрывов в камере большого размера для производства электроэнергии и наработки изотопов (плутоний-239, уран-233) для ядерной энергетики (рис. 1). Взрывы чистых термоядерных зарядов (на основе дейтерия) мощностью 10–20 кт проводятся через один час. В настоящее время эта технология активно разрабатывается специалистами ВНИИ технической физики, а представленный ими проект «взрывной дейтериевой энергетики» получил Золотую медаль Первого международного салона инноваций и инвестиций в 2001 г.

Рис. 1. Схема топливного цикла котла взрывного сгорания для дейтериевой взрывной энергетики

А в США авторитетные специалисты, среди которых был и Эдвард Теллер, прочитали 16 лекций по промышленному использованию подземных ядерных взрывов. Они дали впечатляющее представление о возможностях ядерных взрывных технологий. Исключительно перспективным американцам казался проект создания нового канала через Панамский перешеек с помощью ядерных взрывов. Для проведения исследований по этому проекту, согласно закону, принятому конгрессом, президент США утвердил специальную комиссию, на нее было ассигновано 17,5 млн долл. Оценки показали, что новый канал может быть сооружен за 10–14 лет, к 1977–1981 гг. Для этого требовалось от 0,75 до 1,45 млрд долл. и проведение 200–300 ядерных взрывов.

Подземные ядерные взрывы рассматривались американскими специалистами как весьма эффективное средство для сооружения гаваней, водохранилищ, карьеров, каналов, выемок, плотин, емкостей для отвода воды в случае наводнения, емкостей для захоронения сильно загрязненных отходов, для дробления сланцев и интенсификации добычи нефти и газа и даже для создания искусственных водоемов в зонах отдыха.

В 1968 г. Организация Объединенных Наций одобрила текст договора о нераспространении ядерного оружия, а 5 марта 1970 г. он вступил в силу. Одна из центральных статей Договора гласила: «Каждый из Участников настоящего договора обязуется предпринять соответствующие меры с целью обеспечения того, чтобы в соответствии с настоящим Договором, под соответствующим международным наблюдением и посредством соответствующих международных процедур потенциальные блага от любого мирного применения ядерных взрывов были доступны государствам — участникам настоящего Договора, не обладающим ядерным оружием, на недискриминационной основе, и чтобы стоимость используемых взрывных устройств для таких участников Договора была такой низкой, как только это возможно, и не включала расходы по их исследованию и усовершенствованию…».

В 1969–1971 гг. прошли советско-американские переговоры экспертов по мирному использованию ядерных взрывов.

В качестве полезных факторов рассматривались все проявления ядерного взрыва:

— механическое — выброс, дробление, вспучивание горной породы, а впоследствии и образование полостей, воздействие на метеориты и кометы, использование сейсмического эффекта;

— ядерно-физическое — синтез изотопов и измерения ядерно-физических констант;

— тепловое — генерация пара, сжигание вредных веществ;

— электромагнитное — формирование радиоимпульсов и использование магнитодинамического эффекта (ускорители), термоядерные генераторы тока.

Всего было рассмотрено около 50 разных технических предложений применения ядерных взрывов.

В основу программы и проектов мирных ядерных взрывов были положены следующие положения:

— результат осуществления взрыва (программы) не может быть достигнут другими современными средствами или же эффект при использовании ядерных взрывов достигается при затратах средств и ресурсов в несколько раз меньших, чем в альтернативном неядерном методе, то есть с высокой экономической эффективностью;

— не должно быть значимого побочного вредного воздействия на персонал, население и окружающую среду;

— выбор взрывного устройства, места и редакции проведения взрыва должны обеспечивать минимально возможное радиоактивное загрязнение окружающей среды, в частности, недр;

— при осуществлении взрывов не должны нарушаться положения Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой от 5 августа 1963 г. и Договора между СССР и США о подземных ядерных взрывах в мирных целях от 25 мая 1976 г.;

— разработка ядерных взрывных технологий должна быть ориентирована для достижения крупных экономических эффектов.

