Ядерные испытания Технологии ядерных испытаний Ядерное разоружение Чернобыльская катастрофа Чернобыль как это было Тоцкие войсковые учения

Ядерное оружие - огромная угроза всему человечеству. Ученые считают, что при нескольких крупномасшабных ядерных взрывах, повлекших за собой сгорание лесных массивов, городов, огромные слоя дыма, гари поднялись бы к стратосфере, блокируя тем самым путь солнечной радиации. Это явление носит название “ядерная зима”. Зима продлится несколько лет, может даже всего пару месяцев, но за это время будет почти полностью уничтожен озоновый слой Земли. На Землю хлынут потоки ультрафиолетовых лучей. Моделирование данной ситуации показывает, что в результате взрыва мощностью в 100 Кт температура понизится в среднем у поверхности Земли на 10-20 градусов. После ядерной зимы дальнейшее естественное продолжение жизни на Земле будет очень проблематичным.

Ядерные испытания в СССР Оглавление



ГЛАВА 1

ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И СОЗДАНИЕ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ СССР


1.2   СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ И ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СССР

Ядерные испытания являются составным элементом технологии создания ядерного оружия, в которую входит:

Кроме того, проведение ядерных испытаний для отдельных образцов ЯЗ связано:

Ниже рассмотрены некоторые конкретные задачи развития ядерного оружия и их связь с ядерными испытаниями. Специфика проблемы не позволяет дать ее полный анализ в открытом изложении, поэтому затронуты только отдельные вопросы, изложение их ограничено, конкретные примеры относятся в основном к периоду атмосферных испытаний.


ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЯЗ

Проектирование ЯЗ, являющееся отправным элементом создания нового вида ядерных зарядов или модернизации ранее разработанных ЯЗ, неразрывно связано с ядерными испытаниями. Эта связь определяется накопленным практическим опытом разработки ядерных зарядов различных типов, развитием системы физико-математического моделирования процессов, происходящих в ЯЗ, и степенью адекватности расчетных параметров результатам ядерных испытаний. Уровень достоверности и универсальности системы физико- математического моделирования является одним из ключевых элементов в технологии создания ЯЗ. Это качество определяется, с одной стороны, уровнем развития собственно физических моделей и возможностями вычислительной техники, с другой - объемом проверки их выводов в разнообразных ситуациях, складывающихся в конкретных ядерных испытаниях. В этом плане каждое ядерное испытание (удачное или неудачное испытание конкретного ЯЗ) вносит свой вклад в общую технологию проектирования ядерного оружия, хотя размер и значение этих вкладов могут существенно варьировать для различных экспериментов. Очевидно также, что достаточность развитой системы проектирования ЯЗ зависит и от конкретного характера решаемых задач. По мере накопления экспериментального опыта и совершенствования моделей система проектирования может в ряде вопросов заменять ядерные испытания. Конкретные характеристики развитой системы проектирования ЯЗ, особенности боеприпасов созданного ядерного арсенала, характер возможных изменений технологии производства и эксплуатации, предъявляемые требования к ЯЗ определяют возможности поддержания созданного ядерного арсенала и разработки новых видов ЯЗ в условиях запрещения (моратория) ядерных испытаний.


ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И РАЗРАБОТКА ЯДЕРНЫХ ЗАРЯДОВ

На первых этапах ядерных программ США и СССР работы в практическом плане были направлены на улучшение массогабаритных характеристик этих зарядов, более эффективное использование делящихся материалов, повышение стабильности параметров ЯЗ в различных ситуациях. Эти работы были связаны с проведением значительного количества ядерных испытаний, в которых апробировались конкретные технические решения перечисленных вопросов.

Конечно, для того времени проведение данных экспериментов было целесообразно и оправдано. Вместе с тем не вызывает сомнений и то, что в данное время системы проектирования многих подобных ЯЗ достаточны для разработки аналогов таких зарядов без ядерных испытаний.

Ядерные испытания, проводившиеся в рассматриваемых целях, предоставляли конкретную информацию в отношении энерговыделения ядерного взрыва, параметров нейтронного и гамма-излучений, сопровождающих деление ядер, и тем самым позволяли тестировать и развивать наряду с лабораторными экспериментами систему проектирования ЯЗ.


ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ, ПЛУТОНИЙ И ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Одной из общих черт развития ядерного оружия СССР и США является то, что оба государства создали свои системы ядерных вооружений на основе плутония как определяющего делящегося материала первичных модулей и автономных ЯЗ. Использование плутония позволило, благодаря его высоким нейтронно-размножающим свойствам, достигнуть существенного продвижения в таких параметрах, как габаритно-массовые параметры ЯЗ, отношение "энерговыделение/масса", и адаптировать ядерное оружие для целей различных видов вооруженных сил. Вместе с тем этот подход обусловил проблему аварийной радиационной взрыве - безопасности ЯЗ, связанную с опасностью загрязнения окружающей среды активностью плутония при авариях с ЯЗ, и привел к значительному развитию радиационно-опасных технологий, связанных с производством, выделением и обработкой плутония. При этом необходимо иметь в виду, что в том случае, если бы не удалось получить такой материал, как плутоний, системы ядерного оружия США и СССР, конечно, были бы созданы, хотя история их развития и характеристики были бы, несомненно, другими.

В подавляющем большинстве ядерных испытаний определялись параметры, характеризующие эффективность сжатия плутония, входящего в состав ЯЗ, а также влияние на нее различных изменений, вносимых в схему отдельных конкретных зарядов. Эти исследования, а также гидродинамические лабораторные эксперименты, гидроядерные эксперименты и нейтронно-физические эксперименты с критическими сборками позволили создать достаточно информативную картину поведения блоков с плутонием в различных условиях его взрывного нагружения, характерных для ядерных зарядов.


СОЗДАНИЕ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ И ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Фундаментальный шаг в развитии ядерных вооружений был сделан при переходе к созданию двухстадийных ЯЗ, в которых второй модуль работает в условиях имплозии, определяемой взрывом первичного модуля. Прорыв в этом направлении был реализован в США в эксперименте Mike (31.10.52 г.) и в серии испытаний операции Castle (1954 г.), а в СССР в эксперименте 22 ноября 1955 года с ЯЗ РДС-37. Этот шаг привел к существенному повышению абсолютного и удельного энерговыделения ядерного оружия и резкому увеличению мегатоннажа ядерных арсеналов.

Так, например, мегатоннаж ядерного арсенала США возрос в 1957 году по сравнению с 1953 годом в 240 раз (с ~73 до ~17500 Мт). Именно на этой стадии развития ядерных арсеналов возникла проблема глобальной экологической катастрофы в случае широкомасштабного ядерного конфликта.

Следует отметить существенные различия в характеристиках первых двухстадийных ядерных устройств, созданных в СССР и США.

Необходимо отметить также достаточно приближенный уровень предсказания энерговыделения первых термоядерных взрывов.

Практическое развитие разработка РДС-37 получила в экспериментах 30 августа и 17 ноября 1956 г., в которых было реализовано энерговыделение Е=0,9 Мт, и далее в ядерном испытании 6 октября 1957 г., в котором было реализовано энерговыделение Е=2,9 Мт.

Проведенные испытания хорошо иллюстрируют также достаточную приближенность развитой к тому времени системы проектирования ЯЗ в отношении процессов, характеризующих работу двухстадийных термоядерных зарядов. Роль ядерных испытаний (помимо собственно аттестации параметров новых разработок) состояла в накоплении информации, необходимой для совершенствования физико-математических моделей, определении ключевых элементов и создании адекватной системы проектирования подобных ЯЗ.

Типичным видом работ по совершенствованию ядерных зарядов были разработки, связанные с повышением параметров удельного энерговыделения ЯЗ. В ядерных испытаниях 27 февраля и 12 октября 1958 г. был проверен ядерный заряд, который являлся непосредственным развитием схемы ЯЗ РДС-37: этот заряд характеризовался отношением L/D = 1,5 при абсолютном уровне энерговыделения, близком к РДС-37.

Следующий шаг в разработке ЯЗ этого класса был сделан в ядерных испытаниях 23 февраля и 24 октября 1958 г. В этом случае отношение L/D= 2,2 - 2.

По сравнению с рассмотренной выше разработкой при близком (и несколько большем) значении E/G была существенно повышена удельная характеристика E/Vо(в 2,1-2,4 раза). Эта разработка явилась стартом для развертывания широкого фронта работ по созданию и испытанию различных конкретных ЯЗ аналогичного типа.

