стей применения ядерных и термоядерных взрывных устройств в промышленных и научных целях. Из сообщений печати видно, что эти работы велись и ведутся очень широким фронтом по всем перечисленным направлениям. Более того, работа уже вышла из теоретической и лабораторной стадии: 10 декабря 1961 года американцы произвели первый подземный ядерный взрыв по программе «Плаушер». Цель испытания – определение осуществимости идеи удержания тепловой энергии для производства электричества, изучение эффектов подземного взрыва, возможное получение новых радиоактивных изотопов. Нет сомнения в том, что часть остальных подземных взрывов (из общего числа –
21)также проведена согласно программе «Плаушер».
ВСоветском Союзе, к сожалению, такие работы не проводятся вообще, хотя вопрос об этом неоднократно поднимался. Принимая во внимание количество задач, которое можно решать с помощью ядерных взрывов, совершенно очевидно, что эти работы необходимо начинать. Это потребует привлечения большого числа специалистов самых разнообразных отраслей знания. Решение каждой задачи связано с широкими теоретическими и экспериментальными исследованиями. Следует подчеркнуть, что большой круг вопросов, связанных с проблемой применения взрывов, может быть решен расчетным путем и модельными экспериментами без производства ядерных взрывов.
По нашему мнению, было бы целесообразно для разработки программы по изучению возможностей использования ядерных взрывов в промышленных и научных целях создать правительственную комиссию, задачами которой было бы в кратчайший срок:
•изучить возможности использования взрывов и определить основные направления работы;
•выработать предложения по организации научно-исследовательских работ.
Возможно также решением правительства непосредственно возложить ответственность на вопросы невоенного использования ядерных взрывов на МСМ или Комитет по ИАЭ. КБ-11 может взять на себя разработку специальных зарядов, их испытания, а также принять участие в работе по задаче локализации многократных взрывов.
При проведении воздушных и подземных испытаний мы предлагаем произвести термоядерные взрывы с целью экспериментальной проверки возможности получения:
•плутония-239;
•урана-233;
•трансурановых элементов;
•новых, более далеких, чем калифорний, элементов.
По каждому из первых трех разделов предлагается произвести по одному воздушному и одному подземному взрывам. По последнему – один воздушный подрыв.
Необходимо также разработать и испытать термоядерный заряд, максимально чистый и экономичный для использования в горнодобывающей промышленности и строительстве».
5. О РАЗРАБОТКЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ЗАРЯДОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ В МИРНЫХ ЦЕЛЯХ
С середины пятидесятых годов в СССР систематически велись исследования по мирному использованию ядерных взрывов. Низкая стоимость ядерного заряда в сочетании с компактностью и возможностью получения практически любого заданного энерговыделения дает значительные преимущества при использовании ядерных взрывов вместо взрывов химических взрывчатых веществ при проведении многих мирных работ.
Казалось бы, для осуществления того или иного эксперимента по программе подземных ядерных взрывов в мирных целях можно взять готовый ядерный заряд из имеющегося военного арсенала. В ряде случаев так и было. Однако, зачастую возникали весьма специфические ситуации, которые исключали простое решение. Бывало, заряд требовалось опустить под землю на километровые глубины в скважину достаточно «скромного» диаметра, где имеют место высокие температуры и давления, а порой и химически агрессивная среда. Для экскавационных экспериментов и в некоторых других случаях требовались заряды повышенной «чистоты», исключающие радиационную опасность. Наконец, для «мирных» взрывов были необходимы заряды в очень широком диапа-
зоне мощности. Таким образом, требования ко многим «промышленным» ядерным зарядам значительно отличались от требований к зарядам «боевым».
Разработчики ядерного оружия с первых дней с воодушевлением включились в новую для себя работу.
Существенным препятствием для внедрения технологии является радиоактивность, образующаяся при ядерном взрыве. Поэтому в первую очередь решалась задача создания чистых промышленных ядерных зарядов. Решение этой сложнейшей проблемы изобиловало многими драматическими ситуациями. Потребовалось решение ряда тонких научных, технологических и человеческих проблем. Создание чистых термоядерных зарядов позволило получить уникальные экспериментальные данные, открывшие возможности создания с помощью ядерных взрывов котлованов, плотин, полостей для водохранилищ, для хранения больших количеств отходов производств, тушения газовых факелов.
