XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Мирные атомные взрывы в Пермском крае
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Атомная отрасль – одна из самых молодых отраслей. Фундаментальные открытия, лежащие в основе современной атомной энергетики, ядерной медицины, радиационных технологий, были сделаны всего лишь в конце позапрошлого и в прошлом столетиях.
Не смотря на свою “молодость”, атомная отрасль развивается семимильными шагами и оказывает большое влияние на разные области - от экологии до цифровых технологий.
Недавно я узнал, что в истории нашей страны происходили события, связанные с ядерными взрывами, которые пытались приспособить для нужд народного хозяйства. Такие взрывы проводились в Пермском крае.
Актуальность проекта состоит в том, что экологическая обстановка в Пермском крае характеризуется напряженностью по многим параметрам: загрязнение атмосферного воздуха, водных объектов, образование и накопление отходов производства. Также причиной ухудшения экологической обстановки в крае могут быть промышленные предприятия, которые своей производственной деятельностью превышают нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ. А еще, в последнее время в прессе нагнетается обстановка вокруг темы про атомное оружие, радиоактивное загрязнение окружающей среды и многое другое. Кроме того, совершенно недавно, в ту же прессу попали рассекреченные материалы про атомные взрывы в нашей области (на тот момент).
Цель проектной работы: используя доступные имеющие материалы об мирных ядерных взрывах на территории СССР и Пермского края, воссоздать картину того времени, выяснив плюсы и минусы, последствия таких взрывов и причины отказа от них.
Задачи, которые я поставил перед собой: познакомиться с историей мирных атомных взрывов в Пермском крае, изучить истории проектов «Грифон», «Тайга» и «Гелий».
Теоретическая значимость работы связана с изучением засекреченного долгое время материала.
Практическая значимость работы состоит в том, что работа может заинтересовать как школьников, так и учителей физики, географии, истории, которые могут применить их в своей работе.
Работу я начал с поиска книг, статей, журналов на изучаемую тему. В сети Интернет я нашел основную информацию об интересующих меня объектах – статьи в газетах, в журналах, обсуждения на форумах, книги (см. библиографический список). Искать материалы было очень трудно, так как все мирные ядерные взрывы в СССР проводились секретно и до сих пор большая часть информации о них засекречена, в официальных источниках освещена мало.
Мирные ядерные взрывы в СССР. С 1964 по 1988 год в СССР велась программа № 7 "Ядерные взрывы для народного хозяйства", заказчиками были самые разные министерства и ведомства, включая министерство среднего машиностроения, министерство геологии. В 1963 году был подписан договор с США о прекращении испытаний ядерного оружия в воздухе, воде и на земле. В связи с этим Советский Союз в мирных целях провел 124 подземных взрыва по всей стране (рис.1), из них 80 на территории РСФСР, в 19 регионах; 39 в Казахской ССР; 2 в Украинской ССР; 2 в Узбекской ССР; 1 в Туркменкой ССР (см. Рисунок 1). Для сравнения: в США было сделано 34 мирных взрыва, хотя американцы начали несколько раньше нас и прекратили программу также раньше, в 70-е годы. Опять же, в отличие от нас, большинство мирных взрывов в США было выполнено на военных полигонах. Кроме того, Индия провела один взрыв.
Мирные ядерные взрывы в Пермской области. В Пермской области было проведено 10 ядерных взрывов (Табл. 1). Места проведения: Оса (Проект «Грифон»), северо-восток Чердынского района (Проект «Тайга») и Красновишерский район (Проект «Гелий»).
Рис.1. Карта мест проведения мирных ядерных взрывов в СССР
Таблица 1.
Глава 1. Что такое «атом»?
На протяжении многих веков ученые разных стран строили свои предположения о том, что такое атом. Такие исследования велись еще до нашей эры, например, в Древней Греции ученые уже высказывали предположения, что все состоит из мельчайших сфер (рис.2).
