Мирные ядерные взрывы на службе народного хозяйства страны
Я пришел в институт (тогда он назывался ПромНИИпроект) в 1966 году после учёбы и защиты кандидатской диссертации в Московском химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева по тематике, связанной с исследованием экстракционных и окислительно-восстановительных процессов урана. Многие годы был научным руководителем исследований загрязнения продукции и миграции радионуклидов на объектах мирных ядерных взрывов (МЯВ), на протяжении десяти лет возглавлял лабораторию радиационной безопасности. На этой должности меня сменил Владимир Викторович Касаткин, который и в настоящее время остается руководителем лаборатории. Он пришел в институт в 1970 году после окончания Московского инженерно-физического института по специальности «экспериментальная ядерная физика». Уже в стенах ВНИПИпромтехнологии он защитил кандидатскую диссертацию по исследованию рассеивания радионуклидов при стравливании парогазовой смеси из полости в каменной соли, созданной с помощью ядерного взрыва. Так что можно сказать, что всю свою трудовую деятельность я и Касаткин посвятили проблеме радиационной безопасности - сначала при проведении мирных взрывов, а затем занимаясь реабилитацией территорий, на которых были расположены объекты применения ядерной взрывной технологии.
История использования ядерных зарядов в мирных целях изложена во многих монографиях, в том числе в книге «Ядерные испытания СССР. Том 4. Использование ядерных взрывов для решения народнохозяйственных задач и научных исследований. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2000». В числе авторов этих изданий представлен ряд руководителей данного направления атомной отрасли.
В этих трудах отмечается и вклад ВНИПИпромтехнологии – головного института по проблемам МЯВ. Поэтому это дает нам право рассказать о нашем участии и о нашем видении данной технологии. Первыми инициаторами и организаторами применения ядерных зарядов в народном хозяйстве (подчеркиваем – применения, а не теоретических оценок возможности их использования) были авторы докладной записки, представленной в апреле 1962 года министру среднего машиностроения Е. П. Славскому. Это директор нашего института (тогда ГСПИ-14) Б. И. Нифонтов, сотрудники А. И. Куликов и И. Е. Ситников, а также главный инженер НТУ Минсредмаша СССР Д. Д. Протопопов.
В записке «Об организации исследований по промышленному и научному применению ядерных взрывов» с приложением «Исследования возможности применения ядерных взрывов в промышленности (по данным американских работ)» в двух томах говорилось об отставании СССР от США в области мирного использования ядерных взрывов. В это же самое время Е. П. Славский получил письмо ведущих специалистов КБ-11 (ВНИИЭФ) Ю. А. Трутнева и Ю. Н. Бабаева «О необходимости развертывания работ по изучению возможностей использования атомных и термоядерных взрывов в технических и научных целях» с подробным изложением возможных применений МЯВ. А уже в августе 1962 года Е. П. Славским был издан приказ об организации комплексных исследований по промышленному применению ядерных взрывов для разработки нефтяных месторождений и других полезных ископаемых.
Из приказа следует, что с самого начала к решению проблемы помимо работников Минсредмаша были привлечены различные научные и хозяйственные организации страны: Академия наук СССР, ВНИИнефти МИНХиГП им. И. М. Губкина, представители народного хозяйства Башкирии, а также горные инженеры, имевшие практику управления как горными предприятиями, так и административными районами. Созданная у нас в институте лаборатория по применению ядерных взрывов для разработки месторождений полезных ископаемых (НИЛ-8) во главе с начальником Александром Ивановичем Кутуковым состояла из двух групп. В состав лаборатории также вошли две научно-исследовательские станции, созданные в г. Краснодаре и в г. Уфе. Обе группы разрабатывали доклады о возможности использования ядерных взрывов в народно-хозяйственных целях – об интенсификации добычи нефти на Грачевском нефтяном месторождении и о вскрытии Удоканского медного месторождения. Консультантом по нефтяной технологии был профессор Александр Александрович Бакиров, по проходке скважин – Камиль Ибрагимович Мангушев. Ответственным за выпуск и редактором утвержденного доклада был горный инженер Иван Яковлевич Иванов, которому Борис Иванович Нифонтов поручил изучение вопросов поведения радиоактивности при взрывах. В качестве консультантов были привлечены специалисты из МИФИ и специалисты Радиевого института им. В. Г. Хлопина. Одновременно в лаборатории создавалась группа радиационных исследований. Её первым сотрудником и впоследствии руководителем был выпускник МИФИ Николай Георгиевич Щетинин. Еще до организации работ мирного использования ядерных зарядов институт приступил к изысканиям и проектированию работ на испытательных полигонах.
