На Семипалатинском полигоне первое подземное испытание с тротиловым эквивалентом около 1 кт было проведено 11.10.1961 г. в штольне В-1. Основная цель этого испытания состояла в проверке расчетов и отработке технологий осуществления подземных ядерных взрывов с удержанием радиоактивных веществ в его полости. Таким образом, в СССР, в связи с разработкой проекта международного договора о запрещении ядерных испытаний в трех средах (в космосе, воздухе и воде), началась подготовка к проведению испытаний ядерного оружия (зарядов) под землей, т.е. в скважинах и штольнях.
Применительно к испытаниям ядерного оружия в недрах земли существует принципиальное различие в понятии «ядерное испытание» и «ядерный взрыв». Дело заключается в том, что в одном ядерном испытании под землей может осуществляться несколько ядерных взрывов. Поэтому количество ядерных испытаний часто не совпадало с числом ядерных взрывов. В соответствии с Московским договором 1963 г. и Протоколом к Договору между СССР и США об ограничении подземных испытаний ядерного оружия (1974 г.) термин «ядерное испытание» означал либо одиночный подземный ядерный взрыв, либо два или более подземных ядерных взрывов, произведенных в течение 0,1 секунды на полигоне в пределах района, ограниченного окружностью с диаметром два километра, при этом суммарная мощность всех взрывов являлась мощностью данного ядерного испытания. Например, на Семипалатинском полигоне в одном из испытаний было осуществлено одновременно пять ядерных взрывов [49,39 ].
Общее количество подземных ядерных испытаний вместе с ядерными взрывами в мирных целях, а также число ядерных зарядов и ядерных взрывных устройств, взорванных бывшим Советским Союзом в недрах земли, включая Семипалатинский полигон, представлено в таблицах 3 и 4.
Данные о количестве подземных испытаний и мирных ядерных взрывов, которые в разные годы осуществлялись на Семипалатинском полигоне, приведены в таблицах 3 и 4.
По характеру фактически наблюдаемой радиационной обстановки все подземные ядерные взрывы, осуществленные на Семипалатинском полигоне, подразделялись на четыре категории:
Взрыв с выбросом грунта (ВВГ) - подземный взрыв наружного действия, сопровождавшийся разрушением и перемещением пород в эпицентральной зоне и выходом радиоактивных продуктов в атмосферу в аэрозольной и газовой фазах. На земной поверхности образовывалась воронка (кратер) выброса. На полигоне было проведено четыре таких испытания в скважинах 1004 (15.01.1965 г.), 1003 (14.10.1965г.), Т-1 (21.10.1968г.) и Т-2 (три взрыва 12.11.1968г.) [50 , 22].
Таблица 10 - Количество подземных ядерных испытаний и подземных ядерных взрывов в СССР, 1961-1990 гг.
| Место заложения зарядов | Количество подземных ядерных испытаний проведенных в СССР | |||
| всего | в том числе на | |||
| Семипалатинском испытательном полигоне | Северном испытательном полигоне Новая Земля | Вне территории полигонов | ||
| В штольнях, | 245 | 209 | 33 | 3 |
| (в т.ч. в мирных целях) | 5 | 2 | - | 3 |
| В скважинах, | 251 | 131 | 6 | 114 |
| {в т.ч. в мирных целях) | 119 | 5 | - | 114 |
| ВСЕГО | 496 | 340 | 39 | 117 |
| (в т.ч. в мирных целях) | 124 | 7 | - | 117 |
Таблица 11 - Количество ядерных зарядов и взрывных устройств, взорванных в СССР в недрах земли в 1961-1990 гг.
| Место заложения зарядов | Количество ядерных зарядов и устройств, взорванных СССР в недрах земли | |||
| всего | в том числе на | |||
| Семипалатинском испытательном полигоне | Северном испытательном полигоне Новая Земля | Вне территории полигонов | ||
| В штольнях,(в т.ч. в мирных целях)В скважинах,(в т.ч. в мирных целях) | 4335317130 | 30721877 | 126-7- | 33123123 |
| ВСЕГО | 750 | 491 | 133 | 126 |
Взрыв камуфлетный полный (ВКП). При таком взрыве все радиоактивные продукты оставались в полости взрыва. Подобная радиационная ситуация наблюдалась после 50% взрывов из всех, осуществленных в период проведения подземных ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне.
Взрыв неполного камуфлета, сопровождавшийся незначительным истечением в атмосферу радиоактивных инертных газов (ВНК-РИГ)- Подобные подземные испытания на Семипалатинском полигоне составляли 45% от их общего количества.
Взрыв неполного камуфлета с нештатной радиационной ситуацией (ВНК-НРС). Такой взрыв сопровождался ранним напорным истечением в атмосферу радиоактивных продуктов взрыва в газо- и парообразной фазах, что обусловливалось случайным нарушением нормального процесса проведения испытания и/или непредусмотренными проектом последствиями, которые могли привести/или приводили к облучению людей выше установленного уровня или к материальному ущербу. Взрывы ВНК-НРС могли привести к значительному аварийному облучению персонала и вследствие большого разбавления облака выброса по пути его движения за границы территории полигона – к очень незначительному облучению населения районов, прилегающих к полигону (ниже допустимых пределов по дозе).
При проведении мощных подземных ядерных взрывов в скважинах на площадках «Б» и «С» Семипалатинского полигона для исключения нарушений требований безопасности и Московского договора 1963 г. необходимо было выбирать такую глубину заложения ядерного заряда, которая обеспечивала бы возможность начала выхода радиоактивных газов в атмосферу не ранее, чем через 10 - 20 минут после взрыва. Только в этом случае среди вышедших в атмосферу газов мог практически отсутствовать радионуклид криптон-89 (период полураспада 3,07 минуты), из которого образуется биологически опасный радионуклид стронций-89, входящий в состав радиоактивных выпадений. Тем самым, даже после выхода части радиоактивных газов, обеспечивается отсутствие остаточного радиоактивного загрязнения местности и, следовательно, соблюдение правил радиационной безопасности [51 , 22].
При подземных ядерных взрывах в породах площадки «Б», содержащих относительно большое количество газообразных веществ, довольно часто наблюдалось истечение (фильтрация) в атмосферу радиоактивных газов по линии наименьшего сопротивления, то есть вдоль скважины. Причиной этого явления было возникновение значительного избыточного давления газов в полости ядерного взрыва. Большая часть газов образовывалась при испарении воды и сгорании горючих компонентов в прослойках сланцев и бурых углей. Кстати, после закрытия Семипалатинского полигона и передачи части его территории в использование для хозяйственных нужд вблизи площадки «Б» была начата промышленная добыча каменного угля.
По результатам экспериментального определения количества расплавленной породы, измерения размеров полости и установления способности горной породы к газообразованию стало возможным оценить величину избыточного давления в полости подземного взрыва к моменту окончания ее формирования.
Таблица 12 - Интенсивность подземных ядерных испытаний и мирных ядерных взрывов на Семипалатинском полигоне в течение 1961-1989 гг.
| Годы | Количество испытаний | Тротиловый эквивалент, кт | Примечания |
| 1961 | 1 | 1 | |
| 1962 | 1 | 0,001-20 | |
| 1963 | - | - | |
| С 01.01.1963 г. по 15.04.1964 г. ядерные испытания не проводились в связи с подготовкой Договора о запрещении испытаний в трех средах. | |||
| 1964 | 7 | 90 | Две нештатные радиационные ситуации (НРС). |
| 1965 | 12 | 250 | Включая два мирных ядерных взрыва (МЯВ) в скважинах 1004 и 1003. |
| 1966 | 14 | 420 | Одна НРС. |
| 1967 | 15 | 220 | Одна НРС. |
| 1968 | 14 | 120 | Включая МЯВ в скважине Т-1 и Т-2. Одна НРС. |
| 1969 | 14 | 270 | |
| 1970 | 12 | 150 | |
| 1971 | 15 | 300 | Включая МЯВ в штольне 148/1. Одна НРС. |
| 1972 | 14 | 450 | Две НРС. |
| 1973 | 9 | 310 | Одна НРС. |
| 1974 | 15 | 150 | Включая МЯВ в скважине Р-1 и в штольне 148/5. Две НРС. |
| 1975 | 12 | 210 | |
| 1976 | 16 | 300 | Одна НРС. |
| 1977 | 15 | 350 | |
| 1978 | 20 | 620 | |
| 1979 | 20 | 960 | |
| 1980 | 18 | 600 | Одна (последняя) НРС. |
| 1981 | 15 | 610 | |
| 1982 | 10 | 470 | |
| 1983 | 14 | 440 | |
| 1984 | 14 | 1130 | |
| 1985 | 8 | 45 | |
| 1986 | - | - | С 26.07.1985 г. по 26.02.1987 г. - мораторий на ядерные испытания. |
| 1987 | 16 | 1000 | |
| 1988 | 12 | 670 | |
| 1989 | 7 | 300 | |
| итого | 340 | 11100 |
Оказалось, и это подтвердилось экспериментально, что при взрыве в граните с содержанием воды 0,5-1% по весу измеренное в полости давление было ниже атмосферного. При «газовости» пород 2-3% давление в полости взрыва становилось выше атмосферного, что могло быть причиной выхода в атмосферу радиоактивных газов. Фиксируя при подземных взрывах время начала выхода в атмосферу радиоактивных газов и зная другие необходимые параметры, специалисты научились количественно оценивать проницаемость пород, в которых производились подземные ядерные взрывы. В последующем эти знания позволили разработать методику прогноза радиационной обстановки после проведения подземных ядерных испытаний, что в значительной степени способствовало обеспечению радиационной безопасности участников испытаний [52, 33].