Рис.2. Все состоит из мельчайших сфер
Современные научные представления основаны на модели Бора-Резерфорда: атом – наименьшая часть химического элемента – состоит из ядра и электронной оболочки, в которой электроны вращаются вокруг ядра по определенным орбитам на различных энергетических уровнях (рис. 3).
Рис. 3. Модель Бора-Резерфорда
Почти вся масса атома сосредоточена именно в ядре, хотя оно в среднем в 10 000 раз меньше атома. Ядро имеет положительный заряд и состоит из протонов и нейтронов. Протоны заряжены положительно, а нейтроны не имеют заряда, они нейтральны.
Пять интересных фактов об атоме:
Из 118 известных и открытых к настоящему моменту химических элементов лишь 94 встречаются в природе. Остальные 24 были синтезированы людьми в лабораториях или ядерных реакторах.
В нестабильном атоме ядро содержит избыток либо протонов, либо нейтронов. Атом пытается достичь стабильного состояния, выбрасывая дополнительные частицы или высвобождая энергию в других формах. Элементы, содержащие такие нестабильные ядра, называют радиоактивными.
Самый легкий атом – у водорода. Он состоит только из одного электрона, вращающегося вокруг одного протона.
В теле человека есть атомы более чем 60 химических элементов. Более 90% массы тела составляют атомы водорода, кислорода и углерода.
Атомы невероятно малы, их нельзя увидеть даже с самым мощным в мире оптическим микроскопом. Поэтому ученые используют специальные устройства: мощные электронные микроскопы, атомные силовые микроскопы или сканирующие туннельные микроскопы.
Глава 2. Бывает ли атом «мирным»
Мирным атомом называют ядерную энергию, которая используется в мирных целях. Это не только энергетика и непосредственно атомные электростанции (рис.4).
Область неэнергетического применения ядерных технологий достаточно широка - это медицина, фармацевтика, промышленность, химическая и нефтехимическая отрасли, сельское хозяйство, экология и другие сферы (рис.5 ).
Рис.4 . Атомные электростанции
Достижения ядерной медицины используются для диагностики заболеваний (радиофармацевтические препараты используются в качестве индикаторов при изучении функций органов; сканирование методом компьютерной томографии позволяет получать изображения поперечных сечений частей тела; радиоактивные изотопы используются в лабораторных испытаниях) и при лечении болезней (радиационная терапия убивает раковые клетки, радиоактивный йод используется для лечения гипертиреоза). Еще одна область применения - стерилизация (радиация используется для стерилизации тканевых трансплантатов и медицинского оборудования).
Рис.5. Компьютерная томография
В первую очередь мирные атомные технологии в медицине востребованы при лечении онкологических заболеваний. Методы ядерной медицины применяются также в кардиологии, эндокринологии, неврологии, травматологии и других областях.
Согласно данным, озвученным на прошлой выставке "Атомэкспо-Беларусь", радионуклидные методы позволяют в 5-8 раз уменьшить число рецидивов злокачественных новообразований, на 15-20% увеличить количество выявленных злокачественных новообразований, на 30-40% улучшить качество диагностики сердечнососудистых заболеваний, на 95-99% излечить рак предстательной железы, до 30% снизить показатель смертности от злокачественных новообразований.
Может и уже помогает. По данным, которые приводит МАГАТЭ, к 2025 году две трети населения мира, возможно, будут жить в странах с умеренным или острым дефицитом воды. Проблема заключается в том, как управлять этим ограниченным ресурсом. Один из вариантов решения проблемы - управление водными ресурсами с использованием изотопной гидрологии. Она представляет собой ядерный метод, в рамках которого применяются как стабильные, так и радиоактивные природные изотопы, для того чтобы следить за передвижениями воды в гидрологическом цикле. Изотопы могут применяться для исследования подземных вод с целью определения их источников, путей восполнения запасов.
