4.1. НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЯО

    В течение всей своей жизни ЯБП может подвергаться различным воздействиям с уровнем, выше регламентированных. При этом возможны различные исходы. Сказанное можно проиллюстрировать на диаграмме 4.1.

Возможным воздействиям и возможным исходам отвечают свои виды безопасности.

В СССР (Российской Федерации) при исследовании проблемы обеспечения безопасности ядерного оружия рассматривают следующие виды безопасности:

В практическом плане наиболее остро стоят вопросы взрывобезопасности, пожаробезопасности и, если произошел аварийный или диверсионный взрыв ВВ, ядерной радиационной взрывобезопасности.

ЯБП считается отвечающим требованиям ядерной взрывобезопасности, если при любом взрыве ВВ ЯБП с вероятностью, меньше заданной, выделяется ядерная энергия не более заданной величины. Аналогичный подход для определения ЯВБ принят и в США.

Поясним некоторые особенности проблемы безопасности в условиях затопления.

В случае разгерметизации ЯБП (ЯЗ) в условиях затопления вода может поступать в объемы, находящиеся вблизи делящихся материалов, что будет приводить к замедлению нейтронов и изменению (повышению) критичности системы. Различные особенности в этих условиях могут быть связаны с разрушением при этом исходной конструкции, содержащей делящиеся материалы и их механической компактификацией, а также - (в случае последующего взрыва химических ВВ) - с взрывным воздействием на подобную деформируемую систему в водной среде.

Обеспечение безопасности при затоплениях достигается за счет правильного выбора физической схемы заряда, конструктивных мер по герметизации и поглощению нейтронов, замедлившихся в водной среде.

4.2. РАДИАЦИОННЫЕ ПОРАЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ ПРИ АВАРИЯХ С ЯЗ (ЯБП)

    Терминологическими стандартами Министерства по атомной энергии и Министерства обороны РФ приняты следующие понятия "аварии" и "аварийного воздействия". "Авария - повреждение, разрушение или взрыв, сгорание объекта (имеется в виду ЯЗ) в результате аварийного воздействия". "Аварийное воздействие - событие, вызванное попаданием в аварийную ситуацию, которая приводит или может привести к аварии".

Наиболее опасными радиационными авариями являются взрыв и сгорание ЯЗ (ЯБП).

При взрыве (сгорании) ЯБП в окружающую среду выделяются:

Плутоний и уран являются альфа-излучателями, тритий - бета-излучатель, поэтому основная опасность этих радиоактивных материалов для персонала и населения возникает при ингаляционном поступлении с загрязненным воздухом и последующим внутренним облучением организма.

Радиоактивные продукты деления (РПД) являются бета-гамма-излучателями с энергиями от сотен КэВ до 3.2...3.7 МэВ. Периоды полураспада различных РПД составляют от долей секунды до десятков лет. При ядерном энерговыделении аварийного взрыва ЯБП, эквивалентного энергии взрыва 1 кг тротила, суммарная бета-активность через 1 час после аварии составляет 4.2·102 Кюри, гамма-активность 2.5·102 г - экв.Ra. В дальнейшем активность РПД уменьшается пропорционально t-1.2 (где t - время в часах). Основной опасностью при наличии РПД является внешнее гамма-облучение.

Относительный вклад РПД в радиационную обстановку (по сравнению с другими радионуклидами) зависит от величины ядерного энерговыделения (EЦР).

Радиационная обстановка на местности определяется количеством взорвавшегося (сгоревшего) ВВ, величиной ядерного энерговыделения (EЦР), количеством выброшенных радионуклидов и их дисперсностью, а также метеоусловиями в месте аварии и по следу облака продуктов взрыва (сгорания).

Основной вклад, определяющий дозу облучения, радиационную обстановку на местности и масштабы радиационной аварии, вносится плутонием в связи с его высокой радиобиологической токсичностью.

Уран-235, тритий, РПД будут вносить определяющий вклад в радиационную обстановку в случае, когда по конструктивным особенностям выделение плутония незначительно либо отсутствует.

Однако при таких авариях масштаб и объемы работ по ликвидации их последствий будут значительно меньше по сравнению с авариями, в которых происходит диспергирование плутония.

4.3. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЯДЕРНОЙ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ

    Экспериментальному и расчетно-теоретическому исследованию ЯВБ в СССР, РФ традиционно уделялось большое внимание.

По существу задача ЯВБ сводится к определению сжатия активных материалов ядерного заряда при аварийном взрыве ВВ, вероятности возникновения обрывающихся процессов цепной реакции деления и эволюции нейтронного поля в ядерном заряде. Обычно рассматривается наихудший случай, при котором реализовывается максимальное сжатие, точнее, максимальное число поколений в надкритической системе , где - "постоянная" размножения числа нейтронов N в системе, определяемая соотношением .