Сочетание проектных проработок с возможностями созданных ядерных зарядов позволяло нашим ученым и специалистам решать при проведении каждого конкретного взрыва основную задачу: достижение технологической цели эксперимента при соблюдении требований радиационной и сейсмической безопасности и положений Московского договора от 5 августа 1963 года.
Высокие уровни температуры, плотности вещества и давления дали возможность использовать ядерные взрывы для исследований, имеющих общенаучную ценность.
ВРоссии идея зажигания термоядерного горючего путем его быстрого сжатия оболочкой впервые была выдвинута и теоретически обоснована в 1952–1956 годах 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. Они рассматривались как чисто научная задача.
Всередине пятидесятых годов во ВНИИЭФ уже были получены термоядерные нейтроны при фокусировке образующейся от взрыва сферического заряда ВВ сходящейся ударной волны в твердом веществе, содержащем дейтерий и тритий. В шестидесятые годы были получены нейтроны из ДТ-газа, сжимаемого тяжелой оболочкой. Однако эти достижения также, как и получение в настоящее время термоядерных нейтронов в лазерных термоядерных мишенях, были далеки от решения проблемы зажигания термоядерного горючего путем его сжатия химическим ВВ. Дело в том, что при получении нейтронов в указанных экспериментах количество термоядерных реакций относительно мало, и выделившаяся энергия в реакциях на много порядков меньше внутренней энергии, внесенной при сжатии в вещество, рождающее эти нейтроны. Поэтому термоядерные реакции практически не влияли в этих экспериментах на температуру вещества.
Зажиганием термоядерного горючего принято называть процесс, при котором энергия, выделяемая в термоядерных реакциях, существенно повышает температуру среды, то есть термоядерная энергия сравнима или превышает внутреннюю энергию, внесенную в термоядерное горючее при его сжатии. Как показала практика, реальное получение зажигания путем нагрева вещества при его сжатии оболочкой оказалось очень сложной проблемой. Физические причины этого были выяснены
вработах по созданию в заряде термоядерного узла без делящихся материалов.
После появления мощных лазерных установок они также стали использоваться для решения этой задачи (известной под названием ЛТС – лазерный термоядерный синтез). Однако и здесь до сих пор не удалось решить задачу зажигания термоядерного материала.
В качестве одного из примеров предложений в этой области отметим, что в связи с проблемой создания «чистой» бомбы в 1957 году с предложением об интенсификации подобных исследований в КБ-11 вышли Я.Б. Зельдович и Н.А. Попов. Они отмечали, что ближайшей задачей должно явиться исследование термоядерной реакции в одном из макетов (без делящихся материалов) существующих зарядов, обеспечивающих высокие скорости движения оболочек. Программа работ должна была состоять из нескольких опытов по определению выхода нейтронов, образующихся при сжатии газообразного дейтерия, в зависимости от используемого количества дейтерия и от расположения газа, помещенного в тонкостенной оболочке того или иного радиуса. При этом отмечалась важность экспериментальных исследований, так как были неизвестны соотношения между расчетным и фактическим выходом нейтронов, потери, зависящие от асимметрии схождения оболочки. Применение в опытах дейтерия вместо ДТ-смеси полностью обеспечивало безопасность экспериментов, в
то время как расчетные количества нейтронов обеспечивали при этом возможность их регистрации.
Вкачестве одного из аргументов актуальности такого направления работ приводилась ссылка на сообщения из США о возможности разработки «чистой» бомбы в срок от четырех до пяти лет.
Поэтому первым шагом в работах по чистым ядерным зарядам для мирного использования было создание термоядерного узла без делящихся материалов.
При этом исходную энергию для имплозии обеспечивал ядерный взрыв делящихся материалов первичного источника. Оптимизм в решении этой задачи был связан с тем, что в этом случае энергия для имплозии на несколько порядков превосходила энергию имплозии в химическом взрыве. Первоначально над решением этой задачи работали специалисты из НИИ-1011 (Снежинск).
Втечение 1958 года они три раза выходили на ядерные испытания с устройствами, в которых ожидалось термоядерное зажигание и во всех трех случаях эти устройства «отказывали».
