Начиная с 1961 года, когда были запрещены испытания ядерного оружия в атмосфере, под водой и в космосе, наступил период перехода к проведению подземных ядерных взрывов. В связи с этим возникла необходимость в получении информации о характере развития подземного взрыва и сопровождающих его эффектах по регистрации внешних явлений. Для этих целей в ИХФ АН СССР было создано несколько методик с использованием стандартной киноаппаратуры, а также разработан ряд специальных оптических приборов [1].
Применение оптических методов позволило регистрировать всю совокупность внешних эффектов, сопровождающих ПЯВ. К основным достоинствам метода можно отнести возможность по результатам съемки оценить качественные и количественные пространственно-временные характеристики исследуемого процесса.
Оптические методы успешно применялись при проведении штольневых и скважинных камуфлетных взрывов и взрывов на выброс грунта. Несмотря на некоторую специфику каждого из перечисленных взрывов, укажем на общие требования при их регистрации:
- фотокинорегистрация общей картины;
- регистрация пространственно-временных параметров движения грунта в эпицентральной зоне.
К факторам, усложняющим съемку, необходимо отнести воздействие сейсмовзрывных волн, проведение съемки с больших расстояний и ограничения, накладываемые на точность съемки турбулентностью атмосферы [2].
При регистрации общей картины выявлялись такие проявления взрыва, как разрушение горного массива, камнепады, лавины, определялись координаты эпицентра взрыва, а также отслеживалось развитие газопылевого облака при взрывах на выброс. Использовалась, в основном, стандартная аппаратура с модернизированными кинокамерами АКС-2м и АКС-4м с набором различных объективов при частоте съемки до 100 к/с, а также аэрофотокамеры АФА-33/100, АФА-БАФ с фокусным расстоянием ?=400 мм. При правильном подборе параметров съемки удается зарегистрировать развитие воздушной ударной волны.
Для регистрации движения в эпицентральной области на начальных стадиях взрыва в Спецсекторе ИФЗ было разработано несколько фоторегистрирующих систем и методик. на первых взрывах в штольнях В-1 и А-1 в горном массиве Дегелен применялись длиннофокусные фоторегистрирующие системы ФР-1.
В дальнейшем было разработано несколько специальных приборов и устройств. Укажем на некоторые из них:
• длиннофокусный фоторегистратор ФРД-2 с фокусным расстоянием ? = 3500 мм [3];
• длиннофокусная кинокамера АКС-1000 с ? = 1000 мм;
• растровая камера для регистрации световых треков РКД [4];
• система световых пиротехнических реперов;
• стереоскопическая съемка процессов с использованием
модернизированных кинокамер АКС-2 (стерео) [5].
При разработке прибора ФРД-2 было уделено особое внимание созданию надежного и многофункционального прибора с высокими пространственно-временными характеристиками. Прибор должен выдерживать воздействие сейсмовзрывной нагрузки, не теряя стабильности параметров. Принципиальная схема прибора ФРД-2 включает зеркально линзовый объектив, систему внутреннего увеличения, мультипликатор, узел деления светового пучка с фильтрами. Развертка во времени осуществлялась при помощи покадровой съемки и непрерывной развертки на барабане.
Фоторегистратор работает в трех режимах:
• Одновременная регистрация на барабан и кинокамерой.
• Развертка изображения светового репера одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
• Работа с мультипликатором, позволяющим получать масштабный эффект увеличения эквивалентной оптической системы с ?=7000 мм. Прибор имеет разрешение до 2-5 угловых секунд, временное разрешение при непрерывной развертке составляет 1-3 мс.
С целью обеспечения работы в условиях образования пылевого облака и для точного фиксирования отдельных участков поверхности использовались световые пиротехнические репера, закрепленные на металлических вышках. Вышки имеют значительную площадь опор, которая предотвращает их просадку при скоростях движения поверхности грунта до 100 м/с.
Можно также отметить, что приборы типа ФРД-2 применялись и для исследования послевзрывных блочных подвижек массива на площади ? 1 км?, расположенного в районе геологических разломов на расстояниях 1–2 км от эпицентра камуфлетных взрывов на площадке Балапан.