Рис.6. Облучение семян в сельском хозяйстве
Рис.7. Радиоактивные препараты в фармацевтике+
Глава 3. Использование атомной энергии в мире
Энергия необходима для устойчивого экономического роста и улучшения благосостояния людей. Перспективы атомной энергии стали предметом широкого распространения ещё в начале XX века. Открытие радиоактивности в 1896 году создало возможности для исследования структуры атома, что обеспечило вероятность того, что энергия, содержащаяся в атоме, может когда-нибудь высвободиться и использоваться на практике. Это дало большие надежды на дешёвую электроэнергию, но в тоже время вызвало опасения по поводу атомной бомбы.
Атомная энергетика (ядерная энергетика) – вид энергетики, занимающийся производством двух видов энергии: электрической и тепловой. Атомная энергия генерируется путём расщепления атомов с целью высвобождения энергии, удерживаемой в ядре. Ядерное деление генерирует тепло, которое направляется на охлаждающий агент – обычно воду. Получающийся пар вращает турбину, соединённую с генератором, производя электричество.
Рис.8 . Использование ядерной энергии в мире
Ядерная энергия не считается возобновляемой, учитывая её зависимость от добытого конечного ресурса, но поскольку действующие реакторы не выделяют парниковых газов, способствующих глобальному потеплению, сторонники говорят, что это следует рассматривать как решение проблемы изменения климата.
Уран (U) является самым распространённым топливом для производства атомной энергии. После добычи он перерабатывается в U-235, обогащённый вариант, используемый в качестве топлива в ядерных реакторах, поскольку его атомы легко поддаются делению. Побочный продукт ядерных реакций, плутоний (Pu), также может быть использован в качестве ядерного топлива.
Преимущества атомной энергетики можно обозначить следующие.
Огромная энергоёмкость используемого топлива. 1 кг урана, обогащённый до 4%, при полном выгорании выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти.
Возможность повторного использования топлива. Расщепляющийся материал (U-235) может быть использован повторно. С развитием технологии реакторов на быстрых нейтронах в перспективе возможен переход на замкнутый топливный цикл, что означает полное отсутствие отходов.
«Снижение» парникового эффекта. Действующие АЭС в России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу около 210 млн. тонн углекислого газа. Таким образом, интенсивное развитие ядерной энергетики можно косвенно считать одним из методов борьбы с глобальным потеплением.
Доступность. Уран – относительно недорогое топливо. Месторождения урана распространены в мире достаточно широко.
Относительно дешёвая отрасль. Большие затраты требуются только на этапе создания АЭС, в процессе дальнейшей эксплуатации затраты намного меньше.
Техническое обслуживание ядерных электростанций не нужно проводить так же часто, как дозаправку и техобслуживание традиционных электростанций.
Ядерные реакторы и связанные с ними периферийные устройства могут работать в отсутствие кислорода. Они могут быть целиком изолированы и при необходимости помещены под землю или под воду без вентиляционных систем.
Строительство АЭС обеспечивает экономический рост, появление новых рабочих мест: 1 рабочее место при сооружении АЭС создаёт более 10 рабочих мест в смежных отраслях. Развитие атомной энергетики способствует росту научных исследований и интеллектуального потенциала страны.
Атомные электростанции, построенные и эксплуатируемые с соблюдением всех мер предосторожности, могут помочь мировой экономике избавиться от чрезмерной зависимости от ископаемого топлива для производства электричества (рис.8).
Глава 4. Как мирные ядерные взрывы спрятали в Пермской земле четыре Хиросимы.
Мирные атомные взрывы прозвучали в Прикамье ровно полвека назад.
Сейчас словосочетание «мирный атом» воспринимается как «горячий лёд» или «мягкий камень». Но полвека назад эти слова официально звучали с высоких трибун и воспринимались как руководство к действию.
С помощью атомной энергии надеялись прокладывать каналы и увеличивать добычу нефти. Всего с 1965 по 1988 годы в Советском Союзе в рамках программы «Ядерные взрывы для народного хозяйства» произвели 124 взрыва. Зачастую их мощность превышала мощность бомбы, сброшенной на Хиросиму (она равнялась 14 килотоннам тротила). В Пермском крае такими «хиросимами» стали три места: Оса, северо-восток Чердынского района и Гежское месторождение в Красновишерском районе.
