•использование горного массива как основного защитного барьера и фиксатора активности;

•применение специальных зарядов с образованием минимума биологически опасных радионуклидов;

•управляемость и контролируемость технологии по фактору радиационной опасности. Радиационная безопасность обеспечивалась на всех этапах жизненного цикла существования

объектов, созданных с помощью ядерных взрывов, – при сооружении, освоении, эксплуатации и консервации объектов. Она включала в себя следующие составляющие:

1.Выбор взрывного устройства для конкретной цели и условий, обеспечивающих наименьшее загрязнение радионуклидами недр и продукции.

2.Разработку специальных забивочных комплексов, обеспечивающих безопасность и экономичность последующих операций для всего разнообразия целей и условий взрывов.

3.Выбор глубины заложения заряда, исключающий выход продуктов взрыва в зону свободного водообмена.

4.Проведение радиационного контроля за радиационной обстановкой и дозами облучения.

5.Разработку специальных аварийных сценариев для каждого взрыва и установление соответствующих санитарно-защитных зон.

6.Разработку особой структуры и комплектации выездной службы радиационной безопасности, создание на технологических площадках или вблизи них специальных временных сооружений – лабораторий, коммуникаций связи, санпропускника, пунктов оповещения, индивидуального дозиметрического контроля и охраны санитарно-защитной зоны.

Все мероприятия и средства были рассчитаны на два вида ситуаций – штатную, не предусматривающую выхода радиоактивных продуктов на поверхность, и аварийные ситуации различных типов.

После проведения взрыва при освоении созданного объекта создавалась объединенная служба радиационной безопасности заказчика объекта и профильных организаций Минсредмаша СССР – ВНИПИПромтехнологии и (или) Радиевого института для обеспечения безопасности длительных работ по схеме, принятой для радиационно-опасных объектов.

Для жизнеобеспечения комплекса работ на объекте оборудовались технологические площадки с набором служебных зданий, сооружений, механизмов и оборудования, а также поселок для участников работ и подразделения охраны с соответствующими помещениями для бытового и медицинского обслуживания.

Контроль за соблюдением правил и норм радиационной безопасности и охраны окружающей среды при проведении мирных ядерных взрывов осуществляли органы и представители Минздрава, Санэпиднадзора и Госкомгидромета. За все время осуществления Программы мирных ядерных взрывов не было ни случаев облучения персонала, ни случаев облучения населения свыше установленных норм.

8. СОЗДАНИЕ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ И ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

8.1. Влияние ядерных оружейных программ на развитие фундаментальных исследований

Одним из основных и важнейших влияний программы создания и развития ядерного оружия на фундаментальную науку было развитие ядерно-физических исследований. Атомные проекты различных государств поставили развитие ядерной физики в качестве высокоприоритетной задачи, обеспечив это развитие материально-техническими ресурсами, привлечением первоклассных спе-

циалистов, созданием уникальных лабораторных комплексов. К числу основных направлений ядер- но-физических исследований относились:

•изучение процессов деления ядер, значение которого определялось, с одной стороны, критмассовыми вопросами ядерных оружейных сборок, а с другой стороны, задачами создания ядерных реакторов для наработки плутония;

•изучение процессов взаимодействия нейтронов c веществом в широком плане, которое требовалось, с одной стороны, для решения задач размножения и переноса нейтронов в ядерных и термоядерных зарядах, а с другой стороны, для выбора схем и материалов ядерных реакторов;

•изучение термоядерных реакций, которое получило существенное развитие в связи с задачами бустирования ядерных зарядов и создания термоядерного оружия;

•физика радионуклидов, важнейшим импульсом для развития которой являлось наличие огромного количества радиоактивных изотопов с различными параметрами в составе продуктов деления ядер. Эти исследования стимулировались первоначально задачами, связанными с радиоактивным загрязнением окружающей среды при военном и гражданском применении ядерных взрывов, а также вопросами диагностики ядерных испытаний;

•изучение процессов переноса нейтронов и гамма-квантов в атмосфере, образование и распространение электромагнитного импульса ядерного взрыва;

•создание и развитие сложной специальной аппаратуры, включая ускорительную технику,

специальные виды ядерных реакторов, взрывные установки на основе химических ВВ. Эти работы существенно стимулировали развитие новых исследований в математике, меди-

цине, химии, геологии. К ним, в частности, относились:

•исследование воздействия проникающих излучений и радионуклидов на живые организмы, прежде всего на человека. Важнейшим практическим результатом этих исследований было создание и развитие Норм радиационной безопасности и правил обращения с радиоактивными веществами, которые адаптировали деятельность и поведение человека к совершенно новым условиям;