В1958 году по инициативе Ю.А. Трутнева к решению этой задачи присоединились специалисты КБ-11 (Саров). Для отработки процесса термоядерного зажигания было разработано специальное устройство («Золотой ТИС»), однако в связи с начавшимся мораторием испытать его тогда не удалось. Соавторами Ю.А. Трутнева в разработке физической схемы этого устройства были В.Б. Адамский, Ю.Н. Бабаев, В.Н. Мохов. В 1961 году в рамках более сложного проекта была предпринята попытка получить термоядерное зажигание, однако она не увенчалась успехом. Причина этих неудач была обусловлена недостаточно высокой степенью симметрии имплозии центрального ядра термоядерного горючего. В следующем проекте (возврат к неиспытанной системе 1958 года), которым руководил Ю.А. Трутнев, были предприняты все меры по обеспечению близкой к идеальной симметрии имплозии. Эта ювелирная работа привела к успеху, и в 1962 году 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 этот 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. Соавторами Ю.А. Трутнева в этой разработке были В.Б. Адамский, Ю.Н. Бабаев, В.Г. Заграфов и В.Н. Мохов.
Практическое решение задачи термоядерного зажигания имело исключительно важные последствия. Этот принцип нашел разнообразные применения при создании различных новых типов термоядерных зарядов от специальных устройств для использования ядерных взрывов в мирных целях до существенных военных применений.
С научной точки зрения, проведенные исследования также имели существенное значение для последующих работ, поскольку теоретически были получены условия, необходимые для зажигания термоядерного горючего. Полученные критерии определяли:
•необходимые запасы по зажиганию в симметричных расчетах, определяемые в виде интегрального соотношения, которое является обобщением критерия Лоусона для динамических систем. Критерий зажигания Лоусона n τ ≥ 1014 сек/см3 при температуре порядка 10 кэВ получен для стационарной системы, в которой термоядерное ДТ-горючее в течение времени τ имеет плотность ионов n. Интегральный критерий зажигания и запасов по зажиганию является обобщением критерия Лоусона для нестационарных систем, в которых плотность ионов и их температура изменяются во времени;
•требования к симметрии сжатия тяжелой оболочкой термоядерного горючего на уровне сжатий его до 100 раз;
•необходимую точность расчетов физических процессов, определяющих зажигание термоядерного горючего;
•необходимость учета гравитационной турбулентности, зависящей от конкретной динамики сжатия слоистой системы и термоядерного горючего;
•возможные способы исправления начальной асимметрии сжатия слоистой системы.
В1964 году ограниченная программа ядерных испытаний СССР (это был первый год после перехода на подземные испытания) насчитывала всего девять экспериментов. Из них два испытания были направлены на отработку первого промышленного заряда, предназначенного для проведения экскавационных работ. Этот заряд должен был обладать достаточно высокой «чистотой». Разработка
проводилась на конкурсной основе двумя ядерными центрами. Первым было проведено испытание заряда НИИ-1011, которое оказалось неудачным (в эксперименте произошло сильное снижение энерговыделения по сравнению с прогнозируемым значением). Вторым было испытание заряда КБ-11, которое, по условиям эксперимента, проводилось в неполномасштабном варианте. Это испытание подтвердило расчетные характеристики заряда, и после небольшой доработки именно он был использован в промышленном взрыве «Чаган». Чистый промышленный заряд первого поколения был создан коллективом автором: Ю.А. Трутнев, В.С. Лебедев, В.Н. Мохов, В.С. Пинаев.
Вконструкции заряда были приняты меры для соответствующего уменьшения образующейся при взрыве наведенной радиоактивности от термоядерных нейтронов как на материалах заряда, так
ив окружающей среде. Для уменьшения наведенной радиоактивности в конструкции заряда тщательно подбирались материалы, используемые в заряде, по их химическому составу и по физическим свойствам, которые должны обеспечивать работоспособность термоядерного узла и достаточно высокие качества заряда по энерговыделению.
Вследствие жестких требований к минимальному содержанию добавок и примесей сравнительно низкие технологические свойства таких материалов значительно осложняли работу конструкторов, вынужденных создавать новые подходы к обеспечению процесса сборки заряда и прочностных качеств. Для уменьшения радиоактивности грунта в термоядерном узле ставился слой, поглощающий нейтроны и одновременно улучшающий условия работы термоядерного узла.
Для дальнейшего увеличения чистоты заряда требовалось существенное уменьшение количества осколков деления в первичном источнике энергии заряда и создание устройства, обеспечивающего работу основного энерговыделяющего термоядерного узла при использовании такого первичного источника энергии. С научно-технической точки зрения это две существенно отличные задачи.
