Подземные ядерные испытания

Два различных научных института ядерного оружия (Центры) были организованы в СССР (аналогично американским национальным лабораториям в Лос-Аламосе и Ливерморе). Оба института отвечали за все этапы разработки ядерного оружия, включая конструирование и испытания.

Первый институт появился в апреле 1946 г. Сейчас его называют Институтом экспериментальной физики (ВНИИЭФ), а находится он в небольшом городе Саров расположенном восточнее Москвы на расстоянии около 700 км. Раньше его секретным названием был Арзамас-16. Второй институт был организован в 1955 г. и теперь называется Институтом технической физики (ВНИИТФ). Он расположен в небольшом городке Снежинск вблизи Челябинска на Южном Урале, а его секретным названием был Челябинск-70. Два эти института провели всего 39 ПЯИ на НЗИП в период 1964-1990 гг. Восемнадцать из них были разработаны, скоординированы и проведены Арзамасом-16, за тринадцать ПЯИ отвечал Челябинск-70, а в восьми ПЯИ принимали участие оба института, которые  энергично соперничали друг с другом.

Информация о каждом из 39 ПЯИ на НЗИП была представлена в широко цитируемой официальной российской публикации под редакцией Михайлова. Конкретно, этот источник содержит дату, название штольни или шахты, число ядерных устройств, взорванных в каждом испытании, приведенную глубину и полную мощность при всех испытаниях, проведенных в течение каждого года программы испытаний. Согласно Протоколу Договора о всеобщем запрещении ядерных испытаний единичное ПЯИ может содержать любое количество ядерных устройств, если они подрываются в течение временного интервала, не превышающего 0,1 с и находятся внутри круга радиусом менее 1 км. При 39 ПЯИ на НЗИП всего было взорвано 133 ядерных устройств. Полный список этих испытаний представлен в Приложении 5.

Двухсторонний Договор о пороге на ядерные испытания, подписанный в 1974 г., определил порог в 150 кт для ПЯИ, начиная с 31 марта 1976 г. У 20 ПЯИ на НЗИП, проведенных ранее этого срока, полная мощность составила 23,77 Мт в среднем, около 1,19 Мт. Полная мощность 19 ПЯИ на НЗИП после марта 1976 г. составила 1,94 Мт со средней мощностью около 100 кт.

При каждом из трех испытаний (21 октября 1967 г., 14 октября 1969 г. и 11 октября 1980 г.) ядерные устройства располагались в двух разных штольнях и до 1997 г. многие западные и российские авторы предполагали, что в каждом случае проходило по два независимых испытания. Поэтому до 1997 г. во многих публикациях говорилось о 42 ПЯИ на НЗИП. В официальном итоговом списке Российской Федерации каждая из таких пар помещена как одно испытание, так что полное число ПЯИ, проведенных на НЗИП, теперь считается равным 39. Из них 33 были проведены на северной площадке вблизи пролива Маточкин Шар с 1964 по 1990 г. Оставшиеся шесть ПЯИ были выполнены на южной площадке между июлем 1972 г. и октябрем 1975 г. Первое из этих испытаний (27 июля 1972 г.) не было обнаружено сейсмическими средствами, и широко предполагается, что ядерное устройство потерпело неудачу при попытке взрыва.

Первые приготовления к подземным ядерным испытаниям начались в 1959 г., когда был построен поселок Северный на южном берегу пролива Маточкин Шар. Горный массив (гора Лазарева) рядом с западной частью пролива был выбран в качестве основного участка для прокладки штолен и проведения ПЯИ. Штольни выкапывались со входами на высоте 50-80 м над уровнем моря вдоль южного берега пролива внутри северо-восточного склона горы Лазарева. Прокладка пяти штолен (G, В, А-1, А-2, А-3) началась в мае 1960 г. Штольни G (длина 200 м) и В были готовы к маю 1961 г., но А-1, А-2 и А-3 не были закончены, потому что в это время шли трехсторонние переговоры с участием США, СССР и Великобритании, которые завершились заключением Договора об ограничении ядерных испытаний, запрещавшего ядерные испытания в атмосфере, космосе и под водой. Советская сторона по этой причине посвятила почти все свои ресурсы на Новой Земле для завершения программы атмосферных взрывов, а подземные конструкции были временно приостановлены. Сооружение штолен возобновилось в августе 1963 г. как раз перед подписанием Договора, ограничивающего проведение ядерных испытаний.

Первое ПЯИ на НЗИП было проведено ровно в 8 утра 18 сентября 1964 г. в штольне G. Его целью было полное повторение первого ПЯИ на семипалатинском испытательном полигоне СИП (11 октября 1961 г.). Ядерное устройство имело такую же мощность (1 кт), такую же глубину залегания (100 м) и длину штольни (200 м) оно также находилось в твердой породе и был использован такой же тип забойки. Тем не менее, радиологические последствия оказались совершенно различными. В то время, как радиоактивные газы после испытания на СИП не наблюдались в атмосфере вблизи штольни в течение 3 4 часов, такие газы появились вблизи эпицентра в штольне на Новой Земле в течение нескольких минут.

Второе ПЯИ на НЗИП было проведено в 08:00 25 октября 1964 г. в штольне В вблизи места проведения первого ПЯИ на Новой Земле. Мощность этого взрыва составила около 20 кт а приведенная глубина залегания равнялась 180 м/кт . И опять, хотя ядерное испытание на СИП с такими же значениями мощности и глубины было полностью камуфлетным (без выхода продуктов взрыва в атмосферу), радиоактивные следы были обнаружены на поверхности вблизи места проведения ПЯИ всего через 38 минут после этого второго испытания.

Дальнейшие анализы показали, что различие в выделении газов между СИП и НЗИП стало следствием различного содержания газов и воды в породах на этих двух площадках.

Горные породы на казахстанском испытательном полигоне состоят в основном из гранита. Они обладают низким содержанием воды (0,5-1,0 % по весу) и не имеют компонентов, которые при высоких температурах разлагаются со значительным выделением газов. Поэтому в Казахстане давление газа в полости ПЯИ быстро падает при охлаждении. В последней стадии оно становится даже ниже атмосферного давления и внешний воздух втекает в камеру через естественные швы и разломы в породе. Ситуация на НЗИП, как было найдено, оказалась совершенно иной. Местные породы это главным образом глинистые сланцы и другие карбонатные породы. Содержание воды в них велико (1,5-2,5%) и они выделяют значительное количество газа (5-15 %) при высоких температурах, особенно, при ядерных взрывах, протекающих в карбонатных породах. Давление внутри полости после охлаждения остается значительно более высоким, чем атмосферное давление. Это приводит либо к просачиванию, либо к быстрому выделению радиоактивных газов.

Поэтому стратегия отбора туннелей изменилась после первых двух испытаний, и окружающие породы с содержанием газа свыше 15 % (включая близость сланцев и других карбонатов или карбонатных пород) исключались из рассмотрения. В результате ряда испытаний на Новой Земле был получен вывод, что ядерные испытания можно проводить внутри пород с содержанием газа 8-15 % , если приведенная глубина, по крайней мере, не выше 150-180 м/кт . Тем не менее, несколько серьезных несчастных случаев (неудачи с полным закупориванием скважины) имели место. О них рассказано ниже.

Начиная с 1966 г., подземные ядерные взрывы производились на Новой Земле систематически примерно 1-2 раза ежегодно почти каждый год (но в 1973 г. их было три). Большинство испытаний проводилось в осенний период (август-ноябрь) до закрытия навигации из-за установления льда. Всего было проведено 39 подземных ядерных испытаний последнее произошло 24 октября 1990 г.

Большинство подземных ядерных испытаний содержали по несколько ядерных устройств («залповые» испытания), которые подрывались почти одновременно: всего 133 ядерных устройств были использованы в 39 испытаниях. Наибольшее количество взрывных компонентов восемь, было при ПЯИ № 17 (23 августа 1975 г.) и при ПЯИ № 39 (24 октября 1990 г.) В двух экспериментах два взрыва произошли одновременно. Так, подземные эксперименты № 3 и № 4 были проведены в одно и то же время, но в двух разных штольнях, отделенных друг от друга на расстояние более двух км. Испытания № 18 и 19 также прошли одновременно в двух разных шахтах на расстоянии 22 км друг от друга.

Одиннадцать подземных ядерных испытаний с мегатонными мощностями были проведены с 1966 г. по 1975 г. восемь на северной площадке (Маточкин Шар) и три на южной площадке (Красино). Самое мощное советское ПЯИ (мощность около 4,2 Мт, сейсмическая магнитуда mb = 6,97) было проведено на северной площадке 12 сентября 1973 г. Самое мощное испытание на южной площадке (мощность 3,5 Мт, mb = 6,98) прошло 27 октября 1973 г. С марта 1976 г., когда вступил в действие Договор о пороге в 150 кт, сейсмические магнитуды при ПЯИ не превышали значение 6,00.

Поверхностный химический взрыв (мощность 974 т) произошел в 14:00 (по Гринвичу) 25 августа 1987 г. к югу от пролива Маточкин Шар на расстоянии 100 м от побережья. Координаты точки взрыва равны 73,38° N и 54,78° Е . Сейсмический сигнал от него был зарегистрирован станцией NORSAR (сеть в Южной Норвегии) с магнитудой 3,2, а сейсмический сигнал 15 ноября 1978 г. имел близкую по величине магнитуду (3,6). Его время возникновения (14:00) и эпицентр (73,4° N и 54,78° Е) типичны для ПЯИ, и мы уверены, что это тоже был химический взрыв, хотя не знаем ни одного российского источника, сообщившего об этом событии.

Примечания: Комментарии к отдельным колонкам таблицы:

• 1 - Номер каждого ПЯИ соответствует порядковому номеру в официальном российском списке.
• 3 - Коды туннеля приведены для ПЯИ на северном участке полигона (Маточкин Шар), а коды шахт — для южного участка (Красино).
• 4 - Указано число отдельных ядерных устройств в туннеле или шахте.
• 5 - Телесейсмическая магнитуда для каждого испытания.
• 6 - Полная мощность (кт) всех испытаний в конкретном году.

Обзор советских ядерных испытаний на Новой Земле в 1955-1990 годах
Виталий Халтурин, Татьяна Раутиан, Пол Г. Ричарде и Уильям С. Лейт 2005 г.