Суммарная мощность всех десяти зарядов оценивается в 76,2 килотонны в тротиловом эквиваленте: в четыре раза больше американской бомбы мощностью 13-18 килотонн, уничтожившей в 1945 году японский город Хиросима.
4.1. Оса. Проект «Грифон»
Первые два взрыва (Грифон-1 и Грифон-2) были произведены южнее (7-10 км) города Оса (рис.9) 2 и 8 сентября 1969 года. Их целью была стимуляция добычи нефти. Мощность каждого взрыва 8 килотонн. Взрывы подземные.
Рис.9. Осинский район
Скважины для первых ядерных взрывов начали бурить заранее. Первый взрыв провели в строгой секретности. Население Осинского района не оповестили. Люди испугались, в домах разбились стекла. Появились трещины в стенах, попадали люстры и так далее. Населению был нанесен материальный ущерб. Весь кирпич, производимый в Пермской области, и всех печников пришлось отправить в Осинский район, чтобы класть новые печи.
О втором взрыве было объявлено. Жители заклеили окна, подготовились. Людей из зданий вывели на открытые площадки. Когда все закончилось, в школах продолжились занятия.
Чуда не произошло, нефти не стало больше. А вот до большой трагедии был шаг. Корпоративная газета «Нефтянка» писала: «Среди пермских нефтяников весьма популярна версия о том, что продолжение бурения могло вызвать выход на поверхность критической массы радиоактивных веществ, и население Осы пришлось бы срочно эвакуировать». Остановились вовремя, не бурили. Однако опыт повторили в 80-х годах на Гежском месторождении в Красновишерском районе. Памятником тех давних событий стал гигантский могильник (рис. 10). С 1987 года в нем хоронят зараженные радиацией нефтяное оборудование и грунт, собранный возле скважин.
Рис.10. Вход в гигантский могильник, где хоронят радиоактивные отходы
4.2. Красновишерск. Проект «Гелий»
На этот раз для ядерных взрывов выбрали более безлюдную местность. Поселок Геж в Красновишерском районе был создан лесозаготовителями. Но к тому времени, как там открыли нефть, он уже был заброшен. Ближайшая к месторождению деревня Яборово (рис. 11) находилась в 20 километрах от нефтяных скважин.
Рис.11. Деревня Яборово
И в 1981–1987 годах в рамках проекта «Гелий» на Гежском месторождении произвели пять подземных ядерных взрывов - каждый из боезарядов был мощностью в 3,2 килотонны. Кстати, первый взрыв состоялся 2 сентября 1981 года - ровно через 13 лет после Осинского.
Последние взрывы на Гежском месторождении произошли в апреле 1987 года – спустя год после Чернобыля.
Гежская «хиросима» также оказалась неудачной. Как говорят в «Лукойле», интенсивность добычи на Геже всегда была очень низкой - за все годы эксплуатации из запасов месторождения смогли добыть всего около 4 процентов нефти.
Зато изменения в природе, вызванные ядерными взрывами, заметны до сих пор. Ручей, протекавший рядом с деревней Яборово, после тех взрывов пропал, ушел под землю. Рыба в местных речках заметно подросла. А в лесах стали расти огромные грибы (рис. 12, рис.13).
Рис.12. Огромные грибы в лесах
Рис.13. Рыба в водоемах видоизмененная
4.3. Чердынь. Проект «Тайга»
Далее был проект «Тайга». Предполагалось с помощью взрывов построить канал Печора — Кама. 23 марта 1971 года взорвали три заряда в Чердынском районе Пермской области (рис.14), в 100 км севернее города Красновишерска. Мощность каждого взрыва составила 15 килотонн. Для сравнения, мощность атомной бомбы «Малыш», взорванной над Хиросимой, была от 13 до 18 килотонн.