•исследования химии радионуклидов, которые привели к созданию нового раздела химических наук. Первоначально эти исследования стимулировались такими важнейшими задачами, как выделение плутония из отработанного ядерного топлива и создание на его основе кондиционных оружейных материалов, создание специальных нейтронных источников, извлечение и обогащение урановых и ториевых руд, создание специальных материалов для реакторных технологий и технологий изотопного обогащения урана;

•исследование процессов образования месторождений урана и тория и разработка методов поиска и добычи этих полезных ископаемых;

•создание новых разделов прикладной математики, связанной с решениями уравнений, описывающих процессы в ядерных и термоядерных зарядах и воздействие поражающих факторов ядерного взрыва, а затем создание соответствующего программного обеспечения для ЭВМ.

Кодному из важнейших видов влияния ядерной оружейной программы на другие виды науки

итехники следует отнести стимулирование ею развития ракетных технологий

Велико значение ядерных оружейных программ и для развития электронных технологий. Создание ЭВМ стимулировалось необходимостью решения сложных физико-математических задач работы ядерных зарядов. Как известно, до сих пор одним из основных потребителей супер-ЭВМ является ядерно-оружейный комплекс. С другой стороны, создание ядерного оружия стимулировало развитие систем автоматики различных типов ядерных боеприпасов и средств доставки ядерного оружия, которые должны были удовлетворять специальным требованиям. Развитие средств противодействия ядерному оружию также содействовало развитию электронных технологий, созданию специальных систем управления, обеспечению их устойчивости и т.д. К этому же комплексу вопросов примыкало и такое направление, как развитие лазерных технологий в военных целях, в частности, для поражения баллистических ракет.

Этот перечень можно продолжать и далее. Существенно то, что ядерные оружейные программы являлись средством, которое реально способствовало развитию новых научных отраслей и новых видов техники. Эти исследования сначала были по существу работами «двойного назначения», так как, с одной стороны, они выполняли «узкий заказ» ядерной оружейной программы, а с другой стороны, вносили реальный вклад в развитие научно-технического прогресса. Многие из них дали уникальные результаты и существенно повлияли на развитие нашей цивилизации.

Эти вопросы выходит далеко за пределы тематики данной книги и требуют отдельного комплексного рассмотрения. Далее в этом разделе мы рассмотрим ряд конкретных «узких вопросов».

Высокая концентрация энергии при ядерном взрыве позволила проводить исследования в области физики сверхсильных ударных волн и плотностей энергии, а интенсивные потоки излучений открыли интересные перспективы ядерно-физических экспериментов. Ядерный взрыв – это уникальный источник для изучения многих явлений в различных областях физики.

Несомненно, что фундаментальные научные результаты были получены прежде всего непосредственно при решении оружейных задач. К ним относятся такие широко известные достижения, как:

•имплозивное сжатие различных типов конфигураций;

•обеспечение термоядерного горения тритий-дейтериевой смеси в первичных ядерных зарядах (бустерное горение);

•обеспечение высоких концентраций энергии в процессе ядерного взрыва, достаточных для того, чтобы основная часть энерговыделения трансформировалась в энергию излучения;

•использование энергии ядерного взрыва первичных ядерных зарядов для сжатия и зажигания вторичных модулей двухстадийных термоядерных зарядов (радиационная имплозия);

•обеспечение под действием радиационной имплозии зажигания и горения вторичных модулей, не содержащих делящиеся вещества, представляющее собой практическую реализацию термоядерного горения плазмы с инерционным удержанием;

•трансмутация изотопов в мощных нейтронных полях;

•решение проблемы обеспечения гидродинамической устойчивости сжатия каскадных систем в условиях существенно асимметричного поля давлений;

•создание уникальных физико-математических моделей, адекватно описывающих разнообразные процессы, протекающие в ядерных и термоядерных зарядах;

•создание базы данных, описывающей параметры вещества и его взаимодействие с излучением и нейтронами в экстремальных условиях ядерного и термоядерного взрыва;

•проведение уникальных исследований по определению параметров поражающих факторов ядерных и термоядерных зарядов и их воздействию на различные объекты;

•создание специальных методик, адекватно описывающих воздействие поражающих

факторов ядерного взрыва на различные объекты.

Вся эта проблематика относится к закрытой сфере деятельности. В то же время при разработке и испытаниях ядерного оружия проводился целый ряд научных исследований, которые выходили за рамки сферы военных применений. К ним относятся:

•использование ударных волн подземных ядерных взрывов для исследования ударной сжимаемости конденсированных веществ;

•измерения свечения и скорости воздушных ударных волн при подземном ядерном взрыве;

•использование ядерного взрыва как источника накачки лазеров для исследований лазерного термоядерного синтеза;

•измерение нейтронных сечений при ядерных взрывах;

•изучение возможности получения сверхвысоких магнитных полей при ядерном взрыве;

•исследования вопросов взрывной дейтериевой энергетики.

Квопросам использования ядерных взрывов для решения фундаментальных задач относятся,

вчастности, такие проблемы, как:

•возможность использования ядерных взрывов для управления погодой;

•нейтринные измерения в подземном ядерном взрыве;

•возможность снятия накапливающихся напряжений в земной коре подземными ядерными взрывами;

•возможность применения ядерных взрывных технологий для решения проблемы защиты Земли от опасных космических объектов.

8.2.Фундаментальные исследования в подземных ядерных испытаниях

Фундаментальные исследования в подземных ядерных экспериментах проводились, как правило, в виде вспомогательной (попутной) программы наряду с основной программой конкретного испытания. Они были направлены на исследования самых разных вопросов, начиная от проблемы инерциального термоядерного синтеза до исследования различных свойств веществ.

Как отмечалось выше, фундаментальные проблемы обеспечения зажигания термоядерного горючего в модулях стадийных зарядов без использования в них делящихся материалов были решены в период проведения воздушных ядерных испытаний. Эти решения открыли различные пути проведения исследований особенностей работы и совершенствования термоядерных зарядов и, в частности, оказали существенное влияние на разработку «чистых» промышленных зарядов.

На протяжении всего периода подземных ядерных испытаний в СССР одним из их основных типов было проведение ядерных взрывов в штольнях. Довольно часто ядерные заряды размещались в подземных камерах (боксах) значительных объемов. Часть энергии взрыва выходила из ЯЗ в виде теплового рентгеновского излучения, которое заполняло объем бокса. В ряде случаев температура в боксе составляла 0,1–0,4 кэВ. Такие температуры сегодня достигаются внутри корпусов (диаметром менее 2 мм) мишеней лазерного термоядерного синтеза. Это излучение частично испаряет углерод (или бериллий) на поверхности сферических термоядерных капсул, размещаемых внутри корпуса, что позволяет в математических расчетах сжать и зажечь термоядерную смесь внутри капсулы.

В 1964 году Б.Д. Бондаренко и В.Н. Михайлов предложили использовать в исследовательских целях тепловое рентгеновское излучение, удерживаемое в боксах после ядерного взрыва.

Эту энергию можно было использовать, как для сжатия термоядерных устройств, аналогичных современным капсулам лазерного термоядерного синтеза, так и для прогрева плоских пластин, размещаемых на поверхности бокса, с целью исследования пробегов излучения в различных материалах и их уравнений состояния.

Для изучения пробегов излучения, по предложению А.Д. Сахарова еще в 1957 году, был поставлен специальный эксперимент. Опыт показал на необходимость тщательного учета дискретнодискретных переходов при расчете пробегов излучения. Использование в текущих полигонных испытаниях попутных возможностей, связанных с условиями в боксах в исследовательских целях, позволило значительно увеличить объем физических исследований поведения вещества при высоких давлениях и температурах.

Несмотря на объективные трудности проведения таких физических исследований, в ряде опытов были получены интересные результаты, которые полезны, в частности, для понимания работы термоядерных мишеней лазерного термоядерного синтеза.

Интересные научные результаты были получены в 1969 году. Рядом с ядерным устройством размещалось термоядерное устройство, не содержащее материалов, способных перейти через критическое состояние.

Устройство было разработано Ю.Н. Бабаевым, А.И. Ивкиным, Л.С. Мхитарьяном, С.А. Холиным (РФЯЦ-ВНИИЭФ).

После взрыва ядерного заряда температура в боксе повышалась до 0,33 кэВ на поверхности устройства. Максимальное значение температуры от минимального отличалось на 2%.

К моменту прихода ударной волны, образованной прогревом энергией теплового излучения ядерного заряда, ударная волна от взрыва ВВ успела сжать термоядерную смесь в 60 раз. Еще в 100 раз термоядерная смесь была сжата за счет процесса радиационной имплозии.

Полное сжатие термоядерной смеси в эксперименте составило более 6000. Факт успешного срабатывания термоядерного устройства был зафиксирован независимыми методами.

