Введение
Использование ядерных взрывчатых веществ в невоенных целях Мирные ядерные взрывы (PNE) - это ядерные взрывы, проводимые в невоенных целях. Предлагаемые виды использования включают раскопки для строительства каналов и портов, генерацию электроэнергии, использование ядерных взрывов для привода космических аппаратов и в качестве формы широкомасштабного фрекинга. ПНЭ были областью некоторых исследований с конца 1950-х годов до 1980-х годов, в основном в Соединенных Штатах и Советском Союзе. В США в рамках проекта Plowshare был проведен ряд испытаний. Некоторые из рассматриваемых идей включали в себя взрыв нового Панамского канала, строительство предлагаемого Никарагуанского канала, использование подземных взрывов для создания электричества (проект PACER) и различные исследования горнодобывающей промышленности, геологии и радионуклидов. Наиболее крупные испытания на раскопках были проведены в ядерном испытании Седана в 1962 году, в результате которого в воздух было выброшено большое количество радиоактивного газа. К концу 1960-х годов общественное противодействие Plowshare росло, и исследование 1970-х годов экономики концепций показало, что они не имеют практического применения. С 1960-х годов интерес к Plowshare снизился, и в 1977 году он 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 национальной экономики". Программа была более обширной, в конечном итоге было проведено 239 ядерных взрывов. Некоторые из этих испытаний также выпустили радиоактивность, включая значительное выброс плутония в подземные воды и загрязнение района вблизи реки Волги. Основная часть программы в 1970-х и 1980-х годах заключалась 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 запечатывания взорванных нефтяных скважин. Программа официально закончилась в 1988 году. В рамках продолжающихся усилий по контролю над вооружениями обе программы стали контролироваться различными соглашениями. Наиболее заметным из них является Договор о подземных ядерных взрывах в мирных целях (Договор о ПНЭ) 1976 года. Соглашение о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года запрещает все ядерные взрывы, независимо от того, являются ли они мирными или нет. С тех пор эта тема поднималась несколько раз, часто как метод избежания столкновения с астероидами.
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.
Договор о мирных ядерных взрывах
В Договоре о ПНЭ подписавшиеся стороны договорились: не проводить никаких отдельных ядерных взрывов мощностью более 150 килотонн эквивалента ТНТ; не проводить никаких групповых взрывов (состоящих из нескольких отдельных взрывов) совокупной мощностью более 1500 килотонн; и не проводить никаких групповых взрывов совокупной мощностью более 150 килотонн, если только отдельные взрывы в группе не могут быть идентифицированы и измерены согласованными процедурами проверки. Стороны также подтвердили свои обязательства по полному соблюдению Договора о ограниченном запрещении испытаний 1963 года. Стороны оставляют за собой право осуществлять ядерные взрывы в мирных целях на территории другой страны, если это будет запрошено, но только при полном соблюдении ограничений мощности и других положений Договора о ПНЭ и в соответствии с Договором о нераспространении. Статьи IV и V Договора о ПНЭ определяют согласованные механизмы проверки. В дополнение к использованию национальных технических средств, договор предусматривает, что информация и доступ к местам взрывов будут предоставляться каждой стороной, и включает обязательство не вмешиваться в средства и процедуры проверки. В протоколе к Договору о ПНЭ изложены конкретные согласованные договоренности, обеспечивающие, чтобы никакие связанные с оружием выгоды, исключенные Договором о запрещении испытаний, не были получены в результате осуществления ядерного взрыва, используемого в мирных целях, включая положения об использовании метода измерения гидродинамической отдачи, сейсмического мониторинга и инспекции на месте. Согласно заявлению, которое сопровождает договор, "мирное применение" подземного ядерного взрыва не будет включать в себя испытания ядерного взрывчатого вещества.
