Подземный ядерный взрыв. Подземные ядерные взрывы и поражение

Министерство Высшего Образования Российской Федерации

Уральский Государственный Технический Университет- УПИ

Факультет Военного Обучения

Кафедра Войск РХБ защиты

ПОДЗЕМНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ

Выполнил:

Студент взвода Хт-248

Покровский П.В.

Проверил:

Полковник Максимов С.Ф.

Екатеринбург

1. Введение 3

2. Подземный ядерный взрыв 4

2.1. Поражающие факторы подземного ядерного взрыва 6

3. Заключение 8

4. Приложение 9

1. Введение

Действие ядерного оружия основано на использовании энергии, выделяющейся при ядерных превращениях. В зависимости от принципов использования этой энергии различают три вида ядерных боеприпасов: атомные , термоядерные и комбинированные .

При взрывах атомных боеприпасов в результате цепной реакции деления ядер атомов тяжелых элементов (плутония, изотопов урана) выделяется энергия. Реакция состоит в том, что при бомбардировке урана-235 свободными нейтронами возникают элементы средней части периодической системы Менделеева.

Действие термоядерных боеприпасов основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции синтеза ядер легких элементов (дейтерия и трития) в условиях чрезвычайно высоких температур. Термоядерная реакция - реакция синтеза легких ядер в более тяжелые. Такие реакции происходят в недрах звезд, на солнце и т. д. При таких температурах вещество существует только в виде плазмы. Но создание высокой температуры необходимо только в первый момент времени, чтобы «зажечь» реакцию, а затем она существует сама за счет выделения энергии при синтезе ядер.

В основу действия комбинированных боеприпасов положено свойство атомов природного урана (уран-238) делится под действием быстрых нейтронов, образующихся при термоядерной реакции.

Вид ядерного взрыва характеризуется расположением центра взрыва по отношению к поверхности земли (воды). Исходя из этого, различают несколько их видов, различающихся по своему поражающему действию:

1)Высотные взрывы . К ним принято относить взрывы, произведенные на высоте более 30 километров от поверхности земли (воды). При этом радиоактивного заражения местности может не быть совсем, это обуславливается тем, что пылевой столб («ножка») и облако («шляпка») не контактируют.

2) Воздушные взрывы . К ним относятся взрывы, произведенные на высоте, меньшей 30 километров, но образующийся при этом огненный шар не соприкасается с поверхностью земли (воды). Радиоактивное заражение местности чаще всего ограничивается районом ядерного взрыва. В радиоактивное облако попадает значительно меньше грунта по сравнению с наземными (надводными) и подземными (подводными) взрывами.

3)Наземные (надводные) взрывы . Взрывы, при которых светящаяся область соприкасается с поверхностью земли (воды). При таком взрыве образуется светящаяся полусфера, радиус которой примерно в 1,3 раза превышает радиус огненного шара воздушного взрыва той же мощности. В огненный шар вовлекается значительное количество грунта и других материалов. Часть грунта испаряется, а большая часть оплавляется, образуя огромное количество радиоактивных частиц, из которых впоследствии конденсируются радиоактивные продукты взрыва. В районе ядерного взрыва наблюдаются сильные потоки воздуха, устремляющиеся к центру взрыва и вверх вслед за облаком. Увлекаемые этими потоками частицы грунта вместе с конденсировавшимися на них радиоактивными веществами попадают в облако ядерного взрыва, так как в этом случае пылевой столб («ножка») с момента его образования соединен с облаком («шляпкой»).

2 . Подземный ядерный взрыв.

Подземными ядерными взрывами называют взрывы, для ко­торых средой, окружающей зону реакции, является грунт.

В результате воздействия рентгеновского излучения на ок­ружающий зону реакции грунт его тонкий сферический слой сильно прогревается и превращается в раскаленный газ, излу­чение этого слоя превращает в раскаленный газ следующий тонкий слой грунта и т. д.

Таким образом, в грунте в результате его послойного про­грева образуется раскаленный объем. Процесс расширения этого объема в невозмущенном грунте называется тепловой волной в грунте.

Внутри раскаленного объема вследствие больших градиентов давления на его границе возникают механические возму­щения. По мере увеличения этого объема и уменьшения тем­пературы среды в нем скорость распространения тепловой вол­ны уменьшается быстрее, чем скорость распространения меха­нических возмущений. Начиная с определенного момента времени, скорость распространения механических возмущений на­чинает превышать скорость тепловой волны и в окружающем раскаленном объеме грунта происходит скачкообразное увели­чение давления, плотности, температуры и скорости его дви­жения до максимальных значений. Процесс распространения этих возмущений называется ударной волной в грунте.