Свое практическое воплощение идеи использования подземных ядерных взрывов в интересах народного хозяйства в Советском Союзе получили, в частности, благодаря инициативе и широкой поддержке со стороны министра среднего машиностроения Е. П. Слав-ского. При его непосредственной поддержке и участии 15 января 1965 г. был осуществлен первый подземный ядерный взрыв с целью создания водохранилища в русле реки Чаган на Семипалатинском испытательном полигоне.

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

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

Основные научно-исследовательские коллективы — участники работ ВНИИЭФ (Арзамас-16) и ВНИИТФ (Челябинск-70) разрабатывали заряды и средства их подрыва; конструкторское бюро АТО (Москва) создало средства доставки и подрыва многократного использования; головной институт по проблеме — Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт промышленной технологии (ранее — ПромНИИпроект) в содружестве со спецсек-тором 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) провели большой объем исследований эффектов и процессов, сопровождавших ядерные технологические взрывы.

Из всех изучаемых направлений значительный масштаб имели три ядерно-взрывные технологии:

— глубинное сейсмическое зондирование земной коры;

— сооружение подземных резервуаров;

— интенсификация добычи нефти и газа.

В целях отработки промышленных зарядов и проведения промышленных взрывов было проведено 156 ядерных испытаний из 494 испытаний, осуществленных за этот период времени (31,5 %), в ходе которых было взорвано 173 ядерных заряда и устройства из общего числа 748 ядерных зарядов (23 %).

Наибольшее число промышленных ядерных взрывов (80) было проведено на территории Российской Федерации (см. таблицу).

Распределение мирных взрывов по регионам СССР

Из 135 взрывов ядерных зарядов в интересах народного хозяйства 130 было проведено в скважинах, 4 — в штольнях и 1 — в шахте. Полное энерговыделение всех промышленных взрывов составило около 1,78 Мт (рис. 2–3).

В рамках программы проведения промышленных взрывов использовалось 36 типов ядерных зарядов, при этом некоторые из них — многократно (один тип ядерных зарядов разработки ВНИИТФ использовался в реализации программы промышленных взрывов 55 раз) (разработчики — А. П. Васильев, Б. К. Водолага,

В. А. Лыков).

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

Кстати, не все ядерные заряды, разработанные в рамках программы отработки промышленных зарядов, использовались в интересах промышленных взрывов, а в ряде случаев для проведения таких взрывов использовались ядерные заряды, ранее разработанные для военных целей.

Полная программа отработки промышленных зарядов СССР включает 38 испытаний ядерных зарядов, проведенных в составе 26 индивидуальных и 9 групповых ядерных испытаний.

Больше всего ядерных взрывов было проведено по программе глубинного сейсмического зондирования (39), затем идут программы

Рис. 2. Распределение мирных ядерных взрывов в СССР по годам проведения

Рис. 3. Распределение энерговыделения мирных ядерных взрывов в СССР по годам проведения

создания опытно-промышленных емкостей (25) и интенсификации добычи нефти и газа (21), а также отработка технологий создания полостей в массивах каменной соли (17).

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

Ученые и специалисты ВНИИЭФ и ВНИИТФ разработали и испытали специальные термоядерные устройства, которые обладают очень низкой долей энерговыделения за счет реакций деления.

В России идея зажигания термоядерного горючего путем его быстрого сжатия инертной оболочкой впервые была выдвинута и теоретически обоснована в 1952–1956 гг. А. С. Козыревым и Н. А. Поповым применительно к сжатию термоядерного горючего лайнером, который разгоняется с помощью химического взрывчатого вещества. Эти работы не связывались в то время с военным или мирным использованием ядерных взрывов, а рассматривались как чисто научная задача.

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 из ВНИИТФ (Снежинск). В течение 1958 г. они три раза выходили на ядерные испытания с устройствами, в которых ожидалось термоядерное зажигание, и во всех трех случаях эти устройства «отказывали».

