Ядерные испытания Атмосферные ядерные взрывы ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ЯВ ВЗРЫВ НА НЕВАДСКОМ ПОЛИГОНЕ ВЗРЫВ НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ ПОЛИГОНЕ ПОЛИГОН «НОВАЯ ЗЕМЛЯ»

Согласно Договору, каждое из государств - участников Договора, обладающих ядерным оружием, обязуется не передавать кому бы то ни было это оружие или другие ядерные устройства, а также контроль над ними ни прямо, ни косвенно; равно как и никоим образом не помогать, не поощрять и не побуждать какое-либо государство, не обладающее ядерным оружием, к производству или приобретению каким-либо иным способом ядерного оружия или других ядерных взрывных устройств, а также контроля над ними

Ядерные испытания в СССР Оглавление


ГЛАВА 3

СОВЕТСКО-АМЕРИКАНСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ И НЕВАДСКОМ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ПОЛИГОНАХ
ПО КОНТРОЛЮ ДОГОВОРА ОБ ОГРАНИЧЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ


3.10   НЕКОТОРЫЕ ИТОГИ СЭК


Общие итоги СЭК

На переговорах в Женеве по ядерным испытаниям в период с 17 октября по 14 декабря 1988 г. советские и американские эксперты под руководством В. Н. Михайлова (СССР) и Р. Аида (США) тщательно проанализировали результаты подготовки и проведения СЭК [9].

Дискуссии привели к взаимному согласию по многим аспектам выводов и рекомендаций, являющихся результатом СЭК. Технические эксперты столкнулись также с некоторыми областями, в которых не было полного согласия в отношении выводов и рекомендаций, тем не менее, стороны провели подробный обмен мнениями по этим вопросам. В частности, вновь вспыхнул бескомпромиссный спор о надежности гидродинамического метода как средства контроля применительно к постановке испытаний в больших контейнерах. Этот спор так и не получил своего разрешения.

Предстояла тщательная обработка результатов. Сопоставление же первичной экспериментальной информации подтвердило метрологическую близость измерений, выполненных сторонами, хотя определенные расхождения в деталях безусловно были. Их еще предстояло обсудить на итоговой встрече в Женеве. Но, пожалуй, самое глубокое обсуждение было именно на полигонах непосредственно после взрывов.

Первым итогом СЭК явилось согласование технологий проведения измерений сторон в части, обеспечивающей применение гидродинамического контроля.

Специалистам была предоставлена возможность ознакомиться с геологическими и геофизическими условиями на каждом полигоне, провести все необходимые исследования. Нам это представлялось особенно важным в силу необычности новых условий для каждой из сторон.

Существенно отличалась и технология проведения гидродинамических измерений. Параллельная постановка измерений позволила непосредственно сравнить методики и их возможности, оценить качество используемой аппаратуры как в части получения надежной экспериментальной информации, так и в плане потенциальной интрузивности.

Была показана принципиальная возможность неинтрузивной постановки гидродинамических измерений.

Параллельно была выполнена вся программа телесейсмических измерений. В части нашего понимания взрывов в Неваде она была весьма продуктивной. Первый же опыт позволил внести существенные уточнения в нашу технологию обработки сейсмических данных американских взрывов.

Подготовка и проведение взрывов СЭК выявили недостатки гидродинамического метода как средства контроля (необходимость зарядных контейнеров малого размера, ограниченность объема физических измерений, дополнительные меры по геометрической привязке датчиков, необходимость принятия антиинтрузивных мер, необходимость точной*) пространственной и временной привязки (это требование вступает в противоречие с требованием антиинтрузивности). Эти недостатки делают фактически невозможным его использование в режиме мониторинга (например, необъявленных взрывов).

Телесейсмический метод свободен от этих недостатков, но требует знания геологических и геофизических условий в зоне формирования сейсмических волн (100 м/кт1/3) и, вообще говоря, калибровки сейсмической трассы. Статистический анализ объявленных взрывов показывает, что телесейсмический метод может обеспечить точность измерений в пределах 30%.