Соединенные Штаты: операция "Плохое покрытие"
Операция "Плоушеар" - это название американской программы по разработке методов использования ядерных взрывчатых веществ в мирных целях. Это название было придумано в 1961 году, взято из Михея 4:3 ("И будет судить Он между народами и рассудит между многими народами; и превратят они мечи свои в орала, и копья свои в клинки; не поднимет народ на народ меча, и не будут они больше учиться войне"). С 1961 по 1973 год было произведено 28 ядерных взрывов. Одним из первых предложений США по мирным ядерным взрывам, которые были близки к осуществлению, был проект "Арба", который использовал бы несколько водородных бомб для создания искусственной гавани в мысе Томпсон, Аляска. Это никогда не было осуществлено из-за опасений по поводу местного населения и того факта, что было мало потенциального использования гавани, чтобы оправдать его риск и расходы. Также говорили о том, что ядерные взрывы могут быть использованы для того, чтобы проложить второй Панамский канал, а также альтернативный Суэцкому каналу. Самый большой эксперимент по раскопкам состоялся в 1962 году на испытательном полигоне Министерства энергетики штата Невада. Ядерное испытание Седана, проведенное в рамках операции "Сторакс", вытеснило 12 миллионов тонн земли, создав крупнейший в мире искусственный кратер, который вызвал сильные ядерные осадки в Неваде и Юте. Было проведено три испытания для стимулирования добычи природного газа, но эти усилия были прекращены как непрактичные из-за затрат и радиоактивного загрязнения газа. Было много негативных последствий от 27 ядерных взрывов проекта Plowshare. Например, на участке проекта "Газбугги" другие последствия включали разрушенную землю, перемещенные общины, воду, загрязненную тритием, радиоактивность и осадки от мусора, выбрасываемого высоко в атмосферу. Эти планы были проигнорированы и преуменьшены до тех пор, пока программа не была прекращена в 1977 году, в основном из-за противодействия общественности, после того как на проект было потрачено 770 миллионов долларов.
Советский Союз: ядерные взрывы для национальной экономики
Советский Союз провел гораздо более энергичную программу испытаний 239 ядерных боеголовок, некоторые из которых были с несколькими устройствами, в период с 1965 по 1988 год под эгидой программы No. 6Применение ядерных взрывчатых технологий в интересах национальной экономики и программа No 7Ядерные взрывы для национальной экономики. Первоначальная программа была разработана по образцу американской версии, с теми же основными концепциями. Один из испытаний, испытание Чагана в январе 1965 года, было описано как "почти клон" американского седана. Как и в случае с Седаном, в результате Чагана также был взрыт огромный шлейф радиоактивного материала в атмосферу, вместе с которым, по оценкам, было выброшено 20% продуктов деления. Обнаружение шлейфа над Японией привело к обвинениям со стороны США в том, что Советы провели наземный тест в нарушение Договора о частичном запрещении испытаний, но позже эти обвинения были сняты. Позднее и более обширная программа "Глубокого сейсмического зондирования" была сосредоточена на использовании гораздо меньших взрывов для различных геологических целей. Некоторые из этих испытаний считаются оперативными, а не чисто экспериментальными. Среди них 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). Алексей Яблоков заявил, что все технологии ПНЭ имеют альтернативы, не связанные с ядерным оружием, и что многие ПНЭ фактически вызвали ядерные катастрофы. В докладах о успешном использовании Советским Союзом ядерных взрывов для тушения неконтролируемых пожаров газовых скважин широко цитировались в политических дискуссиях Соединенных Штатов о вариантах прекращения разлива нефти в Мексиканском заливе в 2010 году.
Другие страны
Германия когда-то рассматривала возможность производства ядерных взрывчатых веществ для целей гражданского строительства. В начале 1970-х годов было проведено исследование целесообразности проекта по строительству канала от Средиземного моря до депрессии Катара в Западной пустыне Египта с использованием ядерного сноса. В рамках этого проекта предполагалось использовать 213 устройств мощностью от 1 до 1,5 мегатонн, взорванных на глубине до 100 метров, для строительства этого канала с целью производства гидроэлектроэнергии. "Улыбленный Будда", первое в Индии ядерное взрывное устройство, было описано индийским правительством как мирный ядерный взрыв. В Австралии было предложено использовать ядерные взрывы для добычи железной руды в Пилбаре.
Градостроительство и производство энергии
Помимо использования в качестве оружия, ядерные взрывчатые вещества были испытаны и использованы, аналогично химическим взрывчатым веществам, для различных невоенных целей. Это включало крупномасштабные земляные перемещения, производство изотопов и стимулирование и закрытие потока природного газа. В разгар атомной эры Соединенные Штаты начали операцию "Плоуше", которая включала "мирные ядерные взрывы". Председатель Комиссии по атомной энергии Соединенных Штатов объявил, что проект Plowshare был призван "подчеркнуть мирные применения ядерных взрывчатых устройств и тем самым создать атмосферу мирового мнения, которая будет более благоприятной для разработки и испытаний оружия". Программа операции Plowshare включала 27 ядерных испытаний, предназначенных для исследования этих невооруженных применений с 1961 по 1973 год. Из-за неспособности американских физиков уменьшить долю деления ядерных устройств с низкой мощностью (примерно 1 килотонна), которая была бы необходима для многих проектов гражданского строительства, когда долгосрочные затраты на здравоохранение и очистку от продуктов деления были включены в стоимость, практически не было экономического преимущества по сравнению с обычными взрывчатыми веществами, за исключением потенциально самых крупных проектов. Проект Катарской депрессии был разработан профессором Фридрихом Басслером во время его назначения в министерство экономики Западной Германии в 1968 году. Он предложил план создания сахарского озера и гидроэлектростанции путем прорыва туннеля между Средиземным морем и депрессией Каттара в Египте, области, которая находится ниже уровня моря. Основной проблемой всего проекта было водоснабжение в депрессию. Расчеты Баслера показали, что копание канала или туннеля будет слишком дорогим, поэтому Баслер определил, что использование ядерных взрывных устройств для выемки канала или туннеля будет наиболее экономичным. Египетское правительство отказалось от этой идеи. Советский Союз провел гораздо более исчерпывающую программу, чем Plowshare, с 239 ядерных испытаний в период с 1965 по 1988 год. Кроме того, многие из "испытаний" рассматривались как экономические приложения, а не как испытания, в программе "Ядерные взрывы для национальной экономики". Среди них был взрыв мощностью 30 килотонн, использованный для закрытия узбекской газовой скважины Уртабулак в 1966 году, которая взрывалась с 1963 года, а несколько месяцев спустя взрывчатка мощностью 47 килотонн была использована для закрытия выброса с высоким давлением на близлежащем газовом месторождении Памук. (Для более подробной информации см. вкладка "Взрыв (бурение скважин) #Использование ядерных взрывов".) Устройства, которые производили наибольшую долю своей отдачи только через реакции синтеза, возможно, являются советскими мирными ядерными взрывами в Тайге 1970-х годов. Их публичные записи показывают, что 98% их 15-килотонной взрывной мощности было получено в результате реакций синтеза, так что только 0,3 килотонны были получены в результате деления. Повторное взрывание ядерных устройств под землей в соляных куполах, в некоторой степени аналогично взрывам, которые питают двигатель внутреннего сгорания автомобиля (поскольку это будет тепловой двигатель), также было предложено в качестве средства синтеза энергии в так называемом PACER. Другие исследования использования низкопроизводительных мирных ядерных взрывов были подземными детонациями для стимулирования, с помощью процесса, аналогичного фрекингу, потока нефти и природного газа в узких формациях; это было разработано в Советском Союзе, с увеличением производства многих скважин. Конкретный план Маска не был бы очень осуществим в рамках энергетических ограничений исторически изготовленных ядерных устройств (в диапазоне килотонн эквивалента ТНТ), поэтому для его рассмотрения требуется значительный прогресс. Отчасти из-за этих проблем физик Мичио Каку (который первоначально выдвинул концепцию) вместо этого предлагает использовать ядерные реакторы в типичном наземном способе централизованного отопления для создания изолированных тропических биомов на поверхности Марса.
Физика
Обнаружение и синтез новых химических элементов путем ядерной трансмутации и их производство в необходимых количествах, позволяющих изучить их свойства, осуществлялось в испытаниях ядерных взрывчатых устройств. Например, открытие недолговечного эйнштения и фермия, оба созданных в условиях интенсивного потока нейтронов в термоядерных взрывах, последовало за первым тестом термоядерного устройства Теллера Улама Айви Майка. Быстрое захват стольких нейтронов, необходимых для синтеза эйнштейна, обеспечит необходимое прямое экспериментальное подтверждение так называемого r-процесса, многократного поглощения нейтронов, необходимого для объяснения космического нуклеосинтеза (производства) всех химических элементов, тяжелее никеля в периодической таблице в взрывах сверхновых, до бета-распада, с r-процессом, объясняющим существование многих стабильных элементов во Вселенной. Мировое присутствие новых изотопов из атмосферных испытаний, начавшихся в 1950-х годах, привело к разработке в 2008 году надежного способа обнаружения подделок. Картины, созданные