В 1963 году в составе института организуется Бюро комплексного проектирования (БКП) для разработки проектной документации по инженерно-технологическому обеспечению проведения подземных испытаний ядерных зарядов. Возглавил БКП Юрий Александрович Валентинов, а главным инженером был назначен Владимир Фёдорович Дороднов. Таким образом, с самого начала реализации мирных ядерных взрывов наш институт стал головной организацией по инженерным изысканиям, проектированию и обеспечению проведения взрывов с последующим исследованием их результатов.
Через год ядерная взрывная тематика в институте была разделена по двум лабораториям: в одной осталась нефтяная тематика, а другая занималась горными вопросами. Для исследования механики подземного ядерного взрыва, радиационных и сейсмических последствий в лабораториях были созданы соответствующие тематические группы. Радиационные исследования возглавляли Н. Г. Щетинин, С. Г. Чухин, А. П. Коренков. Группой радиохимических исследований руководил В. А. Ильичев.
15 января 1965 года в стране был осуществлен первый мирный ядерный взрыв на Семипалатинском полигоне («Чаган»). Это был экскавационный взрыв – подземный взрыв с выбросом грунта для создания водохранилища на р.Чаган. Дозиметрический контроль и обеспечение радиационной обстановки при исследовании созданного объекта проводил представитель комбината «Маяк». В том же году впервые в мире были проведены ядерные взрывы не на испытательном полигоне, а на действующем Грачевском нефтяном месторождении с целью интенсификации добычи нефти. Научным руководителем и автором технологии был профессор А. А. Бакиров, а проектирование проведения взрыва выполнил наш институт - так же, как исследования эффективности взрывов. Основные исследования радиационных последствий в то время проводили Радиевый институт им. В. Г. Хлопина и институт прикладной геофизики. В последующие годы эти исследования проводили мы с привлечением ГЕОХИ им. В. И. Вернадского. После первой серии взрывов отмечалось положительное воздействие взрывов, и дополнительная добыча нефти из месторождения составила около 300 тыс. тонн.
Далее последовала серия МЯВ также вне полигонов, причем большинство взрывов не имело аналогов в мире. С помощью ядерного взрыва в 1966 и 1968 гг. были ликвидированы аварийные газовые фонтаны на Урта-Булакском газовом месторождении и объекте «Памук» в Узбекской ССР, затем было создание ёмкости в каменной соли для хранения газоконденсата. Всего вне полигонов в промышленных целях за период 1965 - 1988 гг. проведено 97 взрывов, из них 39 взрывов – по программе глубинного сейсмического зондирования земной коры. Использование МЯВ в качестве источника сейсмических сигналов давало возможность одновременно исследовать протяженные профили до 3000 км. По результатам исследований по профилям были построены сейсмические разрезы до глубин 800 км, тогда как системы наблюдений с обычными (химическими) взрывами обеспечивали изучение земной коры и самых верхов мантии максимум до глубины 50 км.
