Если же ввести небольшое замедление взрывов зарядов с таким расчетом, чтобы происходило последовательное инициирование всех зарядов и взрыв каждого следовал бы за взрывом предыдущего через определенный промежуток времени, то каждый заряд будет разрушать породу, действуя не только в сторону свободной поверхности, но и в сторону только что образовавшейся зоны дробления соседнего заряда. Волны разрежения пойдут внутрь породы не только от свободной поверхности, но и из зоны дробления соседнего заряда. Трещины, возникшие при дроблении, будут действовать как дополнительные пустоты в породе.
§ 22 Эффективность действия взрыва
Наоборот, если свободная поверхность породы ограничена примыкающим массивом так, что свободный разлет кусков породы может произойти только по сравнительно небольшой части свободной поверхности, то эффективность действия взрыва соответственно снижается.
Влияние свободной поверхности породы на ее дробление особенно заметно при применении зарядов в шпурах сравнительно малого диаметра. В этом случае заряд взрывчатого вещества имеет удлиненную форму и центр заряда находится на заметном расстоянии от конца шпура. В целом картина дробления породы взрывом определяется расположением центра заряда. Кроме того, значительную роль в дроблении породы имеет внешняя зона дробления, обусловленная действием волны разрежения. В результате этого в обычных условиях практики порода дробится в достаточной степени, начиная от центра заряда вплоть до наружной поверхности.
Между тем в сторону массива породы дробление не распространяется на заметное расстояние, так как действия волны разрежения здесь нет: порода сопротивляется взрывной волне в условиях всестороннего сжатия. Поэтому нередко дробление даже не доходит до конца шпура. После того как куски породы, возникшие при взрыве, убраны, остается конец шпура, так называемый стакан.
§ 23 Взрывные волны в грунтах и горных породах
Так как удельная энергия сравнительно мало изменяется при переходе от одних взрывчатых веществ к другим и в приведенной формуле эти величины стоят под знаком кубичного корня, что еще более снижает влияние удельной энергии.
Величина к обычно равна 0,1 т 0,4 м/у/кт и зависит от прочности породы, в которой происходит взрыв.
Величина может использоваться для оценки энергии, выделяемой при взрыве, крупные камуфлетные полости обычно трудно сохранить. Их верхняя часть не выдерживает горного давления и обрушивается под весом вышележащей породы, прочность которой нарушена при взрыве.
При взрыве в породе возникает взрывная волна, распространяющаяся во все стороны от места взрыва. Эта волна имеет много общего со взрывными ударными волнами в воздухе и особенно в воде. Однако имеются и отличия, которые выражены тем сильнее, чем определеннее выражена структура породы и чем эта порода является более пористой. Сущность таких отличий сводится к следующему. При небольших давлениях и деформациях структура породы сохраняется. Сжимаемость породы в этих условиях оказывается небольшой.
§ 24 Направленный ядерный взрыв в мирных целях.
Огромная энергия, выделяющаяся при ядерных взрывах, с самого начала работ над ядерным оружием приводила к мысли о ее использовании в мирных целях. Каждый килограмм термоядерного топлива способен в составе термоядерного устройства выделить энергию, эквивалентную взрыву 30 тыс. т взрывчатого вещества.
Промышленное, управляемое использование могучих сил, высвобождающихся при ядерных взрывах, играет важную роль в осуществлении планов глубокого преобразования природы. В природе немало явлений, которые нам хотелось бы изменить. Но мы не станем расходовать ядерную энергию на то, что можно сделать динамитом или толом,- ее применение начинается там, где кончаются возможности классических взрывчатых веществ.
Чтобы проложить железнодорожное полотно или автомобильную дорогу в скалистой местности, требуются тысячи взрывов, сотни тысяч рабочих часов и целый арсенал современных землеройных машин и методов. Атомная энергия здесь может помочь лишь в преобразованной в электрический ток форме. Но для прокладки трассы через горный массив, сооружения гаваней и каналов нужны ядерные взрывы.
Количество энергии, выделяющейся при ядерном взрыве, зависит от величины заряда, которая выражается так называемым тротиловым эквивалентом. Этот эквивалент позволяет сравнить энергию ядерного взрыва с энергией взрыва определенного количества тротила (он же тол, тринитротолуол, или ТНТ), которым во время второй мировой войны снаряжали авиационные бомбы.
Ядерное взрывчатое вещество эффективнее самых сильных химических веществ на несколько порядков: так, 25 килотонн (кт) ядерного заряда (тротиловый эквивалент 25000 т) можно поместить в цилиндре диаметром меньше 1 м, впрочем, даже 1 мегатонна (Мт) ядерного заряда займет немногим больше места, тогда как для 25 000 т тротила потребовался бы цилиндрический резервуар диаметром 30 м.
