Таким образом, проведенный анализ свидетельствует о том, что при подземных ядерных взрывах в штольнях наряду с внешним гамма-облучением всего тела, реальную опасность представляет облучение щитовидной железы, вследствие ингаляционного поступления радионуклидов йода. В отличие от этого вида испытаний, при ядерных взрывах в скважинах в условиях обычной (неаварийной) радиационной обстановки дозы внутреннего облучения за счет инкорпорации РБГ и короткоживущих дочерних продуктов их радиоактивного распада на 10 – 100 раз меньше доз внешнего гамма-излучения.

Обследование котловых полостей подземных ядерных взрывов.
Этот раздел доклада посвящен целям и задачам обследования эпицентральных полостей подземных ядерных взрывов в штольнях, экспериментаторам, которые проводили эти работы. Характер и условия работы экспериментаторов, в которых они работали, будут рассмотрены на примере одной из штолен (148/5).

В таблице 5 представлены данные по радиационной обстановке в полостях подземных ядерных взрывов.



Первый подземный ядерный взрыв в СССР был осуществлен на Семипалатинском полигоне в штольне В-1 (11.10.61). Для изучения радиационных и механических эффектов подземного взрыва была организована горная проходка в центр полости, куда исследователи ПромНИИПроекта, Радиевого института им. В. Г. Хлопина и полигона (А. М. Матущенко, Ю. В. Дубасов) смогли подойти в августе 1964 г. К этому моменту начальная полость взрыва оказалась заполнена обрушенной породой. Поэтому при первых обследованиях казалось, что выработка или еще не дошла до полости, или сильно отклонилась от намеченной цели. Однако после того, как была дважды выполнена маркшейдерская съемка, показавшая, что именно это отметка является точкой заложения заряда, сомнения исчезли. Осмотр выработки в зоне полости показал, что ее сечение резко увеличилось, а после уборки обрушившейся породы показался купол высотою 7-8 м. Обнаруженные среди обрушенной породы стеклообразные радиоактивные образцы представляли собой ярко выраженные натечные образования массивного стекла. Длина отдельных натеков - сосулек достигала 4—5 см. Переход от плотно спрессованной мелко раздробленной породы к крупным блокам неизмененного гранита объемом несколько м3, а также наличие образцов застывшего расплава, стекавшего со стенок полости, давали основания считать, что граница полости находится на расстоянии 8 м от центра взрыва /4/.

Повышение уровня радиации до 0,2 мР/час началось в 70 м от центра взрыва. В дальнейшем при проходке выработки уровень радиации менялся от 1 до 25 мР/час. Максимальные значения в 25 мР/час отмечались на удалении 34 м от центра взрыва и на границе полости. В центре полости величина мощности экспозиционной дозы (МЭД) составила 10 мР/час. Высокий уровень радиации в районе отметки 34 м был обусловлен наличием в стенке жилы застывшего расплава шириной до 40 см и протяженностью 6 м вдоль стенки. В этой жиле была обнаружена деформированная по краям оплавленная металлическая труба длиной 30 см, весом 1 кг. На участке 12-6 м резко возросло количество обнаженных мелких (1 см) и средних (до 10 см) жил стекловидной массы.

Следующим взрывом, в полость которого была организована горная проходка, был взрыв в штольне 504П, проведенный также в массиве Дегелен на Семипалатинском полигоне 29 октября 1968 года. Обходная горная выработка соединилась с полостью через 457 дней после взрыва (зимой 1970 г.). Первое обследование механических и радиационных параметров было выполнено специалистами полигона во главе с А. М. Матушенко и сотрудников ПромНИИПроекта.

Последний участок забоя при проходке был вброшен в полость и поэтому на навале обрушенной породы образовалась дополнительная насыпь. К удивлению и радости исследователи увидели почти сохранившуюся полость. Она оказалась наполовину засыпана обрушенной со стенок и свода породой.

Детальное обследование полости взрыва в штольне 504П с отбором проб проводилось сотрудниками Радиевого института им. В. Г. Хлопина во главе Ю.В. Дубасовым, специалистами полигона, руководитель А.М.Матущенко, ПромНИИПроекта и Института прикладной геофизики им. Е. К. Федорова в 1971 и 1972 г.г /4,5/.

Нижняя часть полости на высоту 3 м оказалась заполненной радиоактивным монолитным темным стеклом с зеленоватым отливом, напоминающим обсидиан. Шаровой сегмент с застывшим расплавом был прикрыт мощным слоем обрушенной породы с обломками разных размеров. В своде полости прослеживались трещины мощностью до нескольких сантиметров, заполненные расплавом породы. Большая часть видимой поверхности полости на высоту до 4 м от экваториальной плоскости покрыта расплавом, имеющим вид сталактитовых натеков, то есть отчетливых следов течения в виде застывших потоков и. сосулек. Мощность корки стекла варьировала в пределах 1-20 см. Стекло пузыристое, тазовые пустоты ориентированы длинной осью в направлении течения. Размеры газовых пустот до 2 см, объемная плотность стекла ~ 600—1400 кг/м3. Мощность экспозиционной дозы вплотную к оплавленным стенкам варьировала в пределах 20-40 мР/час, на навале обрушенных пород она составляла около 20 мР/час.

За пределы полости расплав вышел в виде единичных отдельных тонких прожилков на расстояние не более 7 м от границы полости. Выход расплава отмечался как по образованным в результате взрыва, так и по унаследованным трещинам исходной тектонической зоны. Вблизи границы полости преобладали вновь образованные, а на удалении — первичные трещины. При анализе степени загрязнения массива использовались: гамма-каротаж, спектрометрический гамма-каротаж, радиометрическое опробование, гамма-профилирование, спектрометрическое опробование в сочетании с радиометрическим опробованием.

В дальнейшем были обследованы полость взрыва в штольне 190, 103, отсек захоронения (5) взрыва в штольне 148/5 и др. В результате таких исследований был получен уникальный материал о воздействии высоких температур и давлений на горную породу. Полученные результаты использовались для составления радиационных и геотехнологических прогнозов, а также для проектирования испытательных и мирных ядерных взрывов.

Обследование отсека захоронения штольни 148/5.

Испытание было проведено 16.12 1974г. в штольне горного массива «Дегелен» с целью отработки ядерно-взрывной технологии по программе их мирного использования ядерных взрывов, а именно: захоронение радиоактивных продуктов взрыва в отдельном отсеке (см.рис.1).



Рис.1. Схема штольни 148/5 с отсеком захоронения
1. Концевой бокс
2. 1-й участок забивки
3. Канал вывода излучений
4. Гермоэлемент
5. Отсек захоронения

Отличительной особенностью этого было то, что для захоронения радиоактивных продуктов взрыва непосредственно к концевому боксу 1 (место установки ядерного заряда), примыкал отсек захоронения 5. Отсек захоронения представлял собой расширяющуюся горизонтальную выработку, которая, как было сказано, примыкала к эпицентру ядерного взрыва. По замыслу авторов в этот отсек вместе с расплавом должны были быть вброшены радиоактивные продукты взрыва. Ответ на этот вопрос должна была дать экспедиция в полость ЯВ и отсек захоронения /6/.

Первая экспедиция, руководителем которой был Блинов Рудольф Сергеевич, состоялась летом 1975 года. В состав экспедиции входили:

специалисты полигона - Блинов Р.С., Андреев А.И., Федотов Ю.Б., Смагулов С.Г., Соломонов А.А.;
ВНИИЭФ (Арзамас-16) – Семенов В.Я., Вертроградов В.;
Горноспасатели Центральной экспедиции (Ленинобадский горно-химический комбинат) во главе с Геннадием Лариным.
Поход в отсек захоронения должен пройти по стволу обходной выработки, которую выполнила горнопроходческая бригада Центральной экспедиции (ЦЭ). Проект проходки обходного ствола подготовила группа сотрудников ПромНИИпроекта (МСМ) во главе с Мясниковым К.В.

Рудольф Блинов совместно с горноспасателями разработал маршрут похода по обходной выработке в зону отсека захоронения.

Основные задачи:

Отбор представительных проб,
Описание места отбора и привязка к маркшейдерским отметкам,
Измерение мощности дозы гамма-излучения в местах отбора проб.
В дальнейшем эти пробы должны быть подвергнуты радиохимическому и гамма - спектрометрическому анализам в 3 отделе научно-исследовательских подразделений полигона (НИП).

После инструктажа мы пошли по стволу обходной штольни. Следует отметить, что место каждого члена при следовании штольне было четко определено и запрещалось нарушать этот порядок. По обходной штольне мы вышли к основному стволу штольни 148/5. По пути следования в некоторых местах произошло обрушение свода и ствол штольни засыпан разрушенной породой. По этим завалам мы прошли еще некоторое расстояние. Мы сделали остановку, и Геннадий Ларин проинформировал нас, что «впереди завал, пройдя его, мы подойдем к отметке, где должен начинаться отсек захоронения. Вход в отсек мы подготовили, но надо быть осторожным, т.к. времени после взрыва прошло еще немного (немного более года) и поэтому «гора еще дышит» и возможны различные подвижки горного массива».

Мы прошли обходную выработку и подошли к входу, если его так можно назвать, а представлял он собой щель высотой около 0,6 – 0,8см и шириной до 2 м. Через эту щель цепочкой мы пролезли и увидели отсек захоронения. Особо следует остановиться на впечатлении от той картины, которую мы увидели в свете фонарей. Было такое впечатление, что мы попали в сказочную, хрустальную пещеру, где под светом фонарей шлак и сосульки стекла переливались всеми цветами радуги. Но, любоваться этой картиной, не было времени.

Общая картина отсека захоронения.
Температура в отсеке была около 30 С. Величина мощность экспозиционной дозы (МЭД) в камере захоронения на высоте 1м менялась от 20 мР/ч до 200 мР/ч. На полу она составляла ~ 250—700 мР/час (Н=0.1м), в точках отбора проб — 60—1000 мР/час.

Обследование камеры захоронения показало, что ее поверхность почти на всю длину покрыта застывшим радиоактивным расплавом. Он был на своде, стенках и в основном на полу отсека захоронения или по замыслу авторов – камера захоронения (КЗ). Толщина слоя расплава на полу уменьшалась по направлению к центру взрыва. Судя по уровням радиации и высоте просвета между полом и сводом (кровлей), у торца камеры захоронения собралась значительная масса расплава. Свод штольни также был покрыт  «сосульками расплава. Размер некоторых «сосулек» достигал 20-30см в длину и толщиной не более 2-5см. Следует отметить, что «сосульки» были изогнуты в направлении от эпицентра взрыва к торцу отсека захоронения.

Застывший расплав в камере захоронения представлен пузыристым и плотным стеклом двух градаций. Один тип - это хрупкое тонкоячеистое, сильно пузыристое стекло, аналогичное пемзе.

Примерно через 2 часа работы нам было приказано закончить работу и идти на выход. Доза облучения членов экспедиции не превысила 2 бэр. На этом закончился первый этап полевых работ: обследования камеры захоронения штольни 148/5.

Проведенные эксперименты и детальное исследование камер захоронения и центральных зон взрывов показали, что можно управлять распределением радионуклидов в горном массиве. Концентрация таких радионуклидов, как Sr-90 и Cs-137, имеющих газообразных предшественников, в околополостном пространстве была существенно ниже, чем при обычном сферически-симметричном взрыве. Иногда по трещинам за пределы концевого бокса выходили Кr-90 и Хе-137, превращаясь затем в Sr-90 и Cs-137 /3,4,5,6,/.

Удельная активность расплава в камере захоронения оказалась в 1—100 раз выше, чем у породы в полости взрыва. Дальнейшими исследованиями было установлено, что в отсеке захоронения содержится более 90% продуктов ядерного взрыва.

Заключение
В представленной статье  мы постарались кратко рассказать и показать работу испытателей Семипалатинского полигона, которая была сопряжена не только с радиационными рисками при ядерных испытаниях, но и с интереснейшей исследовательской работой по обследованию котловых полостей подземных ядерных взрывов в штольнях.

Как показал опыт испытаний обследование эпицентральных зон подземных ядерных взрывов позволило не только выяснить процессы, которые воздействуют на горный массив, подойти к изучению некоторых ядерно – физических, механических процессов, но и внести существенные коррективы в методы расчета и проектирования забивочных комплексов ядерных испытаний в штольнях.

Кроме того, полученные экспериментальные данные позволили разработать рекомендации и предложения, которые были внедрены в практику применения ядерных взрывов в мирных целях. Так на Кольском полуострове, на месторождении апатитов был проведен подземный ядерный взрыв с отсеком захоронения радиоактивных продуктов.

В заключении следует сказать и том, что уникальный опыт специалистов в нештатных радиационных ситуациях, был ими успешно применен при ликвидации аварии на  Чернобыльской АЭС.

Литература
1. В.Горин, А.М. Матущенко, С.Г. Смагулов и др. Семипалатинский полигон: Хронология подземных ядерных испытаний и их первичные радиационные эффекты (1961-1989г.г.), Бюллетень по атомной энергии, №9,1993г., г. Москва, ЦНИИАТОМИНФОРМ
2. А.П.Мартынов Исследование радиационных факторов, определяющих облучение людей при камуфлетных ядерных взрывах. Канд. Диссертация, 1975г.
3. Ф.Ф. Сафонов, С.Г. Смагулов и др. НТО "Сбор и обобщение имеющихся материалов по радиоактивному загрязнению природной среды в местах проведения ядерных взрывов", г. Курчатов, в/ч 52605, 1992г.
Ядерные испытания в СССР, под ред.  акад. Михайлова В.Н., РФЯЦ-ВНИИЭФ, г.Саров, 1997г.
4. А.М.Матущенко, А.И.Айдин, С.Г.Смагулов Семипалатинский полигон: конверсия в область мирных ядерных взрывов. Доклад на конференции г.Курчатов, НЯЦ РК, 2005г.
5. С.Г.Смагулов Отработка ядерно-взрывной технологии в мирных целях на Семипалатинском полигоне. Бюллетень по атомной энергии №1, 2005г.

Авторы
Дубасов Юрий Васильевич – начальник отдела НПО «Радиевый институт им.В.Г. Хлопина», профессор, лауреат Государственной премии СССР, докт.хим.наук, участник ядерных испытаний на Семипалатинском м Новоземельском полигонах.
Кирюхин Александр Федорович – инженер Ситуационного кризисного центра Росатома, бывший старший научный сотрудник Семипалатинского полигона.
Матущенко Анатолий Михайлович – ведущий инженер НИИТ, профессор, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, докт.техн.наук, участник ядерных испытаний на Семипалатинском и Новоземельском полигонах.
Смагулов Самат Габдрасилович – руководитель центра радиоэкологических проблем ОАО «ИПЭ», бывший начальник службы радиационной безопасности Семипалатинского полигона, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, канд.техн.наук, на полигоне с 1970-1998г.г.

Источник - www.atomic-energy.ru