Взрывы были подземные, экскавационные, то есть направленные на выброс большого количества грунта. Целью эксперимента «Тайга» было выявление возможности строительства канала ядерными взрывами. По плану должны были произвести 250 взрывов. Планировали воду Печоры перебросить в Колву. Теоретически задумка выглядела убедительно – река Печора соединяется с руслом Камы, впадает в Волгу и наполняет катастрофически мелевшее Каспийское море.
Когда три ядерных заряда были одновременно подорваны, сотрясения ощутили жители деревень в радиусе нескольких десятков километров. Грунт был выброшен на высоту около 300 м. Опубликованных данных о дозах радиации после взрыва не существует. Испытание показало, что таким образом невозможно построить канал. Проект свернули.
Рис. 14. Работы над проектом «Тайга»
Глава 5. Экологическая обстановка под грифом «Секретно»
За грифом «секретно» - угроза здоровью.
До сих пор большинство документов по атомным взрывам находятся под грифом «секретно». Радиация страшна своими последствиями для людей. Но ещё хуже, когда сами атомщики умышленно скрывают подобную информацию.
По мнению российского эколога Алексея Яблокова (1933г. – 2017г.), мирные ядерные взрывы оставили после себя на Пермской земле неконтролируемые захоронения высокоактивных радиационных отходов.
Глава 6. Последствия взрывов для Пермского края
До конца неизвестно, сколько людей пострадало от этих ядерных испытаний. Все описанные взрывы можно назвать экологической бедой Пермского края. После первого ядерного взрыва в Прикамье прошло 50 лет. В Осинском районе вокруг забетонированного могильника радиационный фон в пределах нормы. На севере края дела хуже, только природа занимается собственным восстановлением. Последний взрыв в России прогремел осенью 1988 года в 80 километрах северо-восточнее города Котласа в Архангельской области. После этого использование ядерного арсенала в промышленных целях запретили.
Заключение
В ходе работы над проектом я пришел к выводу, что из крупиц информации возможно сложить полную картину изучаемого времени.
Также в рамках изучения этих проектов удалось выяснить:
1) плюсы/минусы, последствия «мирных» взрывов и причины отказа от них; 2) осведомленность жителей Пермского края о «мирных» взрывах на территории края и их последствиях.
Таким образом, я могу с уверенностью сказать, что поставленные задачи выполнены. Цель достигнута. Считаю, что нашей стране нужны новые научные открытия, и применение «доработанных» ядерных взрывов в народном хозяйстве может стать таким научным открытием. Ядерные взрывы могут стать не только оружием разрушения, но и созидания чего-то полезного и нужного для нашей страны. И в нашей стране есть научный потенциал для превращения фантазии – «безопасный экологически» ядерный взрыв в реальность. Перспективы дальнейшего исследования проблемы: когда буду учиться в старших классах, то смогу более глубоко исследовать данную тему (мне помогут знания, полученные на уроках физики и химии).
Существенную помощь в понимании сути ядерных взрывов мне оказал мой научный руководитель.
Список использованных источников информации
Комсомольская правда. Три Пермских «Хиросимы». Как в Пермском крае взрывали атомные бомбы/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.perm.kp.ru/daily/27037.4/4101406/. Дата цитирования:10.02.2022г.
Солевар. Атомный Урал. Ядерные взрывы в Пермской области/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://solevar.online/atomnyj-ural-jadernye-vzryvy-v-permskoj-oblasti/. Дата цитирования:11.02.2022г.
LIVEJOURNAL. «Грифон», «Тайга» и «Гелий». Как «мирные атомные взрывы» спрятали в Пермской земле четыре «Хиросимы» / [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://skrepohistory.livejournal.com/21662/. Дата цитирования:11.02.2022г.
Документальный фильм о взрыве [Электронный ресурс] – Режим доступа. - https://www.youtube.com/watch?v=DV9OsftqDxw.
Жучихин В.И. Подземные ядерные взрывы в мирных целях: мемуары.