В 1958 г. по инициативе Ю. А. Трутнева к решению этой задачи присоединились специалисты ВНИИЭФ (Саров).

В 1962 г. в специальном устройстве задача реализации термоядерного зажигания была решена. Важное значение при реализации этого проекта имели исследования В. Н. Мохова. В последовавших за этим других натурных испытаниях успех был закреплен, и в итоге термоядерное зажигание обеспечило расчетное горение вторичного модуля с энерговыделением в 1 Мт. Эта работа также была выполнена под руководством Ю. А. Трутнева. Его соавторами в этой разработке были В. Б. Адамский, Ю. Н. Бабаев, В. Г. Загра-фов и В. Н. Мохов.

С научной точки зрения проведенные исследования также имели существенное значение для последующих работ, поскольку теоретически были получены условия, необходимые для зажигания термоядерного горючего.

В 1965 г. во ВНИИТФ для дальнейшего существенного повышения «чистоты» промышленных зарядов Ю. С. Вахрамеевым и В. А. Кибардиным был разработан принципиально новый первичный модуль, который в том же году был успешно испытан и послужил одной из основ дальнейшего развития промышленных зарядов. Впоследствии этот заряд был существенно модифицирован и позволял получать различные уровни энерговыделения. Он широко использовался при отработке промышленных зарядов высокой чистоты, созданных как во ВНИИТФ, так и во ВНИИЭФ, а также при проведении специальных физических экспериментов.

Однако энерговыделение этого первичного источника было намного меньше, чем требовалось для реализации работы чистого термоядерного узла с энерговыделением порядка десятков и сотен килотонн тротилового эквивалента. Эта сложнейшая задача решалась параллельно в обоих ядерных центрах.

В 1966 г. специалистами ВНИИТФ Е. Н. Аврориным и Б. П. Мордвиновым был разработан «чистый» промышленный заряд с использованием термоядерного модуля нового типа на принципе радиационной имплозии. Особенность его схемы позволяла обеспечивать регулирование энерговыделения в очень широких пределах в зависимости от потребности. Заряд был успешно испытан, и эксперимент подтвердил реализацию уникальных особенностей его работы.

В 1966 г. ученые ВНИИЭФ под руководством Ю. А. Трутнева создали усовершенствованный вариант промышленного заряда (ранее он использовался в проекте «Чаган») с целью уменьшения активности, наведенной в грунте при захвате нейтронов. Этот заряд был успешно испытан в условиях неполномасштабного взрыва, определяемого условиями испытания.

В том же году для развития работ по чистым промышленным зарядам во ВНИИТФ Е. Н. Аврориным и Б. П. Мордвиновым была разработана специальная ядерная взрывная физическая установка, работа которой предоставила важную экспериментальную информацию об особенностях работы чистых термоядерных модулей. Она была успешно испытана в 1967 г.

В 1968 г. специалисты ВНИИЭФ под руководством Ю. А. Трутнева начали разработку нового варианта промышленного заряда высокой чистоты, который использовал первичный модуль разработки ВНИИТФ и многостадийную систему термоядерных модулей, тип которых восходил к термоядерному модулю промышленного взрыва «Чаган».

Практическая реализация этой схемы потребовала больших усилий, увенчавшихся успехом в 1971 г. В 1972 г. было проведено испытание промышленного заряда высокой чистоты с дальнейшим повышением уровня чистоты более чем в 10 раз. Заряд объединил усилия обоих ядерных центров и использовал их достижения на пути реализации этого проекта с 1964 г. Разработкой проекта руководили Е. Н. Аврорин и Ю. А. Трутнев.

В 1973 г. было проведено успешное испытание аналогичного заряда, но с использованием другой системы термоядерных модулей, разработанного во ВНИИЭФ, которое завершило начатую в 1968 г. разработку. Ведущую роль в ней играли Ю. А. Трутнев, В. Н. Мохов и А. В. Певницкий.

