Мирні ядерні вибухи: чи поставлено крапку?

Що можна зробити за допомогою ядерних бомб? Перше, що спадає на думку — постапокаліптичний світ, в якому купка людей, що вижили в бомбосховищах, воюють з мутантами та між собою. Зазвичай з ядерними боєголовками пов’язують смерть, масові руйнації та крах цивілізації, та аж ніяк не добування нафти, спорудження каналів чи геотермальну енергетику. Але це все може бути втілено в життя саме за допомогою ядерних зарядів. Більше того, це навіть реалізовували! Іноді навіть вдало.

Спроби «одомашнення» ядерних вибухів виникають разом із самою ядерною зброєю. У 1954 році радянський вчений Георгій Покровський вперше запропонував використовувати ядерну зброю для мирних цілей. А вже у 1956 році француз Каміль Ружерон опублікував монографію, присвячену використанню термоядерних вибухів у промисловості. Обидві тогочасні наддержави — США та СРСР — мали свої програми з використання мирних ядерних вибухів, наприклад, операцію «Plowshare» (США) та Программу №7 (СРСР). В рамках цих операцій можна виділити три основних напрями мирних ядерних вибухів: підземні, вибухи «на викид» та вибухи для наукових цілей. Проте зараз подібна практика припинена. Щоб пояснити, чому так, треба розібратися: як саме ядерний вибух можна застосувати в мирних цілях? І які перспективи його використання?

Копайте глибше

Підземний (або камуфлетний) вибух відбувається на значній глибині, тож уся енергія вибуху та ударна хвиля передаються земній породі, яка оточує заряд. За камуфлетного вибуху жодного викиду породи не відбувається. Через компактність ядерного заряду, який закладається до шахти, такий вибух буде рівнозначним вибухові сотень тон звичайної вибухівки. Під час підземного ядерного вибуху земна порода плавиться і кришиться, а ударна хвиля створює в ній густу сітку тріщин. Через це порода, яка лежить вище місця вибуху, починає осипатися. Адже розтрісканою вона не може опиратися дії сили тяжіння. Водночас утворюється циліндрична структура — так званий chimney («димохід»). Утворення chimney залежить від структури породи та глибини залягання боєголовки. Чим глибше розташований заряд, тим більший шанс утворення chimney, оскільки на тріснуту породу тиснутиме більша маса. Також chimney утворюється у більш крихких породах.

Для камуфлетних ядерних вибухів передбачалося різноманітне застосування. Наприклад, термоядерні вибухи могли б стимулювати добування природного газу зі слабких родовищ. Сhimney та сітка тріщин у породі виступали б у ролі дуже великої свердловини, що дозволяє ефективно видобувати газ. Достатньо підірвати заряд на певній глибині у родовищі — і через певний час можна розпочати видобування.

Серед перших спроб інтенсифікації видобутку газу — ядерний вибух Gasbuggy. Він був проведений у 1967 році в американському газовому родовищі з низькою проникністю. Заряд потужністю 29 кілотонн вибухнув на глибині 1293 м. Утворену Gasbuggy свердловину порівнювали зі свердловинами, які розроблялися звичайним шляхом. Експеримент довів: в утвореній вибухом свердловині кількість видобутого газу значно збільшилася.

Порожнини, що утворюються в породі внаслідок ядерного вибуху, можна використовувати для збереження того ж природного газу або інших вуглеводнів (наприклад, бензину). Звісно, для цього порода має бути достатньо міцною та щільною. Для цього добре підходить сіль або глинистий сланець.

Одним із прикладів реалізації такої ідеї був радянський експериментальний вибух у солі. Заряд потужністю 1,1 кілотонн підірвали на глибині 161,4 м. Завдяки невеликій глибині та щільності породи, сhimney після вибуху не було. Замість нього утворилася порожнина еліптичної форми загальним об’ємом 14200 м3. Щоправда, 10000 м3 були затоплені водою, яка просочилася після вибуху.

Ще одним використанням мирних ядерних вибухів могло б бути добування сланцевої нафти. Вона отримується з термічного розкладу керогену, основної органічної складової горючих сланців, за температури 340 °С. Механізм мав би бути наступним:

1. Ядерний вибух створює великий сhimney з подробленою нафтомісткою породою.
2. Всередині порожнини починається випалювання сланців, аби кероген почав розкладатися.
3. Процес підтримується подачею «згори» повітря під тиском.
4. Гарячі продукти розкладу спускаються до нижньої частини сhimney. Там вони змішуються з парами вуглеводнів та викачуються назовні.

За схожим принципом можна добувати мідь із родовищ, в яких відсотковий вміст металу в руді занизький для її ефективного добування стандартними методами. Зазвичай з них дуже невигідно видобувати метал, незважаючи на його велику кількість, оскільки для цього необхідно переробити велику кількість породи. Камуфлетний ядерний вибух дозволяє отримувати мідь відразу на місці видобутку — без додаткової переробки руди. Видобування має закінчений цикл. Метал вилужується з руди за допомогою кислоти, що надходить згори chimney аналогічно до стиснутого повітря під час видобування сланцевої нафти. Викачаний розчин, насичений міддю, сепарується: чистий метал відправляється на подальшу обробку, а відновлена кислота заливається назад, щоб продовжувати вилужувати метал.