Ядерные взрывчатые вещества относительно дешевы. Согласно отчету Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), 10 кт ядерного ВВ стоят 350 тыс. долл., а 2 Мт - 600 тыс. долл. Эквивалентные количества тротила стоили бы соответственно 4 млн. и 800 млн. долл. Отсюда видно, насколько экономически выгоднее ядерные взрывчатые вещества.
Стремление использовать ядерные взрывы в мирных целях зародилось еще во время первого атомного взрыва в Аламогордо, укрепилось при взрывах на атолле Бикини и нашло подчеркнутое выражение после первого ядерного взрыва в СССР. Еще в 1949 г. советский представитель в ООН заявил: "Мы хотим использовать атомную энергию для реализации великих планов мирного строительства, чтобы перемещать горы, менять течение рек, орошать пустыни, чтобы создать условия для жизни даже там, где редко ступала нога человека". В Советском Союзе тщательно изучали перспективы использования чудовищной энергии ядерных взрывов как средства воздействия на природу и преобразования ее.
Первый научный анализ перспектив промышленного использования ядерных взрывов был опубликован в СССР в 1956 г. В 1970 г. в Москве состоялись советско-американские технические переговоры о промышленном использовании ядерных взрывов, в ходе которых ученые пришли к общему мнению об их эффективных возможностях.
Очень интересные предложения отечественных физиков. Они предлагали использовать ядерные взрывы для получения электроэнергии, при строительстве каналов и гаваней, вскрышных работах, рытье котлованов, для интенсификации добычи нефти и газа, получения больших масс негашеной извести, карбида кальция и ацетилена, а также в металлургии и азотной промышленности.
Американцев тоже трудно упрекнуть в отсутствии воображения – проект Plowshare рассматривал ядерные взрывы как весьма эффективное средство для сооружения гаваней, водохранилищ, карьеров, каналов, плотин, емкостей для отвода воды в случае наводнения, емкостей для захоронения сильно загрязненных отходов, дробления сланцев, интенсификации добычи нефти и газа и даже создания искусственных водоемов в зонах отдыха. Наиболее перспективным считался проект прокладки через Панамский перешеек нового современного канала к 1980 году «всего» тремястами ядерными взрывами.
По расчетам специалистов, "взрывная сила" ядерных арсеналов великих держав составляет 100 млрд. т ТНТ. Иными словами, на каждого жителя планеты приходится 30 т взрывчатки. Эта невообразимая разрушительная сила (накопленная в виде ядерного оружия) может стать созидательной, если к понятию "взрыв" человечество добавит слово "мирный".
Проведенная в российских ядерных центрах огромная работа больших коллективов теоретиков, математиков, конструкторов, экспериментаторов позволила создать чистые промышленные заряды, приступить к разработке проектов по их мирному применению и осуществить некоторые эксперименты.
Выделение огромной энергии ядерного взрыва происходит чрезвычайно быстро и с такой интенсивностью, что менее чем за миллионную долю секунды сам заряд и материал прилегающих к нему конструкций превращаются в горячую (с температурой до десятков миллионов градусов) плотную плазму. При подземном взрыве этот раздувающийся шар с гигантским давлением обрушивается на окружающую взрывную камеру горную породу, превращая ее в плотный, но менее горячий газ. Сжатие вещества достигает 4-5 раз. От центра взрыва распространяется мощная сферически расходящаяся ударная волна со скоростью десятков километров в секунду. Амплитуда ударной волны в горной породе столь велика, что на расстоянии нескольких сот метров от центра взрыва происходит интенсивное дробление горных пород. При выходе на земную поверхность ударная волна откалывает целые плиты горной породы толщиной ной до десятков-сотен метров и шириной до нескольких километров. За тысячи километров от места взрыва, даже на противоположной стороне земного шара, эхо взрыва может быть зафиксировано как сейсмическое колебание земной коры. Давление вблизи ядерного взрыва достигает миллиарда атмосфер, что может сравниться с давлением внутри звезд.
Первый советский промышленный ядерный взрыв 15 января 1965 года на реке Чаган должен был по многим параметрам перекрыть американский взрыв Sedan, проведенный 6 июля 1962 года. Американская воронка была «сухая», советскую же планировалось заполнить водой. К тому же советский заряд был значительно чище – уровень чистоты 94% (значит, только 6% радиоактивной начинки не «сгорало», а разносилось взрывом по окружающему пространству) против 70% у американцев.
По замыслам советских ученых, такие воронки от ядерных взрывов должны были в скором времени покрыть территорию засушливых среднеазиатских районов – только для Казахстана требовалось создать примерно сорок водоемов общим объемом до 120–140 млн. м3. Исследование показало, что для аккумуляции весенних стоков в долинах рек можно создать емкости в виде глубоких воронок, каждая из которых способна вместить до 3–5 млн. м3 воды при незначительном зеркале испарения. Задержанная с помощью воронок вода могла быть использована для нужд энергетики, орошения и предотвращения засоления Каспийского, Аральского и Азовского морей.