В1965 году в НИИ-1011 для дальнейшего существенного повышения «чистоты» промышленных зарядов Ю.С. Вахромеевым и В.А. Кибардиным был разработан принципиально новый первичный модуль. Он был успешно испытан в 1965 году и послужил одной из основ дальнейшего развития промышленных зарядов. Этот заряд был впоследствии 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 это требовалось для реализации работы чистого термоядерного узла с энерговыделением порядка десятков и сотен килотонн тротилового эквивалента. Эта сложнейшая задача решалась параллельно во ВНИИЭФ и ВНИИТФ.
В1966 году 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
иэксперимент подтвердил реализацию уникальных особенностей его работы.
В1966 году специалисты ВНИИЭФ под руководством Ю.А. Трутнева создали усовершенствованный вариант промышленного заряда (который ранее 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 1966 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. Эта установка была успешно испытана в 1967 году.
В 1968 году 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 многих усилий, которые увенчались успехом в 1971 году. В 1972 году было проведено успешное испытание промышленного заряда высокой чистоты с дальнейшим поышением уровня чистоты более чем в 10 раз, который объединил усилия обоих ядерных институтов (ВНИИТФ и
ВНИИЭФ) и использовал их достижения на пути реализации этого проекта с 1964 года. Разработкой проекта руководил во ВНИИТФ Е.Н. Аврорин, а во ВНИИЭФ – Ю.А. Трутнев.
В1973 году было проведено успешное испытание аналогичного заряда, но с использованием другой системы термоядерных модулей, разработанного во ВНИИЭФ, которое завершило разработку, начатую в 1968 году. Ведущую роль в этой разработке играли Ю.А. Трутнев, В.Н. Мохов, А.В. Певницкий.
Исследования и разработки ряда институтов Министерства среднего машиностроения (ПромНИИПроект, ВНИИЭФ, ВНИИТФ и др.) показали перспективность использования ядерных взрывов на большой глубине для решения целого ряда практических мирных задач. К их числу относятся задачи сейсмического зондирования земной коры взрывами, интенсификация добычи полезных ископаемых, находящихся на большой глубине, тушение газовых и нефтяных факелов, создание полостей для захоронения вредных отходов различных производств и т.д. Для ряда таких работ меньшее значение может иметь количество образующейся радиоактивности, а в некоторых случаях, как например, при интенсификации добычи нефти и тушении факелов, важное значение имеет количество образующегося трития, так как в углеводородах радиоактивный тритий может замещать водород.
Вподобных зарядах на первое место выходят такие требования к зарядному устройству, как малый диаметр, позволяющий опускать заряд в глубокие скважины малого диаметра, теплостойкость заряда, способного работать в условиях высокой температуры глубоких подземных слоев, и способность устройства выдерживать высокие давления.
Для тушения газового факела на месторождении Урта-Булак в Узбекистане специалисты ВНИИЭФ В.С. Лебедев и В.А. Разуваев разработали специальный промышленный заряд. Особенностью создания заряда было, с одной стороны, обеспечение небольшого диаметра, а с другой стороны, возможность реализации в нем различных уровней энерговыделения. Этот промышленный заряд использовался в дальнейшем (26 сентября 1969 года) 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 промышленного заряда было связано с изучением возможностей новой площадки для проведения промышленных взрывов на полуострове Мангышлак. В этих целях 6 декабря 1969 года там был проведен камуфлетный взрыв этого же заряда с уровнем энерговыделения, аналогичным промышленному взрыву в Урта-Булак.
В 1967–1968 годах 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, Узбекистан. Эта работа была успешно выполнена, и после проведения промышленного взрыва 21 мая 1968 года аварийный выход газа был прекращен. Энерговыделение взрыва составило 47 кт. Разработка заряда производилась с учетом возможности изменения величины его энерговыделения.
22 октября 1971 года в Оренбургской области был произведен промышленный взрыв («Сапфир») с целью создания подземной полости в массиве каменной соли на Оренбургском газоконденсатном месторождении. Для проведения взрыва использовалась модификация заряда разработки ВНИИТФ, который использовался в опыте «Памук» в 1968 году. В соответствии с условиями эксперимента величина энерговыделения промышленного заряда была уменьшена в 3 раза. Этот же заряд с некоторой корректировкой был использован в промышленном взрыве «Кратер» 11 апреля 1972 года на Майском газовом месторождении (Туркменистан) для перекрытия скважины с аварийным выходом газа. В этих же целях он использовался 9 июля 1972 года в промышленном взрыве «Факел» в Харьковской области. В этом случае энерговыделение взрыва, по условиям безопасности, было уменьшено до 3,8 кт.