Конечный результат расчетов и оценок - определение количества ядерной энергии, и вероятности, с которой эта энергия может выделиться в результате аварийного подрыва. Уже с начала 50-х годов были развернуты лабораторные взрывные (гидродинамические) исследования уравнений состояния делящихся материалов в области сжатий, реализующихся при взрыве ВВ. Имеется большое количество обзорных работ с богатым фактологическим материалом, излагающих методики получения экспериментальной информации по термодинамическим свойствам веществ при высоких давлениях, развиваемых в мощных ударных волнах. В открытой печати, естественно, отсутствуют сведения по уравнению состояния плутония. Вместе с тем по урану опубликована достаточно полная информация.

Для измерений и последующей корректировки сечений взаимодействия нейтронов с делящимися материалами проводились многочисленные ядерно-физические опыты в стационарной геометрии для модельных систем, имитирующих ядерный заряд. Результаты экспериментальных исследований российских и американских ученых по критическим сборкам широко известны.

На основе библиотек элементарных сечений взаимодействия нейтронов с ядрами конструкционных материалов и экспериментальных результатов по критическим сборкам для расчетов эволюции нейтронных полей в ядерных зарядах в программы расчетов были введены элементарные и групповые (по энергиям нейтронов) сечения взаимодействия нейтронов.

Широко проводились лабораторные взрывные исследования сжатия делящихся материалов активной зоны ядерного заряда в аварийных условиях "нештатного" инициирования ВВ. Исследования проводились на внутренних взрывных испытательных площадках с использованием макетов ЯЗ. Инициирование ВВ имитировало характерную аварийную ситуацию с лидирующим возникновением одного очага развития детонации (одноточечная безопасность).

В ходе исследований вопросов ядерной взрывобезопасности расчетно исследовалось поведение различных ЯЗ при одновременном и разновременном инициировании детонации различных частей поверхности ВВ. Подобные исследования включали расчеты с дискретным инициированием детонации в двух, четырех и большем количестве точек, а также виды инициирования детонации в непрерывном режиме, например, по кольцу.

Исследовались более сложные случаи возникновения и развития детонации (возникновение очага реакции в глубине заряда ВВ, замедленное развитие реакции и т.п.).

Основным инструментом для исследования сжатия имитаторов делящихся материалов во времени служило импульсное рентгенографирование. В качестве источника рентгеновского излучения использовались импульсные бетатроны с максимальной энергией gamma-квантов в пучке ~70 Мэв и просвечивающей способностью в импульсе ~200 мм свинца в одном метре от мишени бетатрона. Бетатрон может работать как в моно-, так и в мультиимпульсном режиме. Последнее обстоятельство позволяет в одном эксперименте получать несколько снимков объекта, а при использовании двух бетатронов со скрещивающимися пучками - получать "стереоснимки" объектов.

При исследовании влияния более сложных режимов взрывчатого превращения, имитирующих возможные аварийные ситуации, использовались также многоканальные электрические и другие методы диагностики.

В процессе полигонной отработки ядерных зарядов проводились опыты по экспериментальному подтверждению ЯВБ.

Для выбора редакции натурных экспериментов по определению ядерной взрывобезопасности конкретных ЯЗ важным являлся вопрос о выборе способа обеспечения детонации ВВ. Как правило, этот выбор определялся на основе системы физико-математического моделирования и лабораторных экспериментов по исследованию сжатия в условиях различных возможностей инициирования детонации ВВ, соответствующих аварийным ситуациям. На основании этой работы определялись наиболее опасные точки (зоны) для инициирования ВВ, и в натурном эксперименте подрыв ВВ технически осуществлялся в этом месте.

В условиях реальной аварийной ситуации нейтронное инициирование ЯЗ, как правило, определяется собственным нейтронным фоном делящихся материалов, входящих в состав ЯЗ. Величина этого нейтронного фона такова, что вероятность инициирования цепной реакции «1, и проведение эксперимента с таким естественным аварийным нейтронным инициированием мало информативно. Поэтому в натурных экспериментах по определению ядерной взрывобезопасности использовались специальные системы нейтронного инициирования, надежно гарантирующие возникновение процесса цепной реакции, хотя в реальных аварийных ситуациях такие системы нейтронного инициирования отсутствуют.

В опытах регистрировались нейтронное и гамма-излучения с поверхности заряда во времени, измерялись "постоянная" размножения нейтронов и число набранных поколений . Естественно, постановка опытов предусматривала реализацию только ядерных реакций деления.

Методологические подходы к редакции подобных экспериментов состояли в том, что:

Основной круг изучаемых вопросов был связан с поведением ЯЗ в условиях случайного, нецеленаправленного подрыва взрывчатого вещества боеприпаса.