Следует отметить, что аналогичная деятельность проводилась примерно в это же время и в США. В серии испытаний 1956 года (Eri-Dacota) в США был разработан термоядерный заряд мегатонного класса (Е = 1,1 Мт) с отношением L/D= 2,9 и параметрами E/G = 1,15-1,3 Мт/т, E/Vо = 3,7 Мт/м3. По сравнению с удельными характеристиками зарядов предыдущего поколения (Cherokee)при существенно меньшей абсолютной мощности (в ~3,5 раза) была сохранена удельная мощность E/G, в ~2 раза увеличена удельная мощность E/Vо и существенно уменьшено отношение L/D (с ~3,9 до ~2,9).

Очевидно, что радикальное изменение конструкции ЯЗ потребовало развития системы проектирования ЯЗ и ее калибровки в проводившихся ядерных испытаниях.


СВЕРХМОЩНЫЕ ТЕРМОЯДЕРНЫЕ ЗАРЯДЫ И ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Одним из характерных направлений развития термоядерного оружия в рассматриваемое время было создание мощных термоядерных зарядов и совершенствование их удельных показателей.

Наиболее мощным ядерным испытанием США было испытание Bravo 28 февраля 1954 г. с энерговыделением Е = >15 Мт.

Через 4 года в испытании Oak был испытан мощный термоядерный заряд с удельным энерговыделением, в 2,3 раза превышающим характеристики устройства Bravo.

Характерным примером параметров сверхмощных ядерных зарядов СССР является результат, полученный в опыте 27 сентября 1962 г., с абсолютным энерговыделением более 10 Мт. По сравнению с параметрами устройств в экспериментах 23 февраля и 24 октября 1958 г. параметр Е/М возрос в 3,5 - 4 раза, а параметр E/V - в 3 - 3,3 раза.

Рекордные характеристики по абсолютному энерговыделению были достигнуты в опыте СССР 30 октября 1961 г. с мощностью взрыва Е = 50 Мт, в котором проверялся в неполномасштабном испытании ЯЗ с номинальным энерговыделением Е = 100 Мт. Эксперимент подтвердил номинальные характеристики заряда.

Реализация подобных высоких характеристик стала возможной в результате накопленного опыта и совершенствования системы проектирования ЯЗ.

При разработке данного ЯЗ отмечалось, что его успешное испытание откроет путь к созданию ядерного оружия практически неограниченной мощности. По-видимому, в 1961 году эта возможность представлялась актуальной для системы ядерных вооружений СССР. В то же время следует отметить, что рассматриваемый сверхмощный заряд ни в номинальном варианте (Е = 100 Мт), ни в испытательном (Е = 50 Мт) - никогда не входил в ядерный боезапас СССР. Соответственно и это направление работ не получило дальнейшего развития. Ядерная программа СССР пошла по другому пути.

Отметим также, что проведение ядерного испытания 30 октября 1961 г. с энерговыделением Е = 50 Мт, в котором было радикально сокращено значимое экологическое воздействие взрыва, явилось крупным достижением технологии ядерных испытаний СССР, созданной к тому времени.

Разработка сверхмощных термоядерных зарядов рассматривалась как важная задача для обоих ядерных институтов СССР. Рассмотренные выше разработки ядерных зарядов, испытанных 30 октября 1961 г. и 27 сентября 1962 г., проводились во ВНИИЭФ ( Арзамас-16).

В качестве примеров разработок сверхмощных зарядов, проводившихся ВНИИТФ (Челябинск-70), можно привести устройства, испытанные 25 сентября и 24 декабря 1962 г. В первом случае проводилось испытание заряда, близкого по характеристикам к заряду ВНИИЭФ, испытанному 27 сентября 1962 г. Сравнение показывает, что это были, по-существу, дублирующие разработки.

В эксперименте 24 декабря 1962 г. проводилось испытание сверхмощного заряда с номинальным энерговыделением около 50 Мт в условиях неполномасштабного взрыва с примерно в два раза сниженной мощностью. Испытание подтвердило ожидаемые характеристики заряда. Отметим, что в испытательном варианте, представляющем собой заряд повышенной чистоты, собственно ядерное энерговыделение было невелико.