В отличие от взрыва в воздухе при ядерном взрыве в грун­те ударная волна существует лишь в самой ближней зоне.

С увеличением расстояния от центра взрыва увеличение дав­ления и других возмущений в грунте до максимальных значе­ний становится все более плавным. Процесс распространения плавно увеличивающихся давления и других возмущений в грунте до их максимальных значений называется волной сжа­тия.

Итак, на начальной стадии развития подземного ядерного взрыва в грунте возникают и распространяются тепловая вол­на, ударная волна и волна сжатая. В результате их воздейст­вия на окружающую зону реакции грунтовую среду в окрест­ностях взрыва возникают механические колебания, называемые сейсмовзрывными волнами, которые распространяются наболь­шие расстояния.

Процессы развития подземного ядерного взрыва зависят от глубины заложения заряда в грунте.

Если подземный ядерный взрыв происходит на большой глубине, расширение находящихся в небольшом объеме под высоким давлением раскаленных газов и продуктов, образовав­шихся в результате термических превращений грунта, приводит к возникновению взрывной полости, зон механического разру­шения грунта, трещин, пластических деформаций и механиче­ских колебаний грунта.

Для большинства грунтовых сред взрывная полость не устойчива: происходит обрушение кровли и она заполняется об­ломками породы.

При подземном ядерном взрыве на большой глубине прони­кающая радиация и газовый поток полностью поглощаются грунтом, радиоактивные продукты взрыва остаются в полости и в толще разрушенной породы.

Подземные ядерные взрывы, при которых не происходит раскрытие грунтового купола и отсутствует прямой выход про­дуктов взрыва из его полости в атмосферу, называются камуфлетными. Минимальная глубина, начиная с которой не наблюдается выброс грунта, зависит от мощности взрыва и вида грунта. Ориентировочно она составляет м.

Поражающими факторами камуфлетного ядерного взрыва являются: сейсмовзрывные волны и местное действие на грунт (полость и зоны разрушения грунта, остаточные деформации в грунте, вспучивания, отколы и проседания грунта).

Если взрыв происходит на небольшой глубине, вначале происходят те же процессы, что и при взрыве на большой глу­бине. Затем в результате расширения взрывной полости на поверхности земли вырастает грунтовый купол, который тут же раскрывается. Через раскрывшийся купол из полости вырыва­ются газообразные продукты, вследствие чего в воздухе обра­зуются воздушная ударная волна и облако взрыва. Вырвавшие­ся наружу газы поднимают с собой в атмосферу большое ко­личество грунта. В грунте образуется воронка, вокруг нее- навал грунта; возникают пылевые образования. Вместе с га­зами и грунтом в атмосферу выбрасываются радиоактивные продукты, которые, смешавшись с частицами пыли, в после­дующем выпадают и создают сильное радиоактивное зараже­ние местности и воздуха.

Подземные ядерные взрывы, при которых происходит рас­крытие купола и прорыв газообразных продуктов наружу с выбросом в атмосферу грунта, называются взрывами с выбро­сом грунта. Отличительной особенностью таких взрывов явля­ется образование воронки в грунте и навала грунта вокруг во­ронки.

Поражающими факторами подземного ядерного взрыва с выбросом грунта являются: сейсмовзрывные волны, местное действие взрыва (воронка, зоны разрушения, вспучивания и на­вал грунта, камнепад), сильное радиоактивное заражение ме­стности и атмосферы, облако взрыва, пылевые образования.

Проникающая радиация и газовый поток при подземном ядерном взрыве на небольшой глубине практически полностью поглощаются грунтом.

2.1. Поражающие факторы подземного ядерного взрыва

Основными поражающими факторами подземного ядерного взрыва являются: сёйсмовзрывные волны, местное действие взрыва на грунт и радиоактивное заражение местности (при взрыве с выбросом грунта).

Источником сейсмовзрывных волн при подземном взрыве является передача энергии грунту непосредственно в центре взрыва. При этом в грунте образуется волна сжатия.

Волна сжатия-основной поражающий фактор подземного ядерного взрыва, определяющий его действие на котлованные и подземные сооружения; она более интенсивна, чем эпицентральная волна при наземном взрыве.

Параметрами сейсмовзрывных волн, которые характеризу­ют их поражающее действие на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, являются: давление (напряжение), смещение, скорость смещения и ускорение (перегрузка) грунта.

«Мирный атом» - это не только атомные электростанции, дающие электричество. В 1950–80 гг. было проведено более 150 «мирных» промышленных взрывов: для создания водохранилищ и каналов, стимулирования источников нефти и газа, тушения пожаров и даже поворота рек вспять. Почему впоследствии правительства США и СССР отказались от этой идеи, рассказывает Кирилл Размыслович.

Интересно раньше было время. Можно было . Или втайне. Или всерьез рассматривать идею взорвать заряд на Луне. Или даже использовать силу атома в мирных целях.
Идея выглядела вполне разумной: берем ядерную бомбу (или много ядерных бомб) - и взрываем ее для того, чтобы скажем проложить канал, создать искусственный водоем, дамбу, разрушить айсберг, добыть побольше нефти, получить подземное хранилище... я думаю, вы поняли принцип. Считалось, что такое использование позволит сэкономить массу усилий и времени при относительно небольших издержках. Так что нет ничего удивительного в том, что такие взрывы действительно проводились, причем в весьма больших количествах.

США

Американцы задумались о мирном применении ядерного оружия где-то в 50-х. Как обычно, было предложено множество мега-проектов того, на что можно было бы пустить силу атома. Один из них предполагал использование ядерных бомб для расширения Панамского канала, или создания альтернативы ему - т. н. «атомного канала», который бы проходил через Никарагуа. Другой, за авторством Эдварда Теллера предполагал строительство искусственной гавани на Аляске, что потребовало бы взрывы пяти водородных бомб.

По непонятной причине, местному населению не очень понравилась эта идея и в итоге затею вскоре благополучно похоронили.

Существовал также проект создания канала, который бы заполнил впадину Каттара водами Средиземного моря. В свое время эту идею активно продвигали американцы в качестве альтернативы Асуанской плотине. В 1964 году к проекту подключился добрый немецкий инженер Фридрих Басслер, который предложил использовать 213 полуторамегатонных бомб чтобы создать 80 километровый канал.

В этом канале были бы установлены турбины гидроэлектростанции. Поскольку площадь котловины составляет 20 000 км2, считалось что вода из нее будет испаряться быстрее, чем она будет наполняться, что обеспечило бы бесперебойную работу сооружения в течении многих десятилетий.
Так что нет ничего удивительного в том, что вскоре начались испытания, призванные оценить, насколько реально использование данной технологии. В историю они вошли под названием операция Плаушер (или можно сказать операция Плуг - названием явно выбиралось со смыслом). В 1962 году на полигоне в Неваде было произведено испытание Седан, в ходе которого на глубине 194 метров была взорвана 104 килотонная бомба. В результате взрыва, было выброшено 11 миллионов тонн грунта и образовался кратер глубиной 100 метров и диаметром около 390 метров, который ныне входит в реестр исторических мест США.
И все бы ничего, но взрыв был совсем не таким чистым, как ожидалось: образовалось облако, разнесшее радиоактивные осадки по всей стране. Это стало большим ударом по позициям тех, кто предлагал использование ядерных бомб для создания инженерных сооружений.
В рамках операции Плаушер также исследовался вопрос о том, можно ли использовать ядерное оружия для интенсификации нефте- и газодобычи. Идея заключается в том, чтобы с помощью ядерного взрыва разорвать пласт и увеличить приток добываемого флюида (газа, воды, конденсата, нефти либо их смесь) к забою скважины.
Всего было проведено три испытания - первые два (1967 и 1973 год) показали, что ядерный взрыв действительно может поспособствовать увеличению добычи. Однако получавшийся таким образом газ содержал повышенный уровень радиации. Несмотря на все уверения компаний о том, что использование подобного газа не опасно для здоровья, и его радиоактивность после очистки будет превышать естественный фон всего на 1%, вскоре стало понятно, что у радиоактивного газа в США нет абсолютно никаких коммерческих перспектив.

В 1973 году было проведено третьей и последнее испытание в этой серии, в рамках которого на глубине 2 километра были взорваны три ядерных заряда. Оно завершилось неудачей - во-первых, газ все еще был радиоактивным, а во-вторых, образовавшиеся полости не соединились, как планировалось, и стимулировать газодобычу не удалось.

Этот взрыв стал последним в серии мирных в США. Всего в период с 1962 по 1973 было проведено 27 испытаний, в рамках которых было взорвано 33 ядерных устройства. Выводы были неутешительны: несмотря на все усилия, взрывы приводили к слишком большому радиоактивному загрязнению как непосредственно самого места детонации, так и окружающих районов из-за чего использование ядерных бомб для каких-то инженерных работ было неприемлемо. В 1977 году операция Плаушер была окончательно закрыта.

СССР

Что касается страны Советов, то пускай там начали проводить мирные (или как их называли промышленные) взрывы позже, чем в США, зато в отличии от заокеанских товарищей этот процесс был поставлен на весьма широкую ногу. Они проводились в рамках
т. н. Программы № 7.

Первым советским промышленным взрывом стало испытание Чаган, проведенное в Казахстане в 1965 года. Его целью было создание искусственного водохранилища для нужд сельского хозяйства и орошения полей. Взрыв 170-килотонной водородной бомбы привел к образованию вороник диаметром 430 метров и глубиной 100 метров. После этого был создан канал, который соединил русло реки Чаган с этой воронкой. Так на свет появилось озеро Чаган, также известное как «атомное озеро».

Soviet nuclear test. Chagan. Atomic Lake

Купающийся в атомном озере человек - министр среднего машиностроения Ефим Славский. Хороший пиар, как бы сейчас сказали.
Я думаю, что мне не стоит говорить, почему из ядерной воронки вышло не самое лучшее водохранилище. Даже по состоянию на 2000 год уровень радиации на берегу превышал естественный фон в 60 −200 раз в зависимости от конкретного места.
Особым советским ноу-хау стало использование ядерных бомб для ликвидации горящих газовых скважин. В 1963 году на месторождении Урта-Булак в Узбекистане произошла авария в результате которой вспыхнул 70-метровый факел. Попытки потушить его обычными средствами провалились. Шутка ли, за сутки там сгорало 12 миллионов кубометров газа.
В итоге, чтобы погасить факел, было решено использовать последнее средство. К каналу скважины была пробурена наклонная штольня, в которую на глубине 1500 метров был заложен ядерный заряд. Через 23 секунды после детонации горевший 1064 дня факел наконец погас.

Но этот успешный случай на мой взгляд все же скорее является исключением. Например, попытка в 1972 году потушить горящее месторождение в Харьковской области окончилась провалом - его потушили позже уже традиционными способами. В 1981 году была предпринята попытка потушить Кумжинское месторождение - однако вместо ликвидации аварийного выброса произошло размножение мест разрывов пород и мест выбросов конденсата. После этого месторождение законсервировали, выход газа со дна наблюдается до сих пор.

В рамках эксперимента «Сай-Утёс» в 1969 - 1970 году в Казахстане было проведено три подземных термоядерных взрывов, с целью «образованием провальных воронок, не связанных с полостью взрыва» с целью создания водохранилищ. Однако, пускай в двух случаях из трех воронки и были созданы, однако в итоге это не было успехом - трещиноватость полученных горных пород привела к тому, что вода в воронках не задерживалась.

В 1971 году в Пермской области был произведен тройной ядерный взрыв (проект «Тайга»), целью которого была как отработка технологии так и собственно начало создания Печоро-Камского канала. Всего для его строительства планировалось использовать 250 ядерных бомб. Однако по результатам этого испытания выяснилось, что канал таким образом создать не удастся, и потому проект был быстро свернут. Помимо солидной остаточной радиации, на месте взрывов остались три неиспользованные скважины и куча легенд о забытых там ядерных бомбах.

Закончилась неудачей и попытка создать плотину в Якутии. Планировалось провести восемь ядерных взрывов, которые должны были вспучить землю, однако уже первое испытание (1974 год) привело к аварийной ситуации и от идеи отказались, а воронку позже от греха подальше засыпали.

Ряд взрывов был направлен на создание подземных хранилищ - но и с ними тоже все было не слишком гладко. Например, в 1980 - 1984 годах в Астраханской области было произведено 15 подземных ядерных взрывов (проект «Вега») - однако уже через пару лет, 13 из созданных таким образом хранилищ стали уменьшаться в объёме. Уже через год всего 7 из них находились в эксплуатации, а вскоре использование остальных тоже прекратилось. Предполагалось, что границы оставшихся после взрывов полостей должны были остеклениться, однако в них судя по всему проникли воды, которые вначале растворили радиоактивные остатки, а затем стали выходить на поверхность.

Попытка создать таким же образом хранилища газоконденсата на Таймыре тоже не увенчалась успехом - подземные полости оказались меньше расчетных и в результате так и не использовались.

В 1979 на донбасской шахте «Юнком» был взорван заряд мощностью 0.3 килотонны с целью снять напряжения в угольном массиве и тем самым повысить безопасность шахтеров. Мнения по поводу, привел ли взрыв хоть к какому-то позитивному эффекту, расходятся.

Последний взрыв по Программе № 7 в СССР был произведен в 1988 году. В 1989 году был введен мораторий на все испытания. В целом, из всей советской мирной ядерной программы наибольшую отдачу при наименьшем риске для окружающей среды принесли взрывы, использовавшиеся для сейсморазведки и интенсификации нефтедобычи. Попытки же создать что-то с помощью ядерной бомб, использовать ее в инженерных целях были не слишком успешными с практической точки зрения - и я уж не говорю про многочисленные случаи, когда в ходе этих самых мирных взрывов случалось серьезное радиоактивное загрязнение местности.
Это конечно банально, но на мой взгляд причина этого весьма проста: все же ядерная бомба создавалась с целью уничтожения людей, а отнюдь не как тонкий инструмент для созидания и обустройства мира к лучшему.

Кирилл Размыслович

В 1947 году Совет министров СССР одобрил постановление о начале строительства полигона для испытания первой советской атомной бомбы. Строительство завершили 26 июля 1949 года. Полигон площадью 18,540 кв. км располагался в 170 км от Семипалатинска. Впоследствии оказалось, что выбор места для полигона был сделан удачно:

рельеф местности позволял проводить подземные ядерные испытания в штольнях и скважинах.

Всего на Семипалатинском полигоне в период с 1949 по 1989 год было проведено 122 атмосферных и 456 подземных ядерных испытаний.

Первые — США

Первый в истории подземный ядерный взрыв был произведен США под кодовым названием «Uncle» на Невадском полигоне 19 ноября 1951 года. Взрыв на выброс грунта мощностью 1,2 килотонны был проведен на малой глубине (5,5 м), исключительно в интересах министерства обороны для проверки поражающих факторов. Первое «полноценное» подземное ядерное испытание «Rainier» состоялось на невадском полигоне, площадке Rainier Mesa, 19 сентября 1957 года.

National Nuclear Security Administration Схема проведения ядерного испытания Rainier

Ядерное устройство мощностью 1,7 килотонны было подорвано в тоннеле горы на глубине 275 м.

Он проводился для отработки методики испытаний ядерных зарядов в подземных условиях, а также для проверки способов и средств дальнего обнаружения подземных взрывов. Это испытание заложило основы технологии проведения подземных ядерных испытаний, особенно это стало актуальным после подписания «Московского договора 1963 года» о запрещении ядерных испытаний в атмосфере, космическом пространстве и под водой.

National Nuclear Security Administration Клубы пыли, поднятые ударной волной взрыва Rainier

Всего до первого советского подземного взрыва правительством США в ходе операций было проведено 21 подземное ядерное испытание.

Подготовка к испытаниям

Штольня для первого советского подземного ядерного взрыва 380 м длиной была прорыта внутри скального массива полигона на глубине 125 м. После переоборудования штольни во взрывную камеру на специальной тележке по рельсам подавался контейнер с ядерным зарядом в 1 кт в тротиловом эквиваленте.

При взрыве внутри камеры давление могло достигать нескольких миллионов атмосфер, поэтому штольня была оборудована тремя участками забивки. Это делалось для предотвращения попадания наружу радиоактивных продуктов взрыва.

Первый участок забивки длиной 40 м имел железобетонную стенку и состоял из щебеночной засыпки. Через забивку проходила труба для вывода потока нейтронов и гамма-излучения к датчикам приборов, которые регистрировали развитие цепной реакции. Второй участок, состоявший из железобетонных клиньев, имел длину 30 м. Третий участок забивки 10-метровой длины был сооружен на расстоянии 200 м от взрывной камеры. Там располагались три приборных бокса с измерительной аппаратурой. Также по всей штольне были размещены и другие измерительные приборы.

Эпицентр обозначался красным флагом, расположенным на поверхности горы, прямо над камерой взрыва. Подрыв заряда осуществлялся автоматически с командного пульта, находившегося на расстоянии 5 км от устья штольни. Здесь же размещалось сейсмическое оборудование и аппаратура для регистрации электромагнитного излучения от взрыва.

Испытание

В назначенный день с командного пульта был подан радиосигнал, включающий сотни приборов различного типа, а также обеспечивавший подрыв самого ядерного заряда.

В результате на месте взрыва образовалось пылевое облако, вызванное камнепадом, а поверхность горы над эпицентром поднялась на 4 м.

Никакого выхода наружу радиоактивных продуктов не наблюдалось. После взрыва вошедшие в штольню дозиметристы и рабочие обнаружили, что участок штольни от устья до третьей забивки и приборные боксы не разрушены. Радиоактивного заражения также зафиксировано не было.

Мирные взрывы

С 1965 по 1988 год в СССР действовала программа мирных ядерных взрывов. В рамках секретной «Программы №7» было произведено 124 «мирных» ядерных взрыва, 117 из них проводились вне границ атомных полигонов, причем с помощью подрывов ядерных зарядов ученые решали только народно-хозяйственные задачи. Так, ближайший к Москве ядерный взрыв был произведен в Ивановской области.

Предполагалось, что с помощью подземных мирных ядерных взрывов можно будет интенсифицировать добычу нефти и газа, создавать гавани, каналы и водохранилища, а также вести разработку полезных ископаемых на бедных месторождениях. За все время мирных испытаний произошло как минимум три аварии, при которых была зафиксирована утечка радиоактивных продуктов взрыва. Ядерные взрывы в мирных целях проводили только два государства: СССР и США. Аналогом советской программы в США был проект «Плаушер», запущенный в 1957 и свернутый в 1973 году.

В апреле 1996 года между Национальным ядерным центром Казахстана и Агентством по ядерной безопасности при министерстве обороны США было подписано соглашение, по которому казахстанские и американские специалисты должны совместными усилиями ликвидировать 186 тоннелей и штолен, в которых проводились испытания. 29 июля 2000 года на Семипалатинском ядерном полигоне была взорвана последняя штольня, после чего он прекратил свое существование.

Конечно же все знают о таком виде испытаний, как подземный ядерный взрыв, но я не совсем понимал все же специфику такого варианта. Как? Зачем? Чем такой вариант испытания выгоднее и лучше? Для каких целей?

В 1947 году Совет министров СССР одобрил постановление о начале строительства полигона для испытания первой советской атомной бомбы. Строительство завершили 26 июля 1949 года. Полигон площадью 18,540 кв. км располагался в 170 км от Семипалатинска. Впоследствии оказалось, что выбор места для полигона был сделан удачно: рельеф местности позволял проводить подземные ядерные испытания в штольнях и скважинах.

Всего на Семипалатинском полигоне в период с 1949 по 1989 год было проведено 122 атмосферных и 456 подземных ядерных испытаний.

Вот какова технология проведения подземного ядерного взрыва...

Первые — США

Первый в истории подземный ядерный взрыв был произведен США под кодовым названием «Uncle» на Невадском полигоне 19 ноября 1951 года. Взрыв на выброс грунта мощностью 1,2 килотонны был проведен на малой глубине (5,5 м), исключительно в интересах министерства обороны для проверки поражающих факторов. Первое «полноценное» подземное ядерное испытание «Rainier» состоялось на невадском полигоне, площадке Rainier Mesa, 19 сентября 1957 года.

Схема проведения ядерного испытания Rainier

Ядерное устройство мощностью 1,7 килотонны было подорвано в тоннеле горы на глубине 275 м.

Он проводился для отработки методики испытаний ядерных зарядов в подземных условиях, а также для проверки способов и средств дальнего обнаружения подземных взрывов. Это испытание заложило основы технологии проведения подземных ядерных испытаний, особенно это стало актуальным после подписания «Московского договора 1963 года» о запрещении ядерных испытаний в атмосфере, космическом пространстве и под водой.

Клубы пыли, поднятые ударной волной взрыва Rainier

Всего до первого советского подземного взрыва правительством США в ходе операций было проведено 21 подземное ядерное испытание.

Подготовка к испытаниям

Штольня для первого советского подземного ядерного взрыва 380 м длиной была прорыта внутри скального массива полигона на глубине 125 м. После переоборудования штольни во взрывную камеру на специальной тележке по рельсам подавался контейнер с ядерным зарядом в 1 кт в тротиловом эквиваленте.

При взрыве внутри камеры давление могло достигать нескольких миллионов атмосфер, поэтому штольня была оборудована тремя участками забивки. Это делалось для предотвращения попадания наружу радиоактивных продуктов взрыва.

Первый участок забивки длиной 40 м имел железобетонную стенку и состоял из щебеночной засыпки. Через забивку проходила труба для вывода потока нейтронов и гамма-излучения к датчикам приборов, которые регистрировали развитие цепной реакции. Второй участок, состоявший из железобетонных клиньев, имел длину 30 м. Третий участок забивки 10-метровой длины был сооружен на расстоянии 200 м от взрывной камеры. Там располагались три приборных бокса с измерительной аппаратурой. Также по всей штольне были размещены и другие измерительные приборы.

Эпицентр обозначался красным флагом, расположенным на поверхности горы, прямо над камерой взрыва. Подрыв заряда осуществлялся автоматически с командного пульта, находившегося на расстоянии 5 км от устья штольни. Здесь же размещалось сейсмическое оборудование и аппаратура для регистрации электромагнитного излучения от взрыва.

Испытание

В назначенный день с командного пульта был подан радиосигнал, включающий сотни приборов различного типа, а также обеспечивавший подрыв самого ядерного заряда.

В результате на месте взрыва образовалось пылевое облако, вызванное камнепадом, а поверхность горы над эпицентром поднялась на 4 м.

Никакого выхода наружу радиоактивных продуктов не наблюдалось. После взрыва вошедшие в штольню дозиметристы и рабочие обнаружили, что участок штольни от устья до третьей забивки и приборные боксы не разрушены. Радиоактивного заражения также зафиксировано не было.

6 ноября 1971 года на безлюдном острове Амчитка (Алеутские острова, Аляска) был приведен в действие 5-мегатонный термоядерный заряд Cannikin — самый мощный за всю историю подземных взрывов. Испытание было проведено США с целью изучения сейсмических эффектов.

Последствием взрыва стало землетрясение в 6,8 балла по шкале Рихтера, вызвавшее поднятие грунта на высоту около 5 метров, крупные обвалы на береговой линии и сдвиги пластов земли по всему острову площадью 308,6 км.

Мирные взрывы

С 1965 по 1988 год в СССР действовала программа мирных ядерных взрывов. В рамках секретной «Программы №7» было произведено 124 «мирных» ядерных взрыва, 117 из них проводились вне границ атомных полигонов, причем с помощью подрывов ядерных зарядов ученые решали только народно-хозяйственные задачи. Так, ближайший к Москве ядерный взрыв был произведен в Ивановской области.

Вот тут мы подробнее обсуждали

Первые два взрыва, на поверхности земли и под ней на глубине 5 м, состоялись в ходе операции Buster-Jangle 19 и 29 октября 1951 года. Тогда исследовался поражающий эффект от воздействия таких взрывов. Первым "настоящим" подземным испытанием был Plumbob Rainier - 19 сентября 1957 года на глубине 290 м подорван заряд в 1.7 кт. В сентябре 1961 - апреле 1962 прошла первая "подземная" операция Nougat. В СССР первое подземное испытание состоялось 11 октября 1961 года. С 1962 года дальнейшие испытания происходили исключительно под землей.

Образование кратера.

В результате подземного взрыва возможны различные варианты образования кратера, в зависимости от глубины залегания и мощности заряда. Например, при большой мощности заряда может появляться классический воронкообразный кратер.
Испытание Sedan, США 1962 год. Глубина - 200 м, мощность - 104 кт. Взрыв извлек около 8 миллионов тонн грунта, образовав кратер 410 м шириной, 100 м глубиной.

Испытание в СССР Чаган, 1965 год. Глубина - 178 м, мощность - 140 кт. Кратер диаметром 408, глубиной 100 метров. На месте кратера позднее образовалось озеро.

Либо может появится кратер из просевшего грунта, если глубина залегания окажется достаточно большой.
Взрыв на поверхности земли образует очень небольшой кратер, в основном за счет спрессовывания земли ниже эпицентра. В этом случае большая часть энергии рассеивается в атмосфере, за счет ее отражения от земли. Уже при небольшой глубине взрыва образуется больший и более глубокий кратер. Это происходит из-за отражения части энергии от верхних слоев грунта и выбросу размельченной земли горячими газами вверх и в стороны от воронки.

От глубины залегания зависит и количество грунта, выброшенного из кратера. С ростом массы подбрасываемой вверх земли уменьшается горизонтальная составляющая скорости ее движения, т.о. большая часть грунта опадает обратно в кратер. На некоторой глубине, называемой оптимальной глубиной залегания (ОГЗ), достигается наилучший компромисс между выбросом и возвратом грунта - тогда кратер достигает максимальной глубины. Глубина такого залегания находится в зависимости от типа почвы и колеблется для заряда в 1 кт от 50 м для осадочных пород до 43 м для каменистой почвы.

Развитие взрыва на ОГЗ проходит следующим образом.

Изначально формируется начальная полость и ударная волна распространяется к поверхности и во все стороны. Как только она достигает поверхности, земля немедленно начинает подниматься вверх и начинает тут же тормозится под влиянием гравитации. Так как поверхность земли находится под атмосферным давлением, давление в ударной волне падает практически до нуля и в землю уходит волна разряжения. Двигаясь в земле, волна разряжения создает в ней напряжение до тех пор, пока не превысится порог прочности грунта, тогда пласты его отделяются и взлетают вверх.

Для взрыва Sedan ударная волна достигла поверхности через 240 мс, к этому времени ее скорость снизилась до 32 м/с, полость в это время расширилась до радиуса 55 м. Волна разряжения достигла полости через 450 мс после взрыва.
Сброс давления совместно с прохождением волны разряжения позволяют раскаленному газу в полости взрыва ускорить свое расширение. Давление газа через 1.3 с прекращает оседание почвы и приводит к ускорению ее до скорости 40 м/с в течении 2 с. Несколько сотен миллисекунд позднее купол земли растягивается до своего предела и измельчается, позволяя газам под большим давлением заполнить себя. Еще через несколько сотен миллисекунд газы выходят из купола, увлекая за собой измельченную землю, образуя видимый взрыв. Через несколько секунд подлетевшая вверх почва начинает осаждаться вниз, обратно в воронку, остальной грунт продолжает подниматься высоко вверх. Наибольший кратер образуется когда измельчение и газовое расширение вносят равные вклады или из-за свойств почвы преобладает расширение газа.
Взрыв на больших глубинах может не вызвать выброса грунта из кратера, дело ограничивается лишь поднятием почвы на краях кратера либо образованием просевшего кратера.

Существенное влияние оказывает здесь тип и структура грунта. При осадочных и песчаных породах, на определенных глубинах, поверхность земли остается вообще неизмененной. Если взрыв происходит в скальных породах, находящихся под слоем песка, то полость, образовавшаяся после взрыва, заполняется, оставляя на поверхности просевший кратер. Возможна и обратная ситуация, когда плотно утрамбованные скалы разрушаются и увеличиваются в объеме, образуя на земле холм из каменной крошки.
Дальнейшее увеличение глубины способствует поглощению выделившейся энергии и уменьшает образование шахты из измельченного грунта. Во время взрыва образуется полость, раскаленная до нескольких тысяч градусов. В это время на поверхности возникает небольшой холм. В течении 5-10 минут температура падает до тысячи градусов, давление внутри полости уменьшается, и полость засыпается землей, холм при этом может осесть и смениться просевшим кратером.

На больших глубинах поверхность земли не может внести вклад в образование полости, поэтому она получается круглой и симметричной. Примерно после 1 мс, полость раздувается до 10 м, сбрасывая давление до миллиона атмосфер. После этого происходит разделение границ полости и фронта ударной волны (она уходит вперед со скоростью 5 км/с). Расширение продолжается до тех пор, пока давление газов не уравняется с давлением в окружающих скалах (для глубины 800 м это примерно 45 м). Температура к тому моменту снижается до нескольких тысяч градусов и внутри находится значительный слой расплавленных скал, в котором остается большинство труднолетучих радиоактивных изотопов.

На средних глубинах давление, развиваемое верхними пластами, ограничено, что позволяет ударной волне образовывать большое количество раздробленных скал, имеющих больший объем по отношению к цельным пластам. Таким образом, измельченная порода засыпает первоначальную полость до тех пор, пока это увеличение объема не сравняется с объемом исходной полости. Если взрыв в таких условиях производится на небольшой глубине, на поверхности образуется поднятие. Дальнейшее углубление места нахождения заряда ведет к появлению просевшего кратера. При некоторой критической глубине количество увеличившейся в объеме земли будет соответствует размеру полости. Еще глубже все изменения останутся внутри земли. Растет давление вышележащих скал и из-за этого размеры шахты из раздробленного камня сокращаются. Наконец, глубоко под землей, остается лишь сферическая область, заполненная обломками породы.

Обычно, образовавшиеся внутри земли полости долго не существуют и довольно быстро засыпаются верхними слоями грунта. Однако бывают и исключения из этого, как эта, оставшаяся после теста Nougat Gnome (3 кт, 380 м).

Проникающие в землю бомбы.
Для уничтожения хорошо укрепленных подземных объектов (ракетные шахты, бункера) взрыв в воздухе малопригоден. Так, при мощности 20 кт и высоте 30 м, образуется кратер лишь 2 м глубиной. Подобный же взрыв, но на глубине десяти метров создаст кратер сорокаметровой глубины. Подземный взрыв, даже произведенный на небольшой глубине, передает почти всю свою энергию в ударную волну в земле.
Ясно, что для проникновения в землю, бетон корпус бомбы должен быть длинным, узким и очень твердым. Начинка бомбы тоже должна обладать изрядной прочностью, чтобы не разрушится от перегрузок при ударе. Пушечная урановая схема построения заряда очень хорошо приспособлена к этим требованиям, имея маленький поперечный диаметр и будучи устойчивой к сильным ударам. Это главная область применения пушечного дизайна, использованная в проникающих бомбах Mk-8 "Elsie" и Mk-11.
В настоящее время в США находятся на вооружении термоядерные проникающие бомбы B61-11. Созданные на основе заряда B61-7, помещенного в прочный стальной корпус. Глубина их внедрения в землю - 6-7 метров.