О мощностях взрывов по результатам гидродинамических измерений

Значения мощности обоих взрывов СЭК, полученных по результатам гидродинамических измерений, в данной работе не приводятся, так как стороны условились, что данная информация носит конфиденциальный характер и публикуется при согласии обеих сторон.

Однако, в зарубежной печати [4] были приведены оценки мощности взрыва СЭК на Семипалатинском испытательном полигоне (СИП) по данным американских и советских гидродинамических измерений, составляющие, соответственно, 115 кт и 122 кт.

Расхождения в оценках мощности сторонами по результатам гидродинамических измерений составили:


"КИРСАРДЖ"основная скважина8%
вспомогательная скважина14%

"ШАГАН"основная скважина7%
вспомогательная скважина0,9%



Результаты измерений мощности телесейсмическим методом

Сейсмические методы оценки мощности подземных ядерных взрывов (ПЯВ) основаны на закономерностях связи мощности взрыва с параметрами упругих колебаний грунта, возбуждаемых взрывом. Необходимым условием для обоснованного применения сейсмических методов оценки мощности является проведение их калибровки, то есть установление расчетных соотношений для оценки мощности на основе данных об эталонных мощностях ПЯВ и результатов сейсмических измерений этих взрывов.

Обмен данными о пяти ранее проведенных ядерных взрывах на Семипалатинском и Невадском испытательных полигонах был осуществлен прежде всего для проведения калибровки сейсмических методов оценки мощности и проверки их эффективности.

Обмен геологической и геофизической информацией в интересах телесейсмического метода измерений мощности был осуществлен в полном объеме, предусмотренном Соглашением.

Каждая сторона имела возможность осуществить проверку геологической и геофизической информации в отношении той части области взрыва СЭК, которая прилегала к основной скважине и простиралась от поверхности и до глубины заложения заряда.

Информация о геологических условиях ниже глубины заложения заряда и вне пределов области, прилегающей к основной скважине, была получена экстраполяцией по данным кернов из близкорасположенных скважин.

Для каждой из пяти выделенных телесейсмических станций стороны обменялись информацией относительно ее местоположения, характеристик пород, функционирования сейсмических приборов, эксплуатационных характеристик сейсмического оборудования.

Каждая из сторон представила информацию о соответствующих процедурах преобразования измерений, проведенных на основе сейсмических записей, в смещение земной поверхности.

Каждая из сторон использовала свои собственные формулы и процедуры определения среднесетевых магнитуд для каждого взрыва СЭК, включая станционные поправки. Среднесетевые магнитуды, определенные сторонами для десяти ранее проведенных взрывов и двух взрывов СЭК, достаточно хорошо согласовались между собой.

Среднесетевые магнитуды ранее проведенных взрывов и двух взрывов СЭК и их среднеквадратические погрешности, определенные независимо каждой стороной на основе "наилучшей сети" станций, не ограниченной десятью выделенными станциями, представлены в таблице 3.4.

Оценка мощности взрыва "ШАГАН" составила 125 кт. Это значение мощности было получено на основе магнитуды по данным национальных технических средств контроля и по эмпирической зависимости магнитуды от мощности с учетом условий проведения взрыва.

В ходе обсуждения результатов определения мощности этого взрыва советская сторона привела описание результатов применения магнитудного способа с использованием только результатов обмена данными по пяти ранее проведенным на Семипалатинском полигоне взрывам.

Было отмечено, что если использовать значение магнитуды 6,03 (данные США) и 6,14 (данные СССР), а также значения мощности пяти ранее проведенных на СИП взрывов, то можно получить оценки мощности взрыва "ШАГАН" в 109 кт и 133 кт, соответственно.