Места проведения взрывов определялись технологическими институтами министерств-заказчиков с участием нашего института и разработчиков зарядов – КБ АТО, ВНИИЭФ и ВНИИТФ. Все проекты на проведение взрывов, в которых определялись оценка механического, сейсмического и радиационного эффекта взрывов и мероприятия по обеспечению безопасности участников работ и населения, разрабатывались нашими специалистами. Только вопросы бурения скважин и технологические части некоторых проектов разрабатывались отраслевыми организациями. В обсуждении отдельных проектов вместе с нашими специалистами принимали участие академики Ю. Б. Харитон, Е. А. Негин, Е. И. Забабахин, Е. Н. Аврорин, Б. В. Литвинов, М. А. Садовский, Ю. А. Израэль и др. Все проекты проходили экспертизу.
О масштабе выполненных работ можно судить по тому, что взрывы были осуществлены на территориях 16 субъектов РФ, и каждый взрыв проводился по постановлению ЦК КПСС и Совмина СССР. После расширения программы МЯВ в институте на базе упомянутых лабораторий и научно-исследовательских станций был создан научно-исследовательский горно-физический отдел (23-й отдел), в задачу которого входило изучение механического, сейсмического, радиационного, теплового и электромагнитного действия ядерного взрыва. Взрывами наружного действия, созданием емкостей-хранилищ, изучением механического и теплового действия взрыва занимались специалисты лаборатории под руководством доктора технических наук Е. А. Леонова. Доктора технических наук К. И. Мангушев и В. И. Мусинов, а затем Н. К. Приходько руководили лабораторией, которая занималась проблемами интенсификации добычи нефти и газа, захоронением токсичных отходов в коллекторах, изучением механического и электромагнитного действия взрыва на коллекторы. Подземной разработкой рудных и угольных месторождений, изучением механического действия взрыва на кристаллические породы и газоносные угольные пласты занимались специалисты под руководством доктора технических наук В. М. Кольцова. Лаборатория радиационной безопасности, которой руководили в разное время кандидат технических наук С. Г. Чухин, кандидат химических наук В. А. Ильичев и кандидат технических наук В. В. Касаткин, занималась обеспечением радиационной безопасности при взрывах и послевзрывного освоения созданных объектов, реабилитацией территорий, загрязненных радиоактивными продуктами взрывов, изучением радиационного действия взрыва, а также выводом объектов из эксплуатации. Обеспечением сейсмической безопасности при взрывах и изучением сейсмического действия взрыва занималась лаборатория под руководством кандидата технических наук Л. П. Борцова и кандидата физико-математических наук Б. Г. Лукишова.
В начале 1970-х годов научная разработка проблемы промышленного применения МЯВ превратилась в сложный комплекс многосторонних теоретических и прикладных исследований, охватывающих большое число научно-инженерных задач, для решения которых был привлечен широкий круг научных, проектных, производственных организаций и предприятий различных министерств и ведомств. Возникла необходимость в разработке единой системы мероприятий по обеспечению радиационной и сейсмической безопасности и регламентации её в государственном масштабе, в связи с чем в 1972 году Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР решение этих проблем было возложено на Министерство среднего машиностроения, которое, в свою очередь, эту ответственность возложило на наш институт. В целях общесоюзной регламентации вопросов радиационной безопасности (РБ) наши специалисты с участием специалистов смежных институтов разработали «Временное положение об обеспечении радиационной безопасности при проведении ядерных взрывов в народнохозяйственных целях» и «Временное положение об обеспечении радиационной безопасности при опытно-промышленной и промышленной эксплуатации объектов, созданных с помощью ядерных взрывов». Положения определили функции министерств, ведомств и отдельных организаций, а также систему мероприятий и ответственности при обеспечении РБ. Эти «Положения» с 1975 года становятся основными юридическими и нормативно-техническими документами РБ мирных ядерных взрывов в Советском Союзе.
