Подземные ядерные взрывы в мирных целях

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.