Следует отметить, что до 1988 года американская сторона не имела необходимых для калибровки сейсмических методов оценки мощности ПЯВ данных о мощностях и условиях проведения взрывов на СИП, ввиду чего используемые ею расчетные зависимости для определения мощности ПЯВ были построены не на основе прямой калибровки, а по косвенным данным, и в ряде случаев характеризовались значительными систематическими погрешностями, явившимися основной причиной протестов к советской стороне по поводу превышения ею порога в 150 кт, установленного Договором 1974 года. Ситуация существенным образом изменилась, когда в связи с подготовкой к СЭК американской стороне были переданы данные о параметрах и условиях проведения пяти ПЯВ на СИП, когда американской стороной была получена оценка мощности взрыва СЭК на СИП по данным собственных гидродинамических измерений и, наконец, в связи с опубликованием работы [13], содержащей характеристики 96 ПЯВ на СИП, включая не публиковавшиеся ранее данные о мощностях 19 ПЯВ.


Таблица 3.4
Данные о среднесетевых магнитудах и их среднеквадратических погрешностях для ранее проведенных взрывов и взрывов СЭК
СтранаПлощадка полигонаИндекс взрываМагнитуда
по данным СССРпо данным США
СШАЮкка-ФлетНЕ-1
НЕ-2
НЕ-3
5,97+0,04
5,93+0,03
5,85+0,04
5,86+0,02
5,90+0,02
5,69±0,02
Пахьют-МесаНЕ-4
НЕ-5
«Кирсардж»
5,34+0,04
5,59+0,04
5,47+0,03
5,40±0,03
5,64+0,03
5,44+0,03
СССРБалапан
N-E
НЕ-7
НЕ-10
6,14+0,03
6,15+0,03
5,98+0,02
6,01±0,02
Балапан
S-W
НЕ-6
НЕ-8
НЕ-9
«Шаган»
6,15±0,03
6,16+0,03
6,06+0,03
6,14+0,02
6,13+0,02
6,13+0,02
6,00+0,02
6,03+0,02

Опубликованные данные о параметрах ПЯВ на СИП позволяют провести прямую калибровку магнитудного метода оценки мощности ПЯВ с использованием, например, магнитуд по Р и Lg-волнам. Считающиеся по мнению зарубежных сейсмологов наилучшими оценками сейсмической энергии ПЯВ на СИП значения магнитуд по Р-волнам (тъ), полученные по данным мировой сети сейсмических станций, и значения магнитуд по Lg-волнам (mLg) по данным сейсмической группы NORSAR приведены в работах [14,15].

Параметры калибровочных зависимостей, построенных методом линейной регрессии, представлены в таблице 3.5. Калибровочная зависимость для северо-восточной (N-Е) части площадки Балапан построена по ПЯВ в диапазоне мощностей (q) от 16 до 150 кт и для юго-западной (S-W) части площадки - от 100 до 165 кт.

С использованием этих зависимостей оценки мощности взрыва СЭК на СИП составят:

Приведенные выше оценки мощности взрыва СЭК на СИП хорошо согласуются с данными гидродинамических измерений, а также с сейсмическими оценками мощности по данным других работ: 108 кт [15], 115 кт [14], 113 кт [16], 113 кт, 114 кт и 129 кт [17], 120 кт и 114кт[18].

Оценка мощности взрыва "КИРСАРДЖ", выполненная советскими экспертами, составила 133 кт. При этом был использован спектрально-магнитудный способ и данные своих национальных технических средств контроля. Применение этого способа, не требующего знания характеристик вмещающих пород в области взрыва (их изменение отражается на спектрах регистрируемых сигналов), было оправдано в условиях отсутствия информации о геофизической неоднородности в области взрыва "КИРСАРДЖ", образованной проведенным ранее (30 сентября 1986 года) взрывом.

Совместный эксперимент по контролю дал основу для согласования мер контроля, которые могут быть использованы для проверки соблюдения положений Договора об ограничении подземных испытаний ядерного оружия 1974 года и заложил прочную базу доверия в одной из ключевых областей национальной безопасности.



Технические итоги измерения электромагнитных наводок в кабельных линиях гидродинамического метода измерения мощности в СЭК

Вопрос о возможности измерения в кабелях гидродинамического метода информации о временных характеристиках работы ядерного заряда, которая может предоставить данные о его конструктивных особенностях, обсуждался на советско-американских переговорах в г. Женеве в связи с проведением СЭК и разработкой Протокола к Договору 1974 г.

На переговорах было введено понятие интрузивности защищаемой информации, то есть возможности передачи от датчиков, кабелей-датчиков и датчиков преобразователей к регистрирующему комплексу контролирующей стороны любого сигнала, не связанного с гидродинамическими измерениями мощности. Отмечалось, что существует принципиальная возможность интрузивности посредством регистрации электромагнитной наводки (ЭМН) в кабельной линии, обусловленной электромагнитным излучением (ЭМИ), возникающим под действием гамма-излучения ядерного взрыва, которое передает временные особенности работы отдельных блоков заряда, а в ряде случаев и временные особенности развития ядерных реакций в первом блоке. Эти временные характеристики гамма-излучения и являются защищаемой информацией, которая посредством ЭМИ может быть внедрена (процесс интрузии) в измерительные кабели гидродинамического метода.

Одной из задач СЭК являлась отработка технических и организационных мер по обеспечению антиинтрузивности гидродинамического метода измерения мощности подземного ядерного взрыва с использованием начальной ЭМН для временной привязки данных гидродинамического метода к моменту ядерного взрыва.

По предложению В.Н.Михайлова в СЭК на НИП были проведены советской и американской Сторонами совместные измерения ЭМН в одном из кабелей методики МИЗ. По условиям измерения американская Сторона имела право первого доступа к результатам регистрации и право изъять любую защищаемую информацию до обмена данными с советской Стороной.

Регистрация ЭМН была организована в трейлере 9139, который был установлен на расстоянии 20 м от СП 12. В качестве регистраторов использовались два СРГ7 и СУПИ24 от советской Стороны и 100 МГц 8-битовые преобразователи от американской Стороны. Съем информации из кабеля МИЗ осуществлялся токовыми преобразователями, разработанными в НИИИТ, не оказывающими влияния на регистрацию длины кабельной линии в СП 12. Американская Сторона предоставила усилители и необходимый фильтр. Пуск регистраторов осуществлялся сигналом, синхронизованным с моментом ядерного взрыва с погрешностью 0,6 мкс.

После проведения взрыва советской Стороне была передана копия фотопленки, на которой информация о сигнале, зарегистрированном на одном из СРГ7, была вырезана, начиная с 400 нсек от начала развертки. На осциллограмме была только начальная часть отклонения луча от нулевой линии, по которой был подтвержден и уточнен момент пуска регистраторов МИЗ относительно момента взрыва. Фотопленка со второго СРГ7 не была предъявлена.

Это позволило сделать вывод, что в СЭК произошла интрузия защищаемой информации в кабели, предназначавшиеся для измерения мощности гидродинамическим методом.

В СЭК на СИП были продолжены совместные измерения ЭМН в кабелях КОРРТЕКС. Регистрация ЭМН проводилась в аппаратурном комплексе, созданном в НИИИТ, который был установлен на расстоянии 50 м от трейлера КОРРТЕКС.

По предложению американской Стороны дополнительно проводились измерения токов, протекающих в экранирующей оболочке кабеля, с целью исследования их интрузивности и возможности использования тока в экране для временной привязки данных гидродина- мического метода к моменту взрыва.


Таблица 3.5
Параметры калибровочных зависимостей mb(mLg)=a+b lg q для площадки Балапан СИП
МагнитудаЧасть пл. БалапанrsoF
mbN-E4,35 ± 0,100,77 ± 0,050,990,0431,3
mbS-W4,46 ± 0,930,77 ± 0,440,710,0571,4
mlgN-E, S-W4,26 ± 0,490,84 ± 0,230,810,0321,2

r - коэффициент корреляции, s0 - стандартное отклонение экспериментальных точек от линии регрессии,
F фактор неопределенности на уровне доверительной вероятности 0,95.