Также ВНИПИпромтехнологии, Институт физики земли с участием организаций МО СССР проделали большую работу по методическому обеспечению прогнозов сейсмических последствий и обеспечению сейсмической безопасности при проведении МЯВ. Следует отметить, что подобные работы пришлось начинать, по существу, с нуля, так как не хватало аппаратуры, а имеющаяся у отдельных организаций-исполнителей была разнотипной, отсутствовали оценочные методики определения ожидаемых параметров движения грунта при заданной мощности взрыва в конкретных горно-геологических условиях; не было методик подготовки, тарировки и установки приборов и методик обработки экспериментальных данных. Cовместными усилиями специалистов были разработаны «Методика обеспечения сейсмической безопасности при испытательных и промышленных подземных ядерных взрывах» и «Методика оценки сейсмического эффекта при подземных ядерных взрывах и рекомендации по обеспечению сейсмической безопасности». Гигантская работа была проделана специалистами института, в первую очередь Бюро комплексного проектирования, с участием представителей ИФЗ, организаций МО, ВНИИТФ, ВНИИЭФ по теоретическому обоснованию в разработке регламентирующих нормативных документов, инженерных решений размещения ядерных устройств в скважинах и штольнях, герметизации горных выработок и решения многих других проблем проведения взрыва и вскрытия образовавшихся специфических зон. Здесь хотелось бы перечислить наших выдающихся инженеров и ученых, которые занимались этой сложной проблемой: О. Л. Кедровский, Ю. А. Валентинов, В. Ф. Дороднов, К. В. Мясников, Э. Ф. Кольбич, Б. И. Полянский, В. М. Кольцов, А. И. Куркин, А. Б. Зверев, А. Н. Казаков, В. К. Кулешов, В. А. Первой, В. М. Ермаков, Х. И. Семак, В. Г. Абалакин и др.
Дальнейшая разработка проблемы, расширяющейся по объемам, глубине и ответственности исследований ввиду создания и передачи отдельных ядерно-взрывных технологий для внедрения в народном хозяйстве, стала невозможной без целевой комплексной научно-технической программы. Предложение нашего института о разработке такой программы (Программа № 7) было утверждено Приказом министра Е. П. Славского в апреле 1974 года. Головной научно-исследовательской организацией стал ВНИПИпромтехнологии. Научное руководство разработки этой программы, в которой учитывались результаты исследований по американской программе «Плаушер» и, конечно, отечественные исследования, осуществлял директор нашего института доктор технических наук О. Л. Кедровский. Проводились и научные исследования по разработке этой программы – они по времени совпали с обширным использованием ядерных взрывов для глубинного сейсмического зондирования земной коры.
Программа № 7 включала в себя разработку научно-инженерных основ мирного использования ядерных взрывов, а также создание и внедрение конкретных ядерно-взрывных технологий для объектов министерств и ведомств. Разработка ядерных взрывных устройств, необходимых для реализации Программы, проводилась во ВНИИЭФ и ВНИИТФ. В период 1979-1988 гг. наш институт, и в первую очередь 23-й отдел, обеспечил радиационную и сейсмическую безопасность при проведении 35 ядерных взрывов различного технологического назначения – сейсмозондирование земной коры, создание подземных емкостей в каменной соли, двойной взрыв дробления апатитовой руды, тушение аварийных газовых фонтанов, серии взрывов по нефтяной тематике в Якутии, в Пермской области, в Башкирии, в Тюменской области и т.д. Были разработаны проекты обеспечения радиационной безопасности для 56 промышленных ядерных взрывов. Это был период наиболее интенсивного ведения работ и длительных командировок. В один год, например, была обеспечена радиационная безопасность при проведении 11 взрывов. Был выпущен рекордный объем проектной, отчетной, научно-методической документации.
Одновременно проводились исследования радиоактивности добываемой продукции и объектов окружающей среды. С особым интересом изучались образцы породы, прошедшие терморадиационные превращения, которые отбирались при бурении в зону взрыва или при непосредственном посещении этих зон. Те, кто исследовал полости, образованные ядерными взрывами, в том числе камеры захоронения, забывая о допустимых дозах, любовались сказочными картинами, наблюдая гигантские массы стекла переплавленной породы под ногами, на стенах и свисающих со сводов. Стекло было различных оттенков и структуры – от монолитного до пористого, как пемза. Каждый ядерный взрыв был оригинальным по тем или иным причинам и оставлял свои впечатления у всех, принимавших участие в его проведении.