Штольня, в которой проводилось испытание, была приспособлена к отбору радиохимических проб. Измеренное отношение изотопов золота Au-199/Au-198 соответствовало нейтронному потоку

2,8 1024 нейтрон/см2. Золото размещалось на внешней поверхности термоядерной смеси, где нейтронный поток был в четыре раза меньше среднего значения.

Успешное срабатывание этого термоядерного устройства показало, что совокупность принятых мер обеспечила симметричное сжатие и горение термоядерной смеси в столь сложной конструкции и подтвердило принципиальную возможность зажигания термоядерной смеси при аналогичных сжатиях в капсулах инерционного термоядерного синтеза.

С целью изучения влияния асимметрии на сжатие термоядерной мишени проводились эксперименты с размещением имитаторов мишеней вне ядерного заряда. Наиболее удачный опыт был проведен в 1982 году по предложению А.В. Карельского, А.И. Харченко, С.А. Холина.

Вне ядерного заряда размещались две пары мишеней. В составе каждой пары была сферическая и несферическая мишень. Несферическая мишень отличалась от сферической особенностями с целью имитации неравномерности нагрева и разнодинамичности движения оболочки при облучении 12 лучами лазерной установки. Друг от друга пары отличались диаметром полости. Диаметр меньшей пары был примерно в 25 раз больше диаметра мишени, которую предполагалось использовать в случае успешной реализации работ по проблеме лазерного термоядерного синтеза. Различие в размерах компенсировалось более медленным нарастанием температуры в боксе по сравнению с длительностью лазерного импульса.

Вмишени меньшего диаметра сжатие термоядерной смеси достигло 700, в мишени большего диаметра – 2200. Опыт ставился так, что зажигания термоядерной смеси не происходило. В этом случае обостряется зависимость температуры от асимметрии сжатия.

Вопыте в паре мишеней меньшего диаметра выход нейтронов из асимметричной мишени оказался в 11 раз меньше, чем из симметричной, а в паре мишеней большего диаметра – в 18 раз меньше. Это означало, что введенная асимметрия была эквивалентна снижению максимума температуры термоядерной смеси в 1,4 и 1,5 раз, соответственно.

Для физических исследований использовался не только объем бокса, но и его поверхность.

В1965 году В.Н. Михайлов и С.А. Кучай предложили технологию, которая позволяла судить

овеличине пробега излучения в различных материалах при температуре менее 0,4 кэВ.

Впоследующих экспериментах 1970–1983 годов использовалась постановка экспериментов со значительной общей толщиной пакета пластин, как в специализированном опыте 1957 года.

А.Д. Сахаровым было предложено измерять пробеги излучения по времени прохождения

ударной волной толстых образцов, прикрытых исследуемым материалом, прогреваемым излучением. Им было показано, что поток энергии Q в образец зависит от пробега излучения L как Q ~ L1/3, а

так как время прохождения ударной волны τ зависит от Q как τ ~ Q–1/2, то τ зависит от пробега L как τ ~ L–1/6. Используя эти зависимости, можно измерять отношения пробегов. Постановка опытов по измерениям пробегов излучения и уравнениям состояния была сформулирована А.И. Харченко и С.А. Холиным. Измерения проводились группой И.Ш. Моделя.

Результаты измерений позволили оценить отношения пробегов излучения при температуре Т ~ 0,3 кэВ в веществах, используемых в исследованиях по инерционному термоядерному синтезу. Это были углерод, кислород, кремний, медь и золото. Отношения пробегов измеряются точнее самих значений побегов, так как при этом сокращаются систематические ошибки, привносимые моделями уравнения состояния вещества, а также неточности в значении температуры на поверхности образцов. Одним из видов мишени непрямого лазерного термоядерного синтеза содержит корпус из золота с отверстиями для запуска лазерных лучей и углеродную капсулу внутри, содержащую термоядерную смесь.

Вопрос о допустимом уровне асимметрии поля температуры и приемах ее компенсации является центральнымдлялазерноготермоядерногосинтеза, таккакотегорешениязависитстоимостьустановки.

Одновременно с пробегами излучения изучались уравнения состояния ряда веществ. С этой целью со стороны регистратора размещались разные пластины при одинаковом наборе пластин со стороны бокса. Экспериментальные времена распространения ударной волны по этим наборам пластин в пределах точности измерений совпали с расчетными значениями, полученными при использовании стандартных уравнений состояния.

Прекращение испытаний затормозило научные исследования в области физики высоких давлений и температур. Остановились исследования пробегов излучения и уравнений состояния.