Для тушения газового факела на месторождении Урта-Булак в Узбекистане специалисты ВНИИЭФ В. С. Лебедев и В. А. Разуваев разработали специальный промышленный заряд. Особенностью его создания было, с одной стороны, обеспечение небольшого диаметра, а с другой, — возможность реализации в нем различных уровней энерговыделения. Этот промышленный заряд использовался в дальнейшем (26 сентября 1969 г.) для проведения работ по интенсификации выхода газа на месторождении Тахта-Кугульта в Ставропольском крае. При этом была успешно реализована возможность изменения (уменьшения) энерговыделения промышленного заряда. Дальнейшее применение этого заряда было связано с изучением возможностей новой площадки для проведения промышленных взрывов на полуострове Мангышлак. Для этого 6 декабря 1969 г. там был проведен камуфлет-ный взрыв этого же заряда с уровнем энерговыделения, аналогичным промышленному взрыву в Урта-Булак.

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

В 1967–1968 гг. специалистами ВНИИТФ В. А. Бехтеревым, А. П. Васильевым и А. К. Хлебниковым был разработан специальный промышленный заряд малого диаметра, предназначенный для ликвидации аварийной утечки газа на месторождении Памук в Узбекистане. Работа была успешно выполнена, а после проведения промышленного взрыва 21 мая 1968 г. аварийный выход газа был прекращен. Энерговыделение взрыва составило 47 кт. Разработка заряда проводилась с учетом возможности изменения величины его энерговыделения.

Этот метод основан на использовании мощного сейсмосигнала, отраженного от соответствующих пластов земной коры. Дальность регистрации сигнала от ядерного взрыва достигает 700 км, в то время как от обычного взрыва с химическим взрывчатым веществом она составляет всего 20 км. Принципиально новый метод геофизических исследований был предназначен для выявления перспективных регионов, содержащих нефть, газ и другие полезные ископаемые. С 1965 г. в Министерстве геологии и Минсредмаше были начаты опытно-методические исследования с целью разработки методики регистрации сейсмических волн, возбуждаемых подземными ядерными взрывами.

При осуществлении технологии сейсмозондирования заряд (источник упругих колебаний) помещали в специально пробуренную скважину глубиной от 500 до 1000 м, а сейсмические регистрирующие приборы, включаемые по радиосигналу, расставляли по профилю с помощью вертолетов. Протяженность профилей зондирования изменялась от 1 500 до 4000 км, число взрывов на профиле составляло от 3 до 5 при расстоянии между ними от 500 до 900 км.

Отрицательные последствия сейсмического эффекта практически отсутствовали, так как работы проводились в малонаселенных районах, и размещение точек взрыва, можно было достаточно широко варьировать, располагая их вдали от населенных пунктов.

Существенным преимуществом технологии глубинного сейсмического зондирования по сравнению с обычным методом наряду с меньшей стоимостью являлась возможность изучения строения огромных по протяженности профилей в короткое время.

В рамках комплексной программы Министерства геологии и АН СССР по изучению геологического строения земной коры с 1971 по 1988 г. было проведено 39 подземных ядерных взрывов на 14 профилях глубинного сейсмического зондирования суммарной протяженностью 70 000 км. Кроме того, было исследовано два профиля при попутном использовании подземных ядерных взрывов, проведенных для других целей.

Применение данного метода подтвердило наличие значительных количеств газовых и газоконденсатных месторождений на территории нашей страны.

Подземные ядерные взрывы на выброс по сравнению с камуф-летными взрывами значительно сложнее проводить из-за трудностей в обеспечении радиационной безопасности.

Так, в 1965 г. было образовано «атомное» озеро Чаган. В результате взрыва возникла воронка диаметром по начальной поверхности 430 м, высотой гребня навала — 20–35 м, шириной навала от гребня воронки — 400 м; объем видимой воронки составил от гребня навала 10,3 млн кубометров, от начальной поверхности — 6,4 млн кубометров. В зоне навала грунта выпало 30–40 % радионуклидов, образовавшихся при взрыве. Породы навала перекрыли реку, создав взрывонабросную плотину.

