Мирные ядерные взрывы ( МЯВ ) — это ядерные взрывы, проводимые в невоенных целях. Предлагаемые варианты использования включают раскопки для строительства каналов и гаваней , производство электроэнергии, использование ядерных взрывов для управления космическими аппаратами и как форму широкомасштабного фрекинга . МЯВ были областью некоторых исследований с конца 1950-х до 1980-х годов, в основном в Соединенных Штатах и Советском Союзе .
В США был проведен ряд испытаний в рамках проекта Plowshare . Некоторые из рассмотренных идей включали взрыв нового Панамского канала , строительство предлагаемого Никарагуанского канала , использование подземных взрывов для выработки электроэнергии ( проект PACER ) и различные горнодобывающие, геологические и радионуклидные исследования. Крупнейшие из испытаний по выемке грунта были проведены во время ядерного испытания в Седане в 1962 году, в результате которого в воздух было выброшено большое количество радиоактивного газа. К концу 1960-х годов общественное противодействие Plowshare усиливалось, а исследование экономики концепций в 1970-х годах показало, что они не имеют практического применения. Интерес к Plowshare снизился с 1960-х годов, и в 1977 году проект был официально отменен.
Советская программа началась через несколько лет после усилий США и исследовала многие из тех же концепций в рамках их программы «Ядерные взрывы для народного хозяйства» . Программа была более обширной, в конечном итоге было проведено 239 ядерных взрывов. Некоторые из этих испытаний также высвободили радиоактивность, включая значительный выброс плутония в грунтовые воды и загрязнение района вблизи реки Волги . Основная часть программы в 1970-х и 80-х годах состояла в использовании очень маленьких бомб для создания ударных волн в качестве сейсмического измерительного инструмента, и в рамках этих экспериментов две бомбы были успешно использованы для герметизации взорванных нефтяных скважин. Программа официально завершилась в 1988 году.
В рамках продолжающихся усилий по контролю над вооружениями обе программы стали контролироваться различными соглашениями. Наиболее заметным среди них является Договор о подземных ядерных взрывах в мирных целях 1976 года (Договор PNE). [1] [2] Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года запрещает все ядерные взрывы, независимо от того, проводятся ли они в мирных целях или нет. С тех пор эта тема поднималась несколько раз, часто как метод предотвращения столкновения с астероидом .
В Договоре о МЯЭ подписавшие стороны согласились: не проводить никаких отдельных ядерных взрывов мощностью более 150 килотонн в тротиловом эквиваленте ; не проводить никаких групповых взрывов (состоящих из ряда отдельных взрывов) общей мощностью более 1500 килотонн; и не проводить никаких групповых взрывов общей мощностью более 150 килотонн, если отдельные взрывы в группе не могут быть идентифицированы и измерены с помощью согласованных процедур проверки. Стороны также подтвердили свои обязательства по полному соблюдению Договора об ограниченном запрещении испытаний ядерного оружия 1963 года.
Стороны оставляют за собой право проводить ядерные взрывы в мирных целях на территории другой страны по ее просьбе, но только при полном соблюдении ограничений мощности и других положений Договора о мирном ядерном оружии и в соответствии с Договором о нераспространении ядерного оружия .
Статьи IV и V Договора о МЯЭ устанавливают согласованные механизмы проверки. Помимо использования национальных технических средств, договор гласит, что информация и доступ к местам взрывов будут предоставляться каждой из сторон, и включает обязательство не вмешиваться в средства и процедуры проверки.
Протокол к Договору о мирном ядерном взрыве устанавливает конкретные согласованные меры, гарантирующие, что никакие связанные с оружием выгоды, исключаемые Договором о пороговом запрещении испытаний, не будут получены в результате проведения ядерного взрыва в мирных целях, включая положения об использовании гидродинамического метода измерения мощности, сейсмического мониторинга и инспекции на месте.
В согласованном заявлении, прилагаемом к договору, указывается, что «мирное применение» подземного ядерного взрыва не будет включать в себя опытно-конструкторские испытания любого ядерного взрывного устройства. [3]
Operation Plowshare — название программы США по разработке методов использования ядерных взрывчатых веществ в мирных целях. Название было придумано в 1961 году, взято из Михея 4:3 («И будет Он судить народы, и обличит многие племена; и перекуют мечи свои на орала , и копья свои — на серпы: не поднимет народ на народ меча, и не будут более учиться воевать»). Двадцать восемь ядерных взрывов были произведены между 1961 и 1973 годами.
Одним из первых предложений США по мирным ядерным взрывам, которые были близки к реализации, был проект Колесница , в рамках которого предполагалось использовать несколько водородных бомб для создания искусственной гавани на мысе Томпсон , Аляска. Он так и не был реализован из-за опасений за коренное население и того факта, что потенциальная польза от гавани была невелика, чтобы оправдать риск и расходы. Также ходили разговоры об использовании ядерных взрывов для прокладки второго Панамского канала , [4] а также альтернативы Суэцкому каналу . [5] [6]
Самый большой эксперимент по раскопкам состоялся в 1962 году на испытательном полигоне Министерства энергетики в Неваде . Ядерное испытание Седана, проведенное в рамках операции «Сторакс», привело к перемещению 12 миллионов тонн земли, создав крупнейший искусственный кратер в мире и вызвав большой выпад радиоактивных осадков над Невадой и Ютой . Было проведено три испытания с целью стимулирования добычи природного газа , но эти усилия были прекращены из-за непрактичности из-за стоимости и радиоактивного загрязнения газа. [7] [8]
Было много негативных последствий от 27 ядерных взрывов проекта Plowshare. Например, объект проекта Gasbuggy , [8] расположенный в 89 километрах (55 милях) к востоку от Фармингтона , штат Нью-Мексико, все еще содержит радиоактивное загрязнение от единственного подземного взрыва в 1967 году. [9] Другие последствия включали отравленную землю, переселенные сообщества, загрязненную тритием воду, радиоактивность и осадки от мусора, выброшенного высоко в атмосферу. Они игнорировались и преуменьшались до тех пор, пока программа не была прекращена в 1977 году, во многом из-за общественного сопротивления, после того как на проект было потрачено 770 миллионов долларов. [10] [ требуется лучший источник ]
Советский Союз провел гораздо более масштабную программу из 239 ядерных испытаний, некоторые с использованием нескольких устройств, в период с 1965 по 1988 год под эгидой Программы № 6 «Использование ядерных взрывных технологий в интересах народного хозяйства» и Программы № 7 « Ядерные взрывы для народного хозяйства» .
Первоначальная программа была создана по образцу американской версии, и изучались те же основные концепции. Один из тестов, тест Chagan в январе 1965 года, был описан как «почти клон» американского выстрела Sedan. Как и Sedan, Chagan также привел к образованию огромного шлейфа радиоактивных материалов, выброшенных высоко в атмосферу, вместе с примерно 20% продуктов деления. Обнаружение шлейфа над Японией привело к обвинениям со стороны США в том, что Советы провели наземное испытание в нарушение Договора о частичном запрещении испытаний , но эти обвинения позже были сняты.
Более поздняя и более обширная программа «Глубокого сейсмического зондирования» была сосредоточена на использовании гораздо меньших взрывов для различных геологических целей. Некоторые из этих испытаний считаются эксплуатационными, а не чисто экспериментальными. [11] Они включали использование мирных ядерных взрывов для создания глубоких сейсмических профилей. По сравнению с использованием обычных взрывчатых веществ или механических методов, ядерные взрывы позволяют собирать более длинные сейсмические профили (до нескольких тысяч километров). [12]
Алексей Яблоков заявил, что все технологии МЯВ имеют неядерные альтернативы и что многие МЯВ фактически стали причиной ядерных катастроф. [13]
Сообщения об успешном использовании Советским Союзом ядерных взрывов для тушения вышедших из-под контроля пожаров на газовых скважинах широко цитировались в политических дискуссиях Соединенных Штатов о вариантах прекращения разлива нефти Deepwater Horizon в Мексиканском заливе в 2010 году . [14] [15]
Германия одно время рассматривала возможность производства ядерной взрывчатки для целей гражданского строительства. В начале 1970-х годов было проведено технико-экономическое обоснование проекта по строительству канала от Средиземного моря до впадины Каттара в Западной пустыне Египта с использованием ядерного сноса. Этот проект предполагал использование 213 устройств мощностью от 1 до 1,5 мегатонн, взорванных на глубине от 100 до 500 м (от 330 до 1640 футов) для строительства этого канала с целью производства гидроэлектроэнергии. [16] [17] [18]
« Улыбающийся Будда» , первое ядерное взрывное устройство Индии, было описано индийским правительством как мирный ядерный взрыв. [19]
В Австралии ядерный взрыв был предложен как способ добычи железной руды в Пилбаре . [20]
Помимо использования в качестве оружия, ядерные взрывчатые вещества испытывались и применялись, подобно химическим взрывчатым веществам , для различных невоенных целей. Они включали крупномасштабные земляные работы, производство изотопов , а также стимуляцию и перекрытие потока природного газа .
На пике атомного века Соединенные Штаты инициировали операцию Plowshare , включавшую «мирные ядерные взрывы». Председатель Комиссии по атомной энергии США объявил, что проект Plowshare был призван «подчеркнуть мирное применение ядерных взрывных устройств и тем самым создать климат мирового общественного мнения, более благоприятный для разработки и испытаний оружия». [25] [26] [ нужна цитата для проверки ] Программа операции Plowshare включала 27 ядерных испытаний, разработанных для исследования этих неоружейных применений с 1961 по 1973 год. Из-за неспособности американских физиков уменьшить долю деления маломощных (приблизительно 1 килотонна) ядерных устройств, которые потребовались бы для многих проектов гражданского строительства , когда долгосрочные расходы на здравоохранение и очистку от продуктов деления были включены в стоимость, не было фактически никакого экономического преимущества по сравнению с обычными взрывчатыми веществами, за исключением потенциально самых крупных проектов. [27] [28]
Проект Каттарской впадины был разработан профессором Фридрихом Басслером во время его назначения в министерство экономики Западной Германии в 1968 году. Он выдвинул план создания озера и гидроэлектростанции в Сахаре путем взрыва туннеля между Средиземным морем и Каттарской впадиной в Египте, областью, которая находится ниже уровня моря. Основной проблемой всего проекта было водоснабжение впадины. Расчеты Басслера показали, что рытье канала или туннеля будет слишком дорогим, поэтому Басслер определил, что использование ядерных взрывных устройств для рытья канала или туннеля будет наиболее экономичным. Египетское правительство отказалось от этой идеи. [29]
Советский Союз провел гораздо более масштабную программу, чем Plowshare, проведя 239 ядерных испытаний в период с 1965 по 1988 год. Более того, многие из «испытаний» рассматривались как экономические приложения, а не как испытания в программе «Ядерные взрывы для народного хозяйства» . [30]
Среди них был взрыв мощностью 30 килотонн, который был использован для закрытия узбекской газовой скважины Уртабулак в 1966 году, которая фонтанировала с 1963 года, а несколько месяцев спустя взрыв мощностью 47 килотонн был использован для герметизации выброса высокого давления на близлежащем газовом месторождении Памук . [31] (Более подробную информацию см. в разделе Выброс (бурение скважин)#Использование ядерных взрывов .)
Устройства, которые произвели самую большую долю своей мощности посредством реакций только синтеза, возможно, являются мирными ядерными взрывами советской Тайги 1970-х годов. Их публичные записи показывают, что 98% их 15-килотонной взрывной мощности было получено из реакций синтеза, так что только 0,3 килотонны были получены из деления. [32] [33]
Повторяющаяся детонация ядерных устройств под землей в соляных куполах , в некоторой степени аналогично взрывам, которые питают двигатель внутреннего сгорания автомобиля (в том смысле, что это был бы тепловой двигатель ), также была предложена в качестве средства получения энергии термоядерного синтеза в том, что называется PACER . [34] [35] Другие исследованные применения маломощных мирных ядерных взрывов были подземными детонациями для стимуляции, с помощью процесса, аналогичного фрекингу , потока нефти и природного газа в плотных пластах ; это было разработано в основном в Советском Союзе, при этом сообщалось об увеличении добычи многих устьев скважин . [31]
В 2015 году миллиардер-предприниматель Илон Маск популяризировал подход, в котором холодная планета Марс могла бы быть терраформирована путем детонации высокопроизводительных термоядерных устройств над преимущественно сухими ледяными шапками на планете. [36] Конкретный план Маска был бы не очень осуществим в рамках энергетических ограничений исторически производимых ядерных устройств (в диапазоне килотонн в эквиваленте тротила), поэтому требовал бы значительного прогресса для его рассмотрения. Частично из-за этих проблем физик Мичио Каку (который изначально выдвинул эту концепцию) вместо этого предлагает использовать ядерные реакторы в типичной для наземных систем централизованного теплоснабжения манере, чтобы создать изолированные тропические биомы на поверхности Марса. [36]
В качестве альтернативы, поскольку ядерные взрывы в настоящее время несколько ограничены с точки зрения продемонстрированной достижимой мощности, использование готового ядерного взрывного устройства может быть использовано для «подталкивания» марсианской кометы к полюсу планеты. Удар был бы гораздо более эффективной схемой для доставки необходимой энергии, водяного пара, парниковых газов и других биологически значимых летучих веществ , которые могли бы начать быстро терраформировать Марс. Одна из таких возможностей для этого появилась в октябре 2014 года, когда «раз в миллион лет» комета (обозначенная как C/2013 A1 , также известная как комета «Сайдинг Спринг») приблизилась на расстояние 140 000 км ( 87 000 миль) к марсианской атмосфере . [37] [38]
Открытие и синтез новых химических элементов путем ядерной трансмутации и их производство в необходимых количествах для изучения их свойств, было выполнено при испытании ядерных взрывных устройств. Например, открытие короткоживущих эйнштейния и фермия , оба созданных в условиях интенсивного потока нейтронов в термоядерных взрывах, последовало за первым испытанием термоядерного устройства Теллера-Улама — Айви Майк . Быстрый захват такого количества нейтронов, требуемый для синтеза эйнштейния, обеспечил бы необходимое прямое экспериментальное подтверждение так называемого r-процесса , множественного поглощения нейтронов, необходимого для объяснения космического нуклеосинтеза (производства) всех химических элементов тяжелее никеля в периодической таблице во взрывах сверхновых , до бета-распада , причем r-процесс объясняет существование многих стабильных элементов во Вселенной. [40]
Глобальное присутствие новых изотопов из атмосферных испытаний, начавшихся в 1950-х годах, привело к разработке в 2008 году надежного способа обнаружения подделок произведений искусства. Картины, созданные после этого периода, могут содержать следы цезия-137 и стронция-90 , изотопов, которые не существовали в природе до 1945 года. [41] [42] ( Продукты деления были получены в естественном ядерном реакторе деления в Окло около 1,7 миллиарда лет назад, но они распались до появления самой ранней известной человеческой картины.) [43]
И климатология , и, в частности, аэрозольная наука, подраздел атмосферной науки , были в значительной степени созданы для ответа на вопрос о том, как далеко и широко будут распространяться осадки . Подобно радиоактивным трассерам, используемым в гидрологии и испытании материалов, осадки и нейтронная активация азотного газа служили радиоактивным трассером, который использовался для измерения, а затем помогал моделировать глобальные циркуляции в атмосфере, отслеживая перемещения аэрозолей выпадений . [44] [45]
После того, как в 1958 году были обнаружены пояса Ван Аллена, окружающие Землю, Джеймс Ван Аллен предположил, что ядерный взрыв может быть одним из способов исследования магнитного явления. Данные, полученные в ходе испытательных выстрелов в августе 1958 года в рамках проекта Argus , высотного ядерного взрыва , были жизненно важны для раннего понимания магнитосферы Земли . [46] [47]
Советский физик-атомщик и лауреат Нобелевской премии мира Андрей Сахаров также предложил идею о том, что землетрясения можно смягчить, а ускорители частиц можно сделать, используя ядерные взрывы, [48] [49] причем последний был создан путем соединения ядерного взрывного устройства с другим его изобретением, взрыво-накачиваемым генератором компрессии потока , [50] чтобы ускорить протоны для столкновения друг с другом, чтобы исследовать их внутреннюю работу, попытка, которая теперь делается на гораздо более низких уровнях энергии с невзрывными сверхпроводящими магнитами в ЦЕРНе . Сахаров предложил заменить медную катушку в своих генераторах МК большим сверхпроводящим соленоидом для магнитного сжатия и фокусировки подземных ядерных взрывов в эффект кумулятивного заряда . Он предположил, что это может сфокусировать 1023 положительно заряженных протонов в секунду на поверхности 1 мм2 , затем представил, как заставить два таких пучка столкнуться в форме суперколлайдера . [ 51]
Данные о подземных ядерных взрывах, полученные в результате мирных испытательных ядерных взрывов, использовались для исследования состава мантии Земли , аналогично практике разведывательной геофизики по разведке полезных ископаемых с использованием химических взрывчатых веществ в « глубинном сейсмическом зондировании » в сейсмологии отраженных волн . [52] [53] [54]
Проект A119 , предложенный в 1960-х годах, который, как объяснил ученый Аполлона Гэри Лэтэм, представлял собой взрыв «небольшого» ядерного устройства на Луне с целью содействия исследованию ее геологического состава. [55] По своей концепции он аналогичен сравнительно маломощному взрыву, произведенному спутником для разведки и исследования лунных кратеров (LCROSS) , который был запущен в 2009 году и выпустил ударный элемент с кинетической энергией «Centaur» , массой 2305 кг (5081 фунт) и скоростью удара около 9000 км/ч (5600 миль/ч), [56] высвобождая кинетическую энергию, эквивалентную взрыву примерно 2 тонн тротила (8,86 ГДж ).
Первое предварительное исследование воздействия ядерных взрывов на различные металлические и неметаллические материалы было проведено в 1955 году в ходе операции «Чайник» , которая представляла собой цепочку сфер из материала размером примерно с баскетбольный мяч, расположенных на фиксированных воздушных расстояниях и спускающихся с башни для взрывов. [57] В том, что было на тот момент удивительным экспериментальным наблюдением, все сферы, кроме сфер, находящихся непосредственно внутри башни для взрывов, выжили, причем наибольшая абляция была отмечена на алюминиевой сфере, расположенной в 18 метрах (60 футов) от точки взрыва, при этом после извлечения отсутствовало чуть более 25 миллиметров (1 дюйм) поверхностного материала. [57] Эти сферы часто называют « шарами Лью Аллена », в честь руководителя проекта во время экспериментов. [58]
Данные по абляции, собранные для различных материалов, и расстояния, на которые были перемещены сферы, служат основой для исследования ядерного импульсного движения, проекта «Орион» . [58] Прямое использование ядерных взрывчатых веществ с использованием воздействия абляции плазмы топлива от ядерного кумулятивного заряда, действующего на заднюю толкающую пластину корабля, было и продолжает серьезно изучаться в качестве потенциального механизма движения .
Хотя, вероятно, из-за аэродинамического сопротивления он никогда не достигал орбиты , первым макроскопическим объектом, достигшим околоземной орбитальной скорости, была «крышка люка массой 900 кг», приведенная в движение с помощью сфокусированного взрыва испытательного снаряда Pascal-B в августе 1957 года. Использование подземной шахты и ядерного устройства для разгона объекта до второй космической скорости с тех пор получило название «громовой колодец». [59]
В 1970-х годах Эдвард Теллер в США популяризировал концепцию использования ядерного взрыва для питания мягкого рентгеновского лазера с взрывной накачкой в качестве компонента щита противоракетной обороны, известного как проект «Экскалибур» . Это создавало десятки высокосфокусированных рентгеновских лучей, которые могли бы привести к разрушению ракеты из-за лазерной абляции .
Лазерная абляция является одним из механизмов повреждения лазерного оружия , но это также один из исследованных методов, стоящих за импульсным лазерным двигателем, предназначенным для космических аппаратов, хотя обычно питаемым посредством обычных накачиваемых лазерных массивов. Например, наземные летные испытания профессора Лейка Мирабо, с использованием неядерного, обычного питаемого импульсного лазерного испытательного стенда , успешно подняли легкий корабль на 72 метра в высоту методом, аналогичным абляционному лазерному двигателю в 2000 году. [60]
Было подсчитано, что мощная система мягкого рентгеновского и ультрафиолетового лазера на основе солнечной системы способна разогнать межзвездный космический корабль по принципу светового паруса до 11% скорости света . [63] В 1972 году было также подсчитано, что рентгеновский лазер мощностью 1 Тераватт, диаметром 1 км с длиной волны 1 Ангстрем , падающий на парус диаметром 1 км, может доставить космический корабль к Альфа Центавра за 10 лет. [64]
Предложенный способ предотвращения столкновения астероида с Землей, предполагающий короткие сроки между обнаружением и столкновением с Землей , заключается в подрыве одного или серии ядерных взрывных устройств на астероиде, в нем или в его непосредственной близости [65], причем последний метод осуществляется достаточно далеко от приближающейся угрозы, чтобы предотвратить потенциальное разрушение околоземного объекта , но все еще достаточно близко, чтобы вызвать эффект лазерной абляции с высокой тягой . [66]
Анализ НАСА 2007 года стратегий избежания столкновений с использованием различных технологий показал: [67]
Ядерные дистанционные взрывы оцениваются в 10–100 раз эффективнее неядерных альтернатив, проанализированных в этом исследовании. Другие методы, включающие поверхностное или подповерхностное использование ядерных взрывчатых веществ, могут быть более эффективными, но они несут повышенный риск разрушения целевого околоземного объекта. Они также несут более высокие риски разработки и эксплуатации.
Сбор данных был в основном завершен по маршруту 17 в Панаме, одному из маршрутов, рассматриваемых для ядерных раскопок... Комиссия по атомной энергии недавно провела первые два из запланированной серии экспериментов по ядерной раскопке, призванных определить осуществимость ядерной раскопки канала на уровне моря.
Это на 95 процентов безопасно? Мы беспокоимся об остальных 5