Имея высокое угловое разрешение, оптические приборы позволяли контролировать возможные угловые развороты в горизонтальной плоскости отдельных участков поверхности. При этом регистрация проводилась непрерывно, начиная за двое суток до взрыва, в момент взрыва и в течение последующих шести суток. Точность измерений прибором ФРД-2 ограничивается, в основном, турбулентностью атмосферы. Опыт эксплуатации этих камер при ПЯВ показал, что они достаточно оптимизированы для решения поставленных задач. Приборы выпускались малыми сериями в ОКБ ИФЗ АН СССР и до прекращения работ на Семипалатинском полигоне были штатными приборами в течение последних 20-ти лет.
При проведении первых ПЯВ на выброс грунта для наиболее полного анализа происходящих явлений был разработан метод конвергентной стереоскопической съемки ПЯВ. Для этих целей использовались две кинокамеры, разнесенные на некоторый базис "В" съемки и находящиеся от места взрыва на расстоянии "У". Отношение В/У выбиралось в пределах 1/3 - 1/20. В камеры были введены элементы внутреннего ориентирования. Камеры работали независимо. Синхронизация отдельных кадров достигалась подбором частот съемки n 1 и n 2 . Одновременно на обе камеры подавались отметки времени, по которым отбирались стереопары для дальнейшей обработки.
Рассмотрим типичный случай регистрации ПЯВ мощностью 30 кт. Взрыв был произведен на глубине 400м на равнинной местности в районе Мангышлака с целью геофизических исследований [6]. Эпицентральная зона была оборудована шестью реперными вышками с пиротехническими световыми источниками, устанавливаемыми фронтально через 100 м. На скважине был установлен свободно-действующий репер. Регистрация велась с одного направления из двух пунктов, расположенных на расстояниях 1600м и 4500м от эпицентра.
С ближнего пункта регистрировались начальные стадии движения до прихода сейсмической волны в течение первых t = 0,5с. С дальнего пункта производилась регистрация общей картины взрыва. Для регистрации начальных перемещений использовались длиннофокусные регистраторы ФРД-2 и АКС-1000. Киносъемка осуществлялась с частотой до 100к/с и экспозицией менее 0,001с, что предотвращало сейсмический "смаз" изображения. Также велась регистрация треков световых реперов на неподвижную пленку. Общая картина регистрировалась кинокамерами АКС-4м и аэрофотокамерами АФА-БАФ.
В результате регистрации получена картина развития движения поверхности грунта в эпицентральной зоне. Движение эпицентральных реперов началось почти одновременно, купол достиг высоты 3,2 м и его высота не изменилась в течение всего времени регистрации (t = 60с). В дальнейшем происходило опускание эпицентральной зоны и образование пологой провальной воронки, которая достигла своих максимальных размеров через трое суток, при этом ее глубина составила ~10м при диаметре 400-500м. Регистрация движения световых реперов происходила при сильном тумане.
В результате многочисленных регистраций скорости движения массива в эпицентре была получена эмпирическая зависимость скорости от тротилового эквивалента (ТЭ). На основе этой зависимости был создан экспресс-метод определения ТЭ при взрывах в горном массиве Дегелен. Для этой цели успешно использовался ФРД-2.
Типичная картина взрыва на выброс грунта приведена на рис. 5, где показан один из моментов развития группового взрыва, состоящего из трех зарядов мощностью 0,2 кт при глубине заложения 40м. [7].
Многолетний опыт проведения ПЯВ показал, что оптические методы регистрации обеспечивали получение необходимой информации, в полном объеме применялись при решении отдельных научно-исследовательских задач и практически использовались на каждом подземном ядерном взрыве.
При подземных взрывах на Новой Земле использовался опыт Семипалатинского полигона. Из-за сложных метеоусловий и плохой видимости обычно прямая оптическая регистрация была затруднена. Для получения информации о характере разрушений в эпицентральной зоне стали использоваться вертолеты. При переходе на подземные испытания ядерных зарядов возросла роль вертолетной авиации, поскольку помимо традиционных аэрофотосъемок местности до и после взрыва, вертолет позволяет проводить съемку эпицентральной зоны при самом процессе развития подземного взрыва.
Практически использование вертолетов для такой регистрации было успешно реализовано в районе Маточкина Шара при проведении подземных взрывов большой мощности, когда наблюдение эпицентра с земