Кіріспе
Ядролық жарылғыш заттарды әскери емес мақсаттарда пайдалану Бейбіт ядролық жарылыстар (ББЖ) - әскери емес мақсаттарда жүргізілетін ядролық жарылыстар. Ұсынылған пайдалануларға арналар мен порттар салу үшін қазба, электр энергиясын өндіру, ғарыш кемесін жүргізу үшін ядролық жарылыстарды пайдалану және кең аймақты фрекинг түрі жатады. ПНЭ 1950 жылдардың аяғынан 1980 жылдарға дейін, негізінен АҚШ пен Кеңес Одағында, кейбір зерттеулер жүргізілген. АҚШ-та Plowshare жобасы аясында бірнеше сынақтар жүргізілді. Қарастырылған идеялардың кейбіреулері жаңа Панама каналын жарылту, Никарагуа каналын салу, жер асты жарылыстарын электр энергиясын өндіру үшін пайдалану (PACER жобасы) және әр түрлі тау-кен, геологиялық және радионуклидтік зерттеулер. Қазба сынақтарының ең үлкені 1962 жылы Седан ядролық сынағында жүргізілді, ол ауада радиоактивті газдың үлкен мөлшерін шығарды. 1960 жылдардың аяғында Plowshare-ге қарсылық көбейіп кетті, ал 1970 жылдары бұл тұжырымдаманың экономикасын зерттеу олардың практикалық қолданысы жоқ екенін көрсетті. Plowshare 1960 жылдардан бастап қызығушылықтың төмендеуін көрді және 1977 жылы ресми түрде тоқтатылды. Кеңестер бағдарламасы АҚШ-тың күш-жігерінен бірнеше жыл өткен соң басталды және олардың Ұлттық экономика үшін ядролық жарылыстар бағдарламасы бойынша көптеген бірдей тұжырымдамаларды зерттеді. Бағдарлама одан да кең көлемде болды, нәтижесінде 239 ядролық жарылыс жүргізілді. Кейбір сынақтар радиоактивтіліктерді, соның ішінде жер асты суларына плутонийді және Волга өзенінің маңындағы аумақты ластады. 1970 және 80-жылдардағы бағдарламаның негізгі бөлігі сейсмикалық өлшеу құралы ретінде соққы толқынын шығару үшін өте кішкентай бомбаларды пайдалану болды, және осы эксперименттердің бір бөлігі ретінде екі бомба жарылған мұнай ұңғымаларын бекіту үшін сәтті қолданылды. Бағдарлама ресми түрде 1988 жылы аяқталды. Қаруларды бақылауға бағытталған іс-қимылдың бір бөлігі ретінде екі бағдарлама да әр түрлі келісімдермен бақылана бастады. Олардың ішіндегі ең маңыздысы 1976 жылғы бейбіт мақсаттағы жер асты ядролық жарылыстар туралы шарт (PNE шарт). 1996 жылғы ядролық сынақтарды толық тыйым салу туралы келісім бейбіт мақсатта жасалғанына қарамастан, барлық ядролық жарылыстарға тыйым салады. Сол уақыттан бері бұл тақырып бірнеше рет көтерілді, көбінесе астероидтердің соқтығысуын болдырмау әдісі ретінде.
Peaceful nuclear explosions (PNEs) are nuclear explosions conducted for non military purposes. Proposed uses include excavation for the building of canals and harbours, electrical generation, the use of nuclear explosions to drive spacecraft, and as a form of wide area fracking. PNEs were an area of some research from the late 1950s into the 1980s, primarily in the United States and Soviet Union. In the U. S., a series of tests were carried out under Project Plowshare. Some of the ideas considered included blasting a new Panama Canal, constructing the proposed Nicaragua Canal, the use of underground explosions to create electricity (Project PACER), and a variety of mining, geological, and radionuclide studies. The largest of the excavation tests was carried out in the Sedan nuclear test in 1962, which released large amounts of radioactive gas into the air. By the late 1960s, public opposition to Plowshare was increasing, and a 1970s study of the economics of the concepts suggested they had no practical use. Plowshare saw decreasing interest from the 1960s, and was officially cancelled in 1977. The Soviet program started a few years after the U. S. efforts and explored many of the same concepts under their Nuclear Explosions for the National Economy program. The program was more extensive, eventually conducting 239 nuclear explosions. Some of these tests also released radioactivity, including a significant release of plutonium into the groundwater and the polluting of an area near the Volga River. A major part of the program in the 1970s and 80s was the use of very small bombs to produce shock waves as a seismic measuring tool, and as part of these experiments, two bombs were successfully used to seal blown out oil wells. The program officially ended in 1988. As part of ongoing arms control efforts, both programs came to be controlled by a variety of agreements. Most notable among these is the 1976 Treaty on Underground Nuclear Explosions for Peaceful Purposes (PNE Treaty). The Comprehensive Nuclear Test Ban Treaty of 1996 prohibits all nuclear explosions, regardless of whether they are for peaceful purposes or not. Since that time the topic has been raised several times, often as a method of asteroid impact avoidance.
Бейбіт ядролық жарылыстар туралы келісім
PNE шартында қол қоюшылар: 150 килотонна ТНТ эквивалентінен асатын жеке ядролық жарылыстарды жасамауға; 1500 килотоннадан асатын жиынтық қуаты бар топтық жарылыстарды (бірнеше жеке жарылыстардан тұратын) жасамауға; 150 килотоннадан асатын жиынтық қуаты бар топтық жарылыстарды жасамауға келісті, егер топтағы жеке жарылыстар келісілген тексеру рәсімдері арқылы анықталып, өлшенбесе. Тараптар 1963 жылғы сынақтарды шектеу туралы шартты толық орындауға қатысты өздерінің міндеттемелерін қайта растады. Тараптар басқа елдің аумағында бейбіт мақсатта ядролық жарылыстар жүргізу құқығын сақтайды, егер солай етуді сұраса, бірақ тек қана ПНЕ шартының өнімділік шектеулерін және басқа да ережелерін толықтай сақтай отырып және ядролық қаруды таратпау туралы шартпен сәйкес. PNE шартының IV және V баптарында келісілген тексеру тәртібі көрсетілген. Ұлттық техникалық құралдарды пайдаланудан басқа, келісімшартта жарылыстар болған жерлерге ақпарат және кіру әр тараптан ұсынылады және тексеру құралдары мен процедураларына араласпауға міндеттеледі. ПНЕ шартына хаттамада бейбіт мақсаттарда қолданылатын ядролық жарылысты жүзеге асыру арқылы қарумен байланысты пайданың жоқтығын қамтамасыз ету үшін келісілген арнайы шаралар, соның ішінде гидродинамикалық өнімділікті өлшеу әдісін қолдану, сейсмикалық бақылау және жергілікті инспекцияны жүргізу туралы ережелерді қамтиды. Келісімге қоса берілген келісілген мәлімдемеде жер асты ядролық жарылысын "бейбіт мақсатта қолдану" кез келген ядролық жарылғыш заттың дамуына сынақ жүргізуді қамтымайды деп нақтыланады.
АҚШ: "Арба" операциясы
"Plowshare" операциясы - ядролық жарылғыш заттарды бейбіт мақсаттарда қолдану әдістерін әзірлеу жөніндегі АҚШ бағдарламасының атауы. Бұл атау 1961 жылы Михей 4: 3-тен алынған ("Ол халықтар арасында сот жүргізетін болады, көптеген халықтарды әшкерелейді. 1961 және 1973 жылдар аралығында 28 ядролық жарылыс болды. АҚШ-тың бейбіт ядролық жарылыстар туралы алғашқы ұсыныстарының бірі - Аляскадағы Томпсон мысында жасанды порт жасау үшін бірнеше сутекті бомбаларды қолданатын Project Chariot болды. Бұл жоба жергілікті халықты алаңдататын және порттың тәуекелділігі мен шығындарын ақтауға аз мүмкіндік беретіндігіне байланысты жүзеге асырылмаған. Сонымен қатар, екінші Панама каналын қазу үшін ядролық жарылыстар қолдану туралы сөз болды, сондай-ақ Суэц каналына балама. Ең ірі қазба эксперименті 1962 жылы Энергетика министрлігінің Невада штатындағы сынақ алаңында жүргізілді. Операция "Сторакс" аясында жүргізілген Седан ядролық сынағы 12 миллион тонна жерді ығыстырып, әлемдегі ең үлкен адам жасаған кратерді құрды, Невада мен Юта штаттарының үстінде үлкен ядролық жауын-шашын туды. Табиғи газ өндіруді ынталандыру үшін үш сынақ жүргізілді, бірақ газдың шығындары мен радиоактивті ластануы себепті бұл әрекеттен бас тартылды. "Плоушеар" жобасының 27 ядролық жарылысынан көптеген жағымсыз әсерлер болды. Мысалы, Газқұрт жобасы бойынша, басқа да салдары: жердің бұзылуы, қоныс аудару, судың тритиймен ластануы, радиоактивтілік және атмосфераға лақтырылған қалдықтардың ластануы. Бұл бағдарлама 1977 жылы тоқтатылғанға дейін елемеді және шамалы болды, себебі көпшілік қарсылық көрсетті, жобаға 770 миллион доллар жұмсалды.
Кеңес Одағы: Ұлттық экономика үшін ядролық жарылыстар
1965-1988 жылдар аралығында Кеңес Одағының "No" бағдарламасы аясында 239 ядролық сынақ, кейбіреулері бірнеше құрылғымен, әлдеқайда күшті бағдарлама жүргізілді. 6Атомдық жарылғыш технологияларды ұлттық экономика мүддесінде қолдану және No 7Атомдық жарылыстар ұлттық экономика үшін. Бастапқы бағдарлама АҚШ-тағы нұсқаға негізделіп, сол негізгі тұжырымдамалар зерттелді. 1965 жылдың қаңтарында өткен "Чаган" сынағы АҚШ-тың Седанның "жақын клоны" ретінде сипатталды. Седан сияқты, Шаган да атмосфераға жоғарыда ұшырылған радиоактивті материалдың үлкен көлеңкесін әкелді, оның ішінде 20% -ы бөліну өнімдері болды. Жапониядағы бұлт тұмандылығы туралы хабар АҚШ-тың кеңестер Жер бетіндегі сынақтарды жарым-жартылай сынақтарға тыйым салу туралы келісімді бұза отырып жүргізді деген айыптауларына әкелді, бірақ бұл айыптаулар кейіннен алынып тасталды. Кейінгі және кеңінен " Терең сейсмикалық сондау" бағдарламасы әртүрлі геологиялық мақсаттар үшін әлдеқайда кіші жарылыстарды пайдалануға бағытталған. Осы сынақтардың кейбіреулері тек тәжірибелік емес, операциялық болып саналады. Бұған терең сейсмикалық профильдер құру үшін бейбіт ядролық жарылыстарды қолдану кірді. Кәдімгі жарылғыш заттарды немесе механикалық әдістерді қолданумен салыстырғанда, ядролық жарылыстар ұзын сейсмикалық профильдерді (бірнеше мың шақырымға дейін) жинауға мүмкіндік береді. Алексей Яблоков барлық ПНЭ технологиясының ядролық емес баламалары бар екенін және көптеген ПНЭ ядролық апатқа себепкер болғанын мәлімдеді. Кеңестердiң ядролық жарылыстарды бақылаудан тыс газ ұңғымаларында өрт сөндiруде табысты пайдалануы туралы есептер 2010 жылы Мексика шығанағында Deepwater Horizon мұнайдың төгілуін тоқтатудың нұсқалары туралы АҚШ-тың саяси талқылауларында кеңінен келтірілді.
Басқа елдер
Германия бір кездері азаматтық инженерлік мақсаттар үшін ядролық жарылғыш заттарды өндіруді қарастырған. 1970 жылдардың басында Жерорта теңізінен Египеттің батыс шөліндегі Катара депрессиясына дейін ядролық бұзылуды қолдана отырып, канал салу жобасы бойынша мүмкіншілік зерттеу жүргізілді. Бұл жобада гидроэлектр энергиясын өндіру мақсатында осы каналды салу үшін тереңдікте жарылған 1 мен 1,5 мегатонналық 213 құрылғыны пайдалану ұсынылды. Үндістан үкіметі "Бүлімсіреп тұрған Будда" атты ядролық жарылыс затын бейбіт мақсатта жасалған деп сипаттады. Австралияда Пилбарада темір кенін өндірудің бір жолы ретінде ядролық жарылыс жасау ұсынылды.
Азаматтық құрылыс және энергия өндіру
Қару ретінде қолданылудан басқа, ядролық жарылғыш заттар сыналды және химиялық жарылғыш заттарға ұқсас әр түрлі әскери емес мақсаттарда қолданылды. Бұған жерді кең көлемде жылжыту, изотоптарды өндіру, табиғи газдың ағынын ынталандыру және тоқтату кіреді. Атом дәуірінің шыңына жеткенде, Құрама Штаттар "бейбіт ядролық жарылыстар" бар "Плаушэр" операциясын бастады. АҚШ-тың Атом энергиясы жөніндегі комиссиясының төрағасы Plowshare жобасы "ядролық жарылғыш құрылғылардың бейбіт мақсатта қолданылуын атап өту және осылайша қару-жарақтарды әзірлеу мен сынау үшін әлемдегі пікірдің қолайлы ахуалын қалыптастыру" мақсатын көздегенін мәлімдеді. "Plowshare" операциясы 1961 жылдан 1973 жылға дейін осы қару емес мақсаттарды зерттеуге арналған 27 ядролық сынақты қамтиды. АҚШ физиктерінің көптеген азаматтық-техникалық жобаларда қажет болатын төмен өнімділіктегі (шамамен 1 килотонна) ядролық құрылғылардың бөлінуі бөлігін азайта алмауына байланысты, егер бөліну өнімдерінің ұзақ мерзімді денсаулық және тазалау шығындары шығынға енгізілсе, онда дәстүрлі жарылғыш заттарға қарағанда экономикалық артықшылық жоқ, тек ең үлкен жобалар үшін ғана. Қатара депрессиялық жобасын профессор Фридрих Баслер Батыс Германияның экономика министрлігіне тағайындалған кезінде 1968 жылы әзірлеген. Ол Жер шары теңізі мен Мысырдағы Катара депрессиясы арасындағы теңіз деңгейінен төмен жатқан аймақты жарылғыза отырып, Сахара көлі мен гидроэлектр стансасын құру жоспарын ұсынды. Жобаның басты мәселесі сумен қамтамасыз ету болды. Баслердің есептеулері көрсеткендей, канал немесе туннель қазу тым қымбат болады, сондықтан Баслер канал немесе туннель қазу үшін ядролық жарылғыш құрылғыларды пайдалану ең экономикалық болады деп анықтады. Мысыр үкіметі бұл идеяны жүзеге асырудан бас тартты. Кеңес Одағы 1965-1988 жылдар аралығында 239 ядролық сынақ жүргізе отырып, Plowshare-тен әлдеқайда толық бағдарлама жүргізді. Бұдан басқа, "сынақтардың" көбісі Ұлттық экономика үшін ядролық жарылыстар бағдарламасында сынақ емес, экономикалық қосымшалар ретінде қарастырылды. Бұлардың ішінде 1963 жылдан бері өрлеп келе жатқан Өзбекстанның Уртабұлақ газ ұңғымасын жабу үшін 30 килотонналық жарылыс қолданылды, ал бірнеше айдан кейін жақын маңдағы Памук газ алаңында жоғары қысымды жарылыс жасау үшін 47 килотонналық жарылғыш қолданылды. (Толығырақ "Атомдық жарылыстар" деген бетті қараңыз.) Өз өнімінің ең көп үлесін тек синтез реакциялары арқылы өндірген құрылғылар, мүмкін, 1970-ші жылдардағы Тайга советінің бейбіт ядролық жарылыстары. Олардың деректері бойынша, 15 килотонналық жарылғыш заттың 98% -ы синтез реакциясынан алынған, сондықтан 0,3 килотонналық жарылыс бөлінуден алынған. Жер астындағы тұз күмбездеріндегі ядролық құрылғыларды бірнеше рет жарылу, автомобильдің ішкі жанатын двигательін қуатты ететін жарылыстарға ұқсас (бұл жылу двигатели болады), сонымен қатар PACER деп аталатын термоядролық энергияның құралы ретінде ұсынылды. Тыныштық үшін аз өнімділіктегі ядролық жарылыстарды пайдаланудың басқа да зерттеулері жер асты жарылыстары болды. Бұл фрекингке ұқсас процесс арқылы мұнай мен табиғи газдың тығыз формацияларда ағынын ынталандыру үшін жасалды. Бұл ең көп дамыған Кеңес Одағында, көптеген ұңғымалардың өндірісінің артуы туралы хабарланды. Масктың нақты жоспары бұрыннан жасалған ядролық құрылғылардың энергия шектеулері (ТНТ эквивалентінің килотонналары) ішінде өте тиімді болмайды, сондықтан оны қарастыру үшін үлкен жетістіктер қажет. Осы проблемаларға байланысты, физик Мичио Каку (алғашқыда бұл тұжырымдаманы ұсынған) ядролық реакторларды Марс бетінде оқшауланған тропикалық биомалар жасау үшін әдеттегі жер бетіндегі аудандарды жылыту тәсілімен пайдалануды ұсынады.
Физика
Ядролық жарылғыш құрылғыларды сынау кезінде ядролық трансмутация арқылы жаңа химиялық элементтерді табу және синтездеу, сондай-ақ олардың қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік беретін қажетті мөлшерде өндіру жүзеге асырылды. Мысалы, термоядролық жарылыстардағы жоғары қарқынды нейтрондық сәулелену ортасында пайда болған, қысқа ғұмырлы эйнштейн мен фермийдің ашылуы, алғашқы Теллер-Улам термоядролық құрылғысының – Ivy Mike сынағынан кейін болды. Эйнштейн синтезі үшін қажетті көптеген нейтрондарды жылдам ұстау, «r процесі» деп аталатын нәрсенің тікелей эксперименталдық растауын қамтамасыз ететін еді. Бұл r процесі – никельден ауыр барлық химиялық элементтердің ғарыштық нуклеосинтезін (өндірісін) түсіндіруге қажетті бірнеше нейтронды сіңіру, бета-ыдыраудан бұрын, және ғаламдағы көптеген тұрақты элементтердің болуын түсіндіреді. 1950 жылдардан бастап атмосфералық сынақтардан алынған жаңа изотоптардың бүкіл әлемде таралуы 2008 жылы өнер туындыларының жалғандығын анықтаудың сенімді әдісін әзірлеуге әкелді. Осы кезеңнен кейін жасалған суреттерде цезий-137 және стронций-90 іздері болуы мүмкін, бұл изотоптар 1945 жылға дейін табиғатта кездеспеген. (Фиссион өнімдері шамамен 1,7 миллиард жыл бұрын Оклодағы табиғи ядролық фиссион реакторында пайда болған, бірақ адамдар сурет салғанға дейін ыдырап кеткен.) Климатология, және әсіресе атмосфера ғылымының саласы болып табылатын аэрозоль ғылымы, көбінесе жауын-шашынның қаншалықты алысқа және кеңге таралатынын анықтау үшін құрылды. Гидрологияда және материалдарды сынауда қолданылатын радиоактивті маркерлерге ұқсас, жауын-шашын және азот газының нейтрондық белсендіруі атмосферадағы жаһандық айналымды өлшеуге және модельдеуге көмектесетін радиоактивті маркер ретінде қызмет етті, жауын-шашын аэрозольдерінің қозғалысын қадағалап. 1958 жылы Жерді қоршап тұрған Ван Аллен белдеулері ашылғаннан кейін Джеймс Ван Аллен магниттік құбылысты зерттеудің бір жолы – ядролық жарылыс екенін ұсынды. 1958 жылдың тамызындағы Аргус жобасының сынақтарынан алынған деректер, жоғары биіктіктегі ядролық жарылысты зерттеу, Жердің магнитосферасын ерте түсіну үшін маңызды болды. Кеңес ядролық физигі және Нобель сыйлығының лауреаты Андрей Сахаров жер сілкіністерін азайтуға және ядролық жарылыстарды пайдалану арқылы бөлшектер үдеткіштерін жасау идеясын ұсынды. Соңғысы, ядролық жарылғыш құрылғыны оның басқа бір өнертабысы – жарылғыш насоспен сорылатын флюс компрессиялық генератормен байланыстыру арқылы, протондарды жылдамдатып, бір-бірімен соқтығыстырып, олардың ішкі құрылымын зерттеу үшін жасалатын еді, бұл қазір ЦЕРН-де жарылғыш емес, суперөткізгіш магниттермен әлдеқайда төмен энергия деңгейінде жүзеге асырылуда. Сахаров МК генераторларындағы мыс катушканы магниттік түрде қысып, жер асты ядролық жарылыстарды шоғырландыру үшін үлкен суперөткізгіш соленоидпен ауыстыруды ұсынды. Ол осылайша 1 мм² бетінде секундына 10²³ оң зарядталған протондарды шоғырландыра алатынын болжады, содан кейін осындай екі сәулені суперколайдер түрінде соқтығыстыруды көздеді. Бейбіт ядролық жарылыс сынақтарынан алынған жер асты ядролық жарылыс деректері Жер мантиясының құрамын зерттеу үшін пайдаланылды, бұл «терек сейсмикалық зерттеуде» химиялық жарылғыш заттармен минералдарды іздеудің геофизикалық тәжірибесіне ұқсас. 1960 жылдары ұсынылған A119 жобасы, Аполлон ғалымы Гэри Латхэм түсіндіргендей, Айдың геологиялық құрамын зерттеуді жеңілдету үшін Айда «шағын» ядролық құрылғыны жарыту еді. Бұл, 2009 жылы ұшырылып, «Кентавр» кинетикалық энергия әсер етушісін шығарған, 2,305 кг (5,081 фунт) массасы бар және шамамен 8,86 ГДж (2 тонна ТНТ-ге тең) кинетикалық энергияны босататын су іздеу (LCROSS) Ай кратерлерін бақылау және сезімдеу спутнигі миссиясы жасаған салыстырмалы түрде төмен өнімділік жарылысына ұқсас.
Қозғалтқыштың қолданылуы
Ядролық жарылыстардың әртүрлі металл және металл емес материалдарға әсерін алғашқы алдын ала зерттеу 1955 жылы "Теапа" операциясы кезінде жүргізілді. Бұл материалдың баскетбол шамасы шамасында болатын, белгіленген әуе қашықтықта орналастырылған, ату мұнарасынан төмен түсетін материалдардың тізбегі болды. Сол кездегі таңғажайып тәжірибелік байқауда, атыс мұнарасының ішіндегі сфералардан басқалары аман қалды, ал ең үлкен алюминийлі сферада детонация нүктесінен 60 фут (18 м) қашықтықта орналасқан, қалпына келтірілген кезде беті материалдың аз ғана бөлігі жоқ. Әр түрлі материалдардан жиналған абляция деректері және сфералардың қозғалған қашықтығы ядролық импульстік қозғалыс зерттеуінің негізі ретінде қызмет етеді, Орион жобасы. 1970 жылдары АҚШ-та Эдвард Теллер ядролық жарылыс арқылы жарылғышпен айдап әкелінетін жұмсақ рентген лазерін "Экскалибур" жобасы деп аталатын баллистикалық зымыраннан қорғаныс қалқанының құрамдас бөлігі ретінде пайдалану идеясын танымал етті. Бұл лазерлік абляциядан кейін зымыранның ыдырауына себеп болатын ондаған жоғары шоғырланған рентген сәулелерін жасады. Лазерлік абляция лазерлік қарудың зақымдау механизмдерінің бірі, сонымен қатар ғарыш кемелеріне арналған импульсті лазерлік қозғалтқыштың артында зерттеу әдістерінің бірі, бірақ әдетте дәстүрлі түрде сорғыланған лазерлік массивтер арқылы қуатты болады. Мысалы, профессор Лейк Мирабоның ядролық емес, әдеттегідей импульстік лазерлік сынақ төсегін пайдалана отырып, 2000 жылы лазерлік қозғалтқышты жоюға ұқсас әдіспен жеңіл ұшақты 72 метр биіктікке көтеруді сәтті жүзеге асырды. Күн жүйесінің мықты жұмсақ рентген сәулелері, ультрафиолетке негізделген лазерлік жүйесі жарық желкенінің принципі бойынша жұлдыздар аралық ғарыш кемесін жарық жылдамдығының 11% -ына дейін жылжыта алады деп есептелген. 1972 жылы 1 тераватты, 1 км диаметрлі рентген лазері 1 ангстром толқын ұзындығы 1 км диаметрлі желкенге соқтығысып, ғарыш кемесін Альфа Центаврға 10 жылда жеткізе алатыны есептелді.