Для регистрации тока американская Сторона предоставила датчик Пирсона, из- меряющий ток в экране кабеля, и пороговое устройство, вырабатывающее электрически сигнал при достижении заданной величины тока в экране кабеля. Этот сигнал из аппара- турного комплекса транспортировался в трейлер КОРРТЕКС.

Одновременно проводились измерения ЭМН в кабеле КОРРТЕКС до и после антиин- трузивного устройства, разработанного во ВНИИТФ, с помощью токового датчика, использовавшегося на НИП. Регистрация электрических сигналов с датчиков осуществлялась на СУПИ24 и аналоговых регистраторах С9-4А и СУР01.

Пуск регистраторов проводился сигналом, синхронизованным с моментом взрыва с погрешностью 0,5 мкс.

После проведения взрыва американской Стороне была передана информация, зареги- стрированная на СУПИ24, за исключением чувствительного канала регистрации ЭМН в кабеле до антиинтрузивного устройства. Также была извлечена информация из записи тока в экране кабеля КОРРТЕКС. Электрический сигнал с порогового устройства, соответствующий начальной части тока в экране кабеля, не был выдан из аппаратурного комплекса трейлер КОРРТЕКС в связи с электромагнитной наводкой от тока с частотой 50 Гц, которая возникла в измерительном тракте после заземления экрана кабельной линии, соединяющей датчик Пирсона с аппаратурным комплексом. До заземления, которое проводилось за несколько часов до взрыва, во время генеральной репетиции эта наводка не наблюдалась. Хот; потери информации о токе в экране кабеля не произошло, так как он был зарегистрирован на СУПИ24, необеспечение аппаратуры КОРРТЕКС сигналом, соответствующим начальной части тока в экране кабеля (в автоматическом режиме), явилось единственным в этих измерениях проявлением нечеткого взаимодействия советских и американских специалистов.

В целом результаты исследования ЭМН на НИП и СИП показали плодотворность сотрудничества специалистов двух стран в части:

Опыт работы специалистов двух стран по исследованию ЭМН в СЭК послужил ускорению решения вопросов, связанных с обеспечением неинтрузивности гидродинамического метода контроля при подготовке Протокола к Договору 1974 г.

Исследования показали, что вопрос об использовании токов в экранирующих оболочках кабельных линий для временной привязки данных гидродинамического метода к моменту взрыва требует дополнительного изучения характера и времени распространения токов по оболочке кабеля, поэтому при дальнейшей работе над Протоколом к Договору 1974 года этот вопрос не затрагивался.

Исследования ЭМН советской Стороной в кабельных линиях в СЭК проводились под руководством В.Н. Михайлова силами сотрудников НИИИТ.

СЭК показал, что неинтрузивность гидродинамического метода контроля пороговой мощности взрыва может быть решена только при успешном сочетании технических мер, связанных с разработкой АИУ и ФСП, не влияющих отрицательно на передачу информации, необходимой контролирующей стороне для целей гидродинамического измерения мощности взрыва, и организационных мероприятий, осуществляемых непосредственно при проведении контроля, включающих в себя процедуры по проверке аппаратуры и оборудования, предназначенных к измерению мощности, и процедуры предварительного одобрения АИУ и ФСП и их использования в период подготовки и проведения измерений гидродинамическим методом.

Пять государств, обладающих ядерным оружием, приняли на себя обязательства не применять его против государств, не располагающих таким оружием, за исключением ситуации, когда они отвечают на ядерный удар или на нападение с применением обычных средств, совершённое в союзе с ядерным государством. Эти обязательства, однако, не были включены в текст самого Договора, и конкретная форма таких обязательств могла со временем изменяться. США, например, указывали, что они могут применить ядерное оружие в ответ на нападение с применением неядерного «оружия массового уничтожения», такого как биологическое или химическое оружие, поскольку США не могут применить в ответ ни то, ни другое.
Измерения при подземных ядерных испытаниях