С 1989 по 1991 г. методами авиационной и наземной гамма-спектрометрии проводилось обследование зоны радиоактивного загрязнения вокруг озера Чаган. Было установлено, что воронка характеризуется величиной мощности дозы около 1 мР/ч. След от взрыва прослеживался в северо-западном направлении и фиксировался на удалении до 5–6 км от эпицентра с уровнем мощности дозы 15–25 мкР/ч.

В 1968 г. начались работы по отработке экскавационной технологии для прокладки каналов. В результате взрыва трех зарядов мощностью 0,24 кт каждый (эксперимент «Телькем-2») образовалась траншея длиной 140 м, шириной 70 м и глубиной 16 м.

Опытно-промышленные работы по созданию траншейной выемки в условиях заболоченной местности проводились в Пермской области на трассе будущего Печоро-Колвинского канала. Необходимость строительства такого канала в то время поддерживалась многими учеными и обуславливалась значительным понижением уровня Каспийского моря (с 1935 по 1970 г. — на 2,5 м). Три ядерных заряда с энерговыделением 15 кт каждый были размещены в трех скважинах на глубине 127 м. Расстояние между скважинами составило 163–167 м. Одновременный взрыв зарядов на объекте «Тайга» был осуществлен 23 марта 1971 г. В результате образовалась траншейная выемка длиной 700 м, шириной 340 м и глубиной от 10 до 15 м.

Для уменьшения выхода радиоактивности при проведении экс-кавационных ядерных взрывов отрабатывались технологии, не допускающие раскрытия «купола» во время взрыва.

В 1969–1970 гг. на полуострове Мангышлак отрабатывалась технология с образованием провальных воронок, а в 1974 г. — технологии взрыва на вспучивание («Кристалл») и рыхление («Лазурит»).

В 1965 г. впервые в мировой практике были осуществлены опытно-промышленные работы с применением подземных ядерных взрывов в условиях действующего промысла на Грачевском нефтяном месторождении в Башкирии (объект «Бутан»). Здесь были проведены три взрыва небольшой мощности (от 2,3 до 8,0 кт). В результате было достигнуто увеличение выхода нефти для стимулированных взрывом скважин промысла в 1,5–2,0 раза.

В последующие годы, с 1968 по 1987 г., на шести объектах были проведены такие же опытно-промышленные взрывы. В их число входят:

— объект «Бутан», где в 1980 г. были проведены два взрыва с целью улучшения условий разработки месторождения;

— объект «Грифон» на Осинском месторождении (1969 г.);

— объект «Гелий» на Тяжском месторождении (1981–1987 гг.), аналогичный Грачевскому;

— объект «Ангара» на Еси-Бговском нефтяном месторождении (Западная Сибирь, 1980 г.);

— объект «Бензол» на Средне-Балыкском месторождении (Западная Сибирь, 1985 г.).

На большинстве указанных объектов ядерные взрывы осуществлялись в пределах толщи месторождения, исключение составляли объекты «Грифон» и «Бензол», где взрывы были проведены под продуктивным нефтяным пластом.

Начиная с 1976 г. проводился крупномасштабный опытно-промышленный эксперимент с использованием подземных ядерных взрывов для освоения запасов нефти и газа на Средне-Ботуобин-ском месторождении в Якутии (объекты «Ока», «Вятка», «Шексна», «Нева»).

Согласно программе работ на этом месторождении, после проведения восьми камуфлетных ядерных взрывов на площади 400 квадратных километров ожидался перевод в промышленные категории запасов нефти до 30 млн т и газа до 16 млрд кубометров. Все отмеченные ядерные взрывы были проведены без какого-либо общего радиоактивного загрязнения атмосферы или территории промыслов.

Работы в опытно-промышленных масштабах доказали возможность безопасного проведения подземных ядерных взрывов на действующих нефтяных промыслах без нанесения ущерба промысловым сооружениям и жилым строениям и полной радиационной безопасности обслуживающего персонала и населения при условии отсутствия нарушении проектных технологий и регламента эксплуатации промыслов.