после этого периода, могут содержать следы цезия 137 и стронция 90, изотопов, которых не было в природе до 1945 года. (Продукты деления были произведены в естественном ядерном реакторе деления в Окло около 1,7 миллиардов лет назад, но они распались до самой ранней известной человеческой живописи.) И климатология, и особенно наука об аэрозолях, подполе атмосферной науки, были в значительной степени созданы, чтобы ответить на вопрос о том, как далеко и широко распространяется осадки. Подобно радиоактивным трасерам, используемым в гидрологии и испытаниях материалов, осадки и нейтронная активация азота служили радиоактивным трасером, который использовался для измерения, а затем помогал моделировать глобальные циркуляции в атмосфере, следуя движениям аэрозолей осадков. После того, как в 1958 году были обнаружены пояса Ван Аллена, окружающие Землю, Джеймс Ван Аллен предположил, что ядерный взрыв будет одним из способов исследования магнитного явления. Данные, полученные в августе 1958 года в ходе испытаний проекта Argus, исследования ядерного взрыва на большой высоте, имели жизненно важное значение для раннего понимания магнитосферы Земли. Советский физик-ядерщик и лауреат Нобелевской премии мира Андрей Сахаров также предложил идею, что землетрясения можно смягчить и ускорители частиц можно сделать с помощью ядерных взрывов, причем последний создан путем соединения ядерного взрывного устройства с другим из его изобретений, генератором сжатия потока с взрывным насосом, для ускорения протонов, чтобы столкнуться друг с другом, чтобы исследовать их внутреннюю работу, усилия, которые теперь делаются на гораздо более низких энергетических уровнях с помощью не взрывных сверхпроводящих магнитов в ЦЕРНе. Сахаров предложил заменить медную катушку в своих генераторах МК большим сверхпроводниковым соленоидом, чтобы магнитно сжать и сфокусировать подземные ядерные взрывы в эффект формованного заряда. Он предположил, что это может сосредоточить 1023 положительно заряженных протонов в секунду на поверхности площадью 1 мм2, а затем предусмотрел столкновение двух таких пучков в виде суперколайдера. Подземные ядерные взрывчатые данные из мирных испытаний ядерных взрывов использовались для исследования состава мантии Земли, аналогично геофизической практике разведки минеральных ископаемых с использованием химических взрывчатых веществ в "глубоком сейсмическом зондировании" отраженной сейсмологии. Проект A119, предложенный в 1960-х годах, который, как объяснил ученый из "Аполлона" Гэри Латэм, был бы детонацией "маленького" ядерного устройства на Луне, чтобы облегчить исследование ее геологического состава. Аналогично по концепции сравнительно низкой мощности взрыва, созданного миссией спутника наблюдения и обнаружения лунных кратеров (LCROSS), которая была запущена в 2009 году и выпустила ударный двигатель "Кентавр" с кинетической энергией, ударный двигатель с массой 2 305 кг и скоростью удара около , выпуская кинетическую энергию, эквивалентную детонации приблизительно 2 тонн тротилового ружья (8,86 ГДж).
Использование двигателя
Первое предварительное исследование эффектов ядерных взрывов на различные металлические и неметаллические материалы, произошедшее в 1955 году с операцией "Теапот", было цепочкой примерно баскетбольных шаров из материала, расположенных на фиксированных воздушных расстояниях, спускающихся с вышки. В то время это было удивительным экспериментальным наблюдением, все, кроме сфер непосредственно внутри выстрела, выжили, причем наибольшая абляция отмечена на алюминиевой сфере, расположенной в 18 метрах от точки детонации, с незначительным превышением поверхностного материала, отсутствующего при восстановлении. Данные об абляции, собранные для различных материалов и расстояния, на которые были двинуты сферы, служат основой для исследования ядерного импульсного движения, проекта Орион. В 1970-х годах Эдвард Теллер в Соединенных Штатах популяризировал концепцию использования ядерного взрыва для питания взрывно накачиваемого мягкого рентгеновского лазера в качестве компонента щита от баллистических ракет, известного как Проект Экскалибур. Это создало десятки высокофокусированных рентгеновских лучей, которые могли привести к разрыву ракеты из-за лазерной абляции. Лазерная абляция является одним из механизмов повреждения лазерного оружия, но это также один из исследований методов импульсного лазерного движения, предназначенных для космических аппаратов, хотя обычно они работают с помощью обычно накачиваемых лазерных массивов. Например, наземные испытания полета профессора Лейка Мирабо, используя неядерный, обычный импульсный лазерный испытательный стенд, успешно подняли летательный аппарат на 72 метра высоты методом, аналогичным абляционному лазерному движению в 2000 году. Мощная солнечная система, основанная на мягких рентгеновских лучах, ультрафиолетовых, лазерная система была рассчитана на то, чтобы быть способной продвигать межзвездный космический корабль, по принципу светового паруса, до 11% скорости света. В 1972 году также было вычислено, что рентгеновский лазер диаметром 1 километр с длиной волны 1 ангстром, поражающий парус диаметром 1 километр, может привести космический корабль к Альфе Центавра за 10 лет.