Важливо, що технологію можна застосувати лише для вторинних (вже опрацьованих) чи окислених родовищ мідної руди. Для первинних родовищ зі вмістом сульфідів добування можливе, якщо вони знаходяться нижче рівня ґрунтових вод. Тоді chimney швидко затопить водою. Повітря слід закачувати знизу chimney. Тоді високий гідростатичний тиск збільшить розчинність кисню у водно-сірчанокислотному розчині, що дозволить видобувати вилужений розчин.

Для неглибоких родовищ видобування можливе завдяки детонації заряду на невеликій глибині. Тоді утворюється структура, яка займає проміжне положення між кратером та chimney — так званий retarc. У цьому разі його наземна частина зрошується краплями кислоти, яка вилужує метал з руди.

Ядерні бомби можуть створити низьковуглецеву енергетику. Йдеться про використання тепла земних надр для виробництва електроенергії. Є певна проблема у тому, що зазвичай використання геотермальних потужностей обмежене наявністю природніх шляхів. Але шляхи можна створити самому, підірвавши ядерну боєголовку. Тріщини навколо утвореного chimney виконують роль теплообмінних трубок. До системи заливається вода, яка тримається під тиском. В надрах вона закипає, і пара подається на турбіну електростанції.

За допомогою ядерної детонації можна проводити й гірничодобувні роботи. Зокрема, термоядерна бомба може подробити досить міцний мінерал таконіт. Видобувати його звичайними методами досить складно. Крім того, з chimney досить зручно витягувати вже подроблену породу.

У підземних резервуарах глибоких геологічних формацій можна зберігати відпрацьоване ядерне паливо та радіоактивні відходи. Також можна зберігати нафту та газ.

Другий Панамський канал

Наземні ядерні вибухи або вибухи «на викид» зазвичай необхідні для екскавації великих об’ємів породи. Ядерні заряди здатні утворювати великі порожнини. Основна ідея полягає в тому, що компактний ядерний заряд може виконати значно більший об’єм роботи, ніж велика кількість звичайної вибухівки. Показовим є вибух «Седан», який відбувся у 1962 році. Кратер об’ємом 5 мільйонів м3, який виник у результаті вибуху, став першим рукотворним кратером в історії. Вибух стокілотонного заряду продемонстрував, що утворення таких кратерів можливе внаслідок імпактної події (зіткнення), а не лише виверження вулкану.

Кратери такого великого об’єму можуть слугувати резервуарами для води. Також вони добре підходять для створення каналів та гаваней, оскільки значно скорочують час будівництва.

Існував навіть проект зі створення другого Панамського каналу, зокрема за допомогою ядерної екскавації. Оскільки заплановані ділянки проходили через структури зі складним рельєфом, потужність та розміщення зарядів варіювались для забезпечення більш-менш рівного дна майбутнього каналу. Планували використати заряди від 100 кілотонн до 3 мегатонн, а сумарне енерговиділення при вибухах мало б становити 13,5 мегатонн (1).

Проблема полягала в тому, що на одному із запропонованих маршрутів порода була в основному глиняна. Тож підрив ядерних зарядів призвів би до осипання берегів. Було вирішено, що роботи на цій ділянці проводитимуться звичайними методами. Тим не менш, навколо проекту вибухнув скандал, буцімто він повністю роз’єднає дві Америки. Фінансування на нього теж зменшувалось, доки проект не закрили взагалі.

У СРСР був схожий проект зі створення каналу між річками Печора та Кама, що мав би збільшити поверхневий стік до Каспійського моря. Згідно з планом, довжина каналу становила б 112,5 кілометрів. З них 62,5 кілометри планували утворити за допомогою 250-ти ядерних зарядів сумарним енерговиділенням близько 3-х мегатонн в тротиловому еквіваленті. За розрахунками, це дозволило б значно знизити вартість спорудження каналу. У 1971 році були проведені три пробні ядерні вибухи. Але їхні результати вказали, що така технологія себе не виправдає. Цей проект також закрили.

Існував проект зі створення штучної гавані біля мису Кераудрен в Австралії. Для цього планували використати п’ять 200-кілотонних зарядів. Вони мали б утворити неглибоку протяжну бухту з високими берегами, аби завадити розмиванню берегів. Як і більшість подібних проектів, він не був втілений в життя.

Однак, деякі проекти все ж реалізували. На річці Вахш (Таджикистан) за допомогою 1,86-кілотонного вибуху 1968 року була створена дамба. Це доводить, що за допомогою ядерного вибуху «на викид» дійсно можна будувати дамби на річках.

Більше вибухів — менше землетрусів

Вибухи для наукових цілей в основному мали три напрями роботи: нейтронні експерименти, синтез важких елементів та сейсмічні досліди.

Вищезгаданий радянський камуфлетний вибух у солі проводили з метою дослідження сейсмічного впливу на наземні будівлі та свердловини. Із сейсмічними дослідженнями, до речі, пов’язаний один курйоз. У журналі «Успехи физических наук» була опублікована стаття «О некоторых корреляциях в сейсмодинамике и двух компонентах сейсмической активности Земли». У ній йшлося про те, що, мовляв, у період численних експериментів із підземними ядерними вибухами не було зафіксовано жодного землетрусу з магнітудою 8,3 бали та більше. Деякі читачі зробили висновок, що ядерні вибухи дозволяють зменшити кількість руйнівних землетрусів. Але досить підозрілим є факт вибору магнітуди саме в 8,3 бала. Якщо звернути увагу на кількість землетрусів із меншою силою, ілюзія взаємопов’язаності руйнується через дуже слабку кореляцію між даними. Ніяких достовірних свідчень про залежність між землетрусами та підземними ядерними вибухами немає, а сама історія стала своєрідним науковим анекдотом (3).

Чи поставлено крапку?

Тут ми підходимо до найцікавішої частини. Чому ядерні вибухи зараз не використовують для мирних цілей? Адже цього не відбувається вже декілька десятирічь. Причин декілька.

У рамках американського проекту «Plowshare» провели декілька експериментів зі стимуляції видобутку газу. Крім вже знайомого Gasbuggy, був також експеримент Rulison, проведений у вересні 1969 року. Результат: отриманий зі сведловини газ мав був забруднений утвореними під час вибуху радіонуклідами. Тобто його не можна було використовувати. Перспектива подачі радіоактивного газу в домівки викликала потужну негативну реакцію серед населення. У 1977 році проект «Plowshare» було закрито. Слід зазначити, що ядерним технологіям загалом притаманний ореол негативної суспільної думки. Зокрема через наслідки аварій на атомних об’єктах.

Вибухи в пластах гірських порід можуть спричинити таку неприємність як нейтронна активація Феруму (залізні руди, конструкційні елементи в шахтах). Нейтронна активація — це поглинання нейтронів з утворенням радіоактивних елементів. Унаслідок цього процесу утворюється, наприклад, Кобальт-60 із періодом напіврозпаду 5,27 років й дуже інтенсивним гамма-випромінюванням. І це ми ще не звертали уваги на інші радіоактивні ізотопи.

Крім того, з часом виробництво ядерної зброї ставало все дорожчим, тож її використання ставало економічно недоцільним. Радянський Союз був єдиною країною, яка дійсно використовувала ядерні вибухи у промисловості. Наприклад, для будівництва дамб або ліквідації пожеж на нафтових свердловинах. Але у 1988 році програму закрили.

Водночас на території України було два ядерних вибухи: один успішний й один провальний. Камуфлетний вибух «Факел» потужністю 3,8 кілотонни був проведений 9 липня 1972 року в Харківській області неподалік села Хрестище. Вибух планували провести, аби перекрити аварійний газовий фонтан. Перед цим такий спосіб був вдало застосований для ліквідації пожежі в узбецькому газовому родовищі Урта-Бурлак. Тим не менш, вибух не спрацював, тож пожежу гасили звичайними методами. Другий вибух — «Кліваж» — потужністю 300 кілотонн датується 1979 роком. Вибух мав знизити напругу в земній породі на шахті «Юнком» у Донецькій області. Зниження напруги в породах мало припинити випадки викиду метану та вугілля. Операція вдалась, а показники радіаційного фону не перевищували норми.

Отже, використання ядерної зброї в мирних цілях — перспективний проект. Проте з надто суттєвими недоліками. Більшість речей, які планували здійснювати за допомогою ядерних вибухів, уже зараз можна робити ефективніше та безпечніше без них. Вірогідність того, що технологія буде допрацьована, невелика. А подальший розвиток технологій може взагалі позбавити актуальності застосування ядерних вибухів у мирних цілях. Так, на них поставлено крапку.

Джерела:

1. Peaceful nuclear explosions. Proceedings of a Panel, Vienna, 2-6 March 1970. International Atomic Energy Agency (IAEA), 1970
2. А. М. Фридман, Е. В. Поляченко, Н. Р. Насырканов. О некоторых корелляциях в сейсмодинамике и двух компонентах сейсмической активности Земли. Успехи физических наук (УФН), том 180, №3, 2010
3. А. Ю. Панчин. Научные анекдоты: ядерные взрывы спасают от землетрясений?
4. Tewes, H.A. Survey of gas quality results from three gas-well-stimulation experiments by nuclear explosions. UCRL-52656, California Univ., Livermore (USA). Lawrence Livermore Lab. 1979
5. Испытания ядерного оружия и ядерные взрывы в мирных целях СССР. 1949–1990 гг. 1996

©2018, Підземка. Використання матеріалів лише за умови гіперпосилання на платформу «Підземка» із зазначенням імені автора(-ки) статті.
t.me/pidzemka