Суть данного метода состоит в том, что в результате механического действия взрыва заряда, размещенного в наклонной к аварийному стволу скважине, происходит смещение массива пород, достаточное для полного перекрытия ствола скважины.

На Урта-Булакском газовом месторождении в Узбекистане в процессе бурения был вскрыт газовый пласт с аномальным давлением в 300 атм. Возникший пожар и агрессивная среда быстро разрушили устьевое оборудование скважины. В течение почти трех лет фонтан безуспешно пытались ликвидировать всеми известными в практике нефтяной и газовой промышленности способами.

По оценке специалистов, аварийный выход скважины превышал 12 млн кубометров газа в сутки, и этого количества газа было бы достаточно для снабжения такого города, как Ленинград.

За счет производства камуфлетного ядерного взрыва была выбрана рациональная глубина перекрытия ствола аварийной скважины.

Поступление газа из ствола аварийной скважины прекратилось полностью через 22–23 с после взрыва, и факел погас. Выхода радиоактивных продуктов на поверхность и в стволы пробуренных на месторождении скважин не было.

На ликвидацию фонтана было затрачено 270 дней вместо трех безуспешных лет предыдущих работ, сэкономлены миллиарды кубометров природного газа и предотвращено нанесение дальнейшего ущерба экологии.

В дальнейшем с помощью этого метода были проведены работы еще на трех объектах:

— газовое месторождение Памук в Узбекистане, 21 мая 1968 г.;

— газовое месторождение Майское в Туркмении, 11 апреля 1972 г.;

— газовое месторождение Крестищи на Украине.

Недостаток емкостей для нужд промышленности особенно остро ощущался в 60-е годы, когда началось освоение крупных газоконденсатных месторождений.

22 апреля 1966 г. на площадке Азгир на глубине 161 м в соли был проведен эксперимент А-I мощностью 1,1 кт, а 1 июля 1968 г. — взрыв А-П мощностью 27 кт на глубине 590 м в том же самом соляном куполе. Образовалась устойчивая полость, которая до настоящего времени не обрушилась, объемом 150 ООО кубометров.

Первый взрыв с целью получения опытной емкости был проведен на месторождении Совхозное Оренбургской области 25 июня 1970 г. Полость объемом 11 ООО кубометров была создана на глубине 702 м в массиве каменной соли. Она эксплуатировалась в течение 11 лет.

Промышленные ядерные взрывы в каменной соли позволили получить ряд важных результатов:

— в течение 20 лет эксплуатировались в качестве хранилищ газоконденсата два резервуара на Оренбургском месторождении, позволившие предотвратить как безвозвратные потери свыше 2 млн т ценного нефтепродукта;

— впервые в мире было создано шесть хранилищ объемом 200 000 кубометров;

— был обеспечен пуск Астраханского газохимического комплекса без потери газоконденсата за счет использования девяти резервуаров для складирования газоконденсатной смеси;

— завершен ввод в эксплуатацию на Карачаганакском газоконденсатном комплексе пяти резервуаров с использованием их в технологических целях для сепарации газа с ежегодным получением в каждом резервуаре около миллиарда кубометров кондиционного газа и 500 000 т газоконденсата;

— был подтвержден прогноз, в соответствии с которым исключалось загрязнение хранимого газового конденсата радионуклидами;

— произведено захоронение биологически вредных промышленных стоков на Стерлитамакском содово-цементном комбинате (закачано 20 млн кубометров), объект «Кама», 1973 г.

Технология подземного захоронения промышленных стоков имеет широкие перспективы для внедрения. Исследования показали, что геологическое строение больших территорий Российской Федерации благоприятно для сооружения аналогичных объектов при глубинах залегания поглощающих горизонтов 1000–2000 м. Это прежде всего относится к значительной территории европейской части (Поволжье, Рязанская и Оренбургская области) и многим районам Сибири.

Взрывная наработка делящихся изотопов рассматривалась в 60—70-е годы в контексте проблемы интенсивного развития ядер-ной энергетики на основе реакторов-размножителей на быстрых нейтронах. Для этого необходимо было обеспечить значительное количество базового материала — плутония-239.

С целью получения больших количеств наработанных во взрывах актинидов была отработана технология проведения многократных взрывов в одной полости с последующим извлечением актинидов (взрывы А-I, A-II). В полости A-II было проведено 6 взрывов с интервалом 16 суток.

На объекте A-III (1971 г.) была образована сухая полость большого размера, а пробы донного осадка подтвердили образование ²³¹Ра в количестве 0,5 кг и ²³³U— 2,5 кг. Можно сказать, что таким образом было создано единственное на Земле искусственное месторождение протактиния (находящийся в радиоактивном равновесии с ураном-235 протактиний содержится в урановых рудах в отношении 0,35 10^-6 к природному урану).

В 1974 г. на объекте A-IV на глубине 1000 м был проведен взрыв с целью получения плутония. Наработка составила 15 кг плутония-239 (0,25 кг/кт).

С 1990 по 1992 г. во ВНИИЭФ был выполнен значительный объем исследований, который показал принципиальную возможность использования ядерных взрывных технологий с целью уничтожения химически токсичных материалов.

Из результатов этих работ следовало, что весь объем, производимый химической отраслью Советского Союза (40 тыс. т), мог быть уничтожен при использовании ядерных взрывных технологий в течение примерно 10 лет и при затратах в 10 раз меньших по сравнению с заводскими технологиями.

Развитие ядерной энергетики в мире достигло такого уровня, когда проблема экологической безопасности обращения с радиоактивными отходами АЭС приняла глобальный характер. Стандартный ядерный реактор электрической мощностью 1 ГВт производит за год (при среднем коэффициенте использования установленной мощности порядка 75 %) столько же атомной энергии, сколько ее выделяется при ядерном взрыве мощностью 15 Мт. При этом в ядерном реакторе образуется и такое же количество высокоактивных продуктов деления ядер, какое получается при ядерном взрыве мощностью 15 Мт.

Поскольку уровень совокупной мощности мировой ядерной энергетики достиг величины 350 ГВт, то это означает, что ежегодное производство продуктов деления на АЭС эквивалентно их наработке в ядерных взрывах с совокупной мощностью 5250 Мт, что существенно превосходит мощность всего стратегического ядерного арсенала. При этом мощность ядерной энергетики США оценивается в 97 ГВт, а ядерной энергетики России — в 20 ГВт и, соответственно, на их долю приходится 27,5 и 5,7 % производства высокоактивных продуктов деления на нашей планете.

Ядерно-взрывная технология может использоваться для переработки непосредственно высокоактивных отходов (в том числе ОЯТ), полученных с АЭС, и тем самым исключать дорогостоящий и потенциально опасный цикл радиохимической переработки или перерабатывать не утилизируемые продукты радиохимического разделения высокоактивных отходов. Конкретный выбор определяется особенностями развития ядерного энергетического цикла потребителя ядерно-взрывной технологии.

Удельная закладка полной массы таких радиоактивных материалов составляет 70 т/кт мощности ядерного взрыва и соответствует массе грунта, испаряемого обычно в подземном ядерном взрыве.

Международное признание возможностей использования ядерных взрывов в мирных целях зафиксировано в тексте договора о нераспространении ядерного оружия (1968 г.), 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.

Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, заключенный осенью 1996 г. и к настоящему времени подписанный подавляющим большинством государств, запрещает проведение испытаний ядерного оружия или любые другие ядерные взрывы.

Согласно статье VIII договора, каждые десять лет предусматривается проведение конференций по рассмотрению его действия. На таких конференциях по просьбе любого участника договора на основе согласия может быть принята рекомендация о внесении поправки к договору, которая разрешала бы проведение ядерных взрывов в мирных целях, но при исключении получения военных выгод от такого взрыва.

Подчеркнем, что вопросы гарантий неиспользования ядерных взрывов в мирных целях для решения параллельных военных задач могут быть решены с полной убедительностью.