Настоящее профессиональное «боевое» крещение принял горно-физический отдел при проведении тройного подземного ядерного взрыва с выбросом грунта на проектируемой трассе Печоро-Колвинского канала на севере Пермской области. Этот канал планировался для переброски части воды из Печоры в Волгу, так как из-за обмеления Каспийского моря корабли не могли приставать к пристаням. До проектирования строительства этого канала на Семипалатинском полигоне были проведены модельные одиночные и групповые взрывы, на основании которых определены коэффициенты для получения оптимальных размеров траншей при заданной мощности заряда. Потом последовали доработки, уточнение, корректировка технического задания, изменения технических характеристик самих зарядов и т.п. Но в конечном итоге были доказаны возможность проведения взрывов в болотистой местности и устойчивость бортов траншеи при взрыве в породах, насыщенных водой до ⁓120 м, когда образовалось заполненное водой озеро глубиной до 15 м, шириной до 340 м и длиной до 720 м, существующее до сих пор.
Иногда эффект от взрыва приходилось мучительно ждать долгие, казавшиеся бесконечными, секунды! Для тушения аварийного газового фонтана на месторождении Урта-Булак, где ежедневно сгорало около 12 млн м3 газа в сутки (суточная норма потребления г. Ленинграда), был использован ядерный взрыв. Участники работ при взрыве располагались на возвышенности в нескольких километрах от аварийной скважины. Фонтан горящего газа высотой 70 м был хорошо виден. После подрыва заряда, который находился в наклонной скважине, все ощутили удары сейсмических волн по ногам. От скважины по поверхности раскаленного на солнце песка двигалась и светилась голубоватым цветом хорошо видимая волна. А фонтан продолжал гореть! Только через секунды, показавшиеся вечностью, факел стал уменьшаться и наконец исчез. Оказалось, что это выгорал газ, оставшийся в стволе скважины над перекрытой зоной. Всеобщее облегчение и крики «Ура!». Мы тут же выехали на автомобиле для оценки радиационной обстановки. Оказалось, что все в норме – выход продуктов ядерного взрыва на земную поверхность отсутствовал – это позволило буровикам сразу приступить к окончательной ликвидации аварийной скважины. И конечно, необходимо отметить надежность самого ядерного устройства. По прихоти М. С. Горбачева – установить немедленно, ни с чем не считаясь, мораторий на проведение всех ядерных взрывов – два заряда на объекте пролежали в глубокой скважине в условиях высокого пластового давления и агрессивной среды более года. После отмены моратория эти заряды успешно сработали!
Это всё дела минувших лет. Наверное, следует написать отдельную книгу о сотрудниках института и лаборатории радиационной безопасности, которые принимали непосредственное участие в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. А в настоящее время наш институт и, конечно, в первую очередь наша лаборатория занимается исследованием радиационной обстановки, радиоактивного загрязнения недр и добываемой продукции на объектах МЯВ после прекращения проведения ядерных взрывов, проводимых с нашим непосредственным участием и под нашим руководством. Можно много интересного рассказать об этой необходимой для народного хозяйства работе, но это совершенно другая тематика, требующая особого изложения. Отметим только, что в период 2013-2014 гг. сотрудники нашей лаборатории – В. В. Касаткин, В. А. Ильичев, В. Е. Латышев, А. В. Касаткин, Т. С. Доморощина, А. И. Ларина, Н. С. Седов, Е. М. Василенко - обследовали состояние всех 80 объектов МЯВ на территории Российской Федерации и составили проекты Актов первичной регистрации ОРАО-МЯВ – Особых радиоактивных отходов. Эти акты были приняты межведомственными комиссиями с нашим участием и участием администраций субъектов РФ, а также утверждены руководством ГК «Росатом».