— 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.