На переговорах по всеобъемлющему запрещению ядерных испытаний, продолжавшихся с 1994 по 1996 г., только Китай последовательно отстаивал идею сохранения мирных ядерных взрывов в тексте договора. Однако в июле 1996 г. он согласился снять свое предложение для ускорения заключения ДВЗЯИ, признавая, что на последующих конференциях по рассмотрению выполнения Договора можно будет вновь вернуться к обсуждению этого вопроса.

Ядерные технологии являются реальностью. Целесообразность их применения должна определяться конкретными проектами на основе принципа «затраты — эффективность» в сравнении с другими типами гражданских технологий. У нас нет сомнений, что применение ядерно-взрывной технологии вполне оправдано и в экономическом, и в социальном, и в экологическом плане.

Преимущества ядерно-взрывных технологий в таких приложениях, как тушение аварийных газовых фонтанов, предупреждение внезапных выбросов газа на угольных шахтах, захоронение и уничтожение опасных отходов производств, очевидны.

Можно надеяться, что тридцатилетний опыт разработки таких технологий будет востребован, по необходимости они будут внедряться и, в конечном счете, принесут человечеству ощутимые положительные результаты.

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

Сегодня нам брошен новый вызов, и чтобы сохранить нашу национальную самобытность, необходим прорыв в создании новых знаний и технологий в интересах нашей страны.

Мы верим, что мирные ядерно-взрывные технологии и будут одним из таких прорывов в обеспечении богатства россиян. Нашей большой стране нужны туннели, гавани, новые полезные ископаемые, новые великие открытия.

Андрюшин И. А., Чернышев А. К., Юдин Ю. А. Укрощение ядра. — Саров, 2003.

Васильев А. П., Водолага Б. К., Волошин Н. П. Государственная программа «Ядерные взрывы для народного хозяйства» и ВНИИТФ // Бюллетень по атомной энергии. — 2005. — № 4.

Иванов Г. А., Волошин Н. П., Танеев А. С, Крупны Ф. П., Кузьминых С. Ю., Литвинов Б. В., Свалухин А. И., Шибаршов Л. И. Взрывная дейтериевая энергетика. — Снежинск, 2004.

На благо России: к 75-летию академика РАН Ю. А. Трутнева. — Саров — Саранск, 2002.

Ядерные испытания СССР. Т. 4. Использование ядерных взрывов для решения народнохозяйственных задач и научных исследований / Под ред. В. Н. Михайлова, Р. И. Илькаева, Н. П. Волошина, И. А. Андрюшина, А. К. Чернышева, К. В. Мясникова, Ю. В. Дубасо-ва. — Саров, 2000.

Бюллетень по атомной энергии, август, 2005, с. 43—50

Монтаж датчиков на опускной колонне. Астраханская область, Аксарайское месторождение

Встреча в пустыне близ Астрахани, восточнее р. Волга

Аксарайское газовое месторождение, Астрахань. У фонтана газового просачивания

Аркалыкская степь. Легкий завтрак под крылом самолета

Котуобинское месторождение, Якутия. Здесь будет сооружена скважина и произведен взрыв с целью интенсификации нефтеотдачи

В тундре под Воркутой, в 7 км от станции Хановей, 1971 г.

Ермаково, Енисей. Наше жилище, доставшееся по наследству от сталинских «врагов народа»

У озера Лама. Транспорт подан, можно ехать на скважину

Жилища обитателей Кызыл-Кума

Просторы Джесказганской области, 1970–1975 гг. Здесь, в 100 км южнее областного центра будет произведен подземный ядерный взрыв для сейсмического зондирования

Туман в тундре близ станции Хановей, в 30 км от Воркуты

Ермаково. Поездка на скважину

Заряд опущен в скважину на заданную глубину

Рекогносцировочная комиссия, 1970 г. Задача — обследование трассы сейсмического зондирования Воркута — Иваново

Эшелон с техникой готов к отправке

Находка в Приенисейской тайге