Характерным видом работ при разработке термоядерных зарядов большой мощности для США было создание ЯЗ повышенной чистоты, в которых вклад ядерного энерговыделения в полную мощность взрыва существенно снижался.

Первое испытание в этих же целях было проведено в СССР 20 октября 1958 г. на полигоне на Новой Земле в модификации ранее испытанного "грязного" двухстадииного заряда. Уровень ядерного энерговыделения, достигнутый в разработке, составил незначительную часть полной энергии, однако, при этом полное энерговыделение существенно уменьшилось по сравнению с базовым зарядом.

К данным разработкам примыкает рассмотренный выше заряд, испытанный 30 октября 1961 г., с энерговыделением Е = 50 Мт, в котором доля собственно ядерного энерговыделения была невелика.

При рассмотрении вопросов, связанных с практическим значением использования зарядов повышенной чистоты для военных целей, важное значение имели результаты атмосферных испытаний, которые характеризовали радиационную обстановку в районе эпицентра взрыва и на следе радиоактивного облака в зависимости от высоты (приведенной высоты) взрыва.

При анализе вопросов определения возможного уменьшения активности взрывов исследовалось влияние наведенной активности, связанной с нейтронной активацией элементов конструкции термоядерного боеприпаса.

Определенное различие в подходах разработчиков двух стран было обусловлено тем, что полный мегатоннаж ядерного арсенала СССР в то время был далек от того уровня, когда он мог представлять глобальную угрозу для среды обитания в случае широкомасштабного ядерного конфликта. Работы США в этом направлении, по-видимому, были связаны с поисками удовлетворительного решения данной проблемы, которая была актуальна в связи с большой величиной мегатоннажа ядерного арсенала США.


ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МЕГАТОННАЖ БОЕПРИПАСОВ И ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОГО РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

Ядерные испытания позволили существенно развить представления о составе и количестве радионуклидов, нарабатываемых в ядерных и термоядерных взрывах, характере переноса и выпадения радиоактивности в различных зонах, прилегающих к району взрыва, и глобальном радиоактивном загрязнении среды обитания. Приведем ряд оценок глобального радиоактивного загрязнения, к которому могло бы привести использование ядерного арсенала США (мегатоннаж ~20000 Мт) того времени в масштабной ядерной войне.

Удельная наработка активности продуктов деления 238U к характерному моменту t ~ 30 сут, который может определять начало глобального выпадения активности, произведенной рассматриваемыми взрывами, составляет Со = 2,3*105 Ки/кт (по делению), а совокупная наработка активности продуктов деления к этому времени может быть оценена в СΣ = 2,3*1012 Ки. При равномерном распределении этой активности по поверхности земного шара ее плотность составит q = 4,5*103 Ки/км2. Интенсивность гамма-дозы, создаваемой этой активностью, может быть оценена на уровне Dγ = 0,85 Р/сут (∆t= 30 сут), а интегральная поглощенная доза за все время после выпадения активности может составить = 15 - 40 Р (в зависимости от времени выпадения активности на данной территории (но не ранее 30 сут. после производства взрывов) и от скорости заглубления активности в грунт).

Глобальное радиоактивное загрязнение среды обитания связано также с наработкой активности плутония, трития и радиоуглерода 14 С.

Исходя из удельной наработки активности плутония в термоядерных зарядах (в основном 239Рu и 240Рu) в Со= 103 Ки/Мт, получим оценку возможной интегральной наработки активности плутония при подрыве ЯЗ ядерного арсенала США в СΣ=2*107 Ки. При равномерном распределении этой активности по поверхности земного шара ее плотность может быть оценена в q(Pu) = 4*10(- 2) Ки/км2.

При уровне удельной наработки остаточного трития в термоядерных зарядах m= 0,5 - 1 кг/Мт интегральная наработка трития в рассматриваемом случае может быть оценена на уровне mΣ= 9 - 17,5 т с совокупной активностью СΣ(Т) = (0,9-1,75)*1011 Ки. Эта величина превышает в 50-100 раз равновесное естественное содержание трития в гидросфере.

Исходя из величины удельной наработки нейтронов при взрыве термоядерных зарядов в п = 2*1026 нейтр./Мт, в предположении их полного захвата азотом атмосферы, получим оценку возможной наработки радиоуглерода 14 С в рассматриваемом случае на уровне mo = 83 т с совокупной активностью CΣ (14C ) = 3,7*108 Ки. Для сравнения отметим, что эта величина в ~102 раз превышает естественное содержание радиоуглерода в атмосфере и находится на уровне естественного содержания 14С в гидросфере.

Снижение остроты проблемы глобального радиоактивного загрязнения было связано в дальнейшем не с увеличением роли в ядерном арсенале зарядов повышенной чистоты, а с уменьшением совокупного мегатоннажа ядерного арсенала при увеличении общего количества ЯЗ, т.е. с существенным уменьшением типичной мощности ЯЗ, стоящих на вооружении.

Для СССР также характерен этот путь, хотя по сравнению с развитием ядерного арсенала США он проходил в другой отрезок времени.


НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ НАТУРНОЙ ОТРАБОТКИ ЯДЕРНЫХ ЗАРЯДОВ В ПЕРИОД ПРОВЕДЕНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

В рассматриваемый период времени (1949-1962 гг.) был заложен фундамент системы проектирования ядерного оружия, определены основные принципы его создания и развития. Это было сделано в СССР в условиях эффективного развития физических моделей процессов, происходящих в ядерных и термоядерных зарядах, при специфически ограниченных возможностях вычислительной техники и при широком экспериментальном исследовании работы различных образцов ЯЗ в натурных испытаниях.

При разработке ядерных зарядов, первичных модулей двухстадийных термоядерных зарядов можно выделить такие основные направления развития, которые сохранились на долгие годы, как:

  • миниатюризация ядерных зарядов;

  • повышение их живучести в условиях, создаваемых потенциальными средствами противодействия;

  • эффективность использования делящихся материалов;

    • обеспечение необходимой надежности номинальных характеристик.

    Существенное значение играло обеспечение необходимых конструкционных характеристик, связанных с работоспособностью ЯЗ в различных эксплуатационных условиях.

    На этой стадии работ были осознаны проблемы, связанные с обеспечением ядерной взрывобезопасности (ЯВБ) ядерных зарядов в условиях случайных аварийных ситуаций, приводящих к детонации взрывчатых веществ из одной точки подрыва. Первый специальный эксперимент в СССР в этих целях был проведен 26 августа 1957 г.

    Уже в 1954 году было осознано, что неядерный взрыв ядерного заряда сопровождается диспергированием плутония, входящего в его состав, с последующим его выпадением. Первый эксперимент, в котором были получены практические результаты в этом плане, состоялся 19 октября 1954 г., когда произошел непредвиденный отказ ядерного заряда.

    В это время получил распространение подход к конструированию двухстадийных зарядов, когда один и тот же первичный модуль использовался в различных термоядерных зарядах, что позволило существенно повысить эффективность и надежность ядерных испытаний и разработок ядерных зарядов. Эти подходы получили свое развитие в последующие годы.

    Разработка двухстадийных термоядерных зарядов предполагала следующие основные направления их совершенствования:

  • повышение удельного энерговыделения (E/G, E/Vo)

  • уменьшение определяющего диаметра ядерного заряда;

  • обеспечение устойчивого режима работы вторичного модуля;

  • адаптацию к конкретным средствам доставки.

    Здесь также существенное значение имело обеспечение требуемых характеристик в различных эксплуатационных условиях. Важную роль играли вопросы, связанные с поражающими факторами взрыва термоядерных зарядов.

    Создание ядерного оружия в СССР

    В 1990-1992 гг. было проведено целевое обследование территории вокруг Семипалатинского полигона как наземными, так и авиационными техническими средствами, включавшее определение мощности экспозиционной дозы (МЭД), плотности поверхностного загрязнения почвы и растительности радионуклидами, содержания 90Sr и 137Cs в воде; отбирались контрольные пробы аэрозолей из атмосферного воздуха и радона в жилищах. Был выполнен большой объем исследований радиационной обстановки в прилегающих к границам полигона населенных пунктах (Долонь, Кайнар, Саржал, Карааул, Мостик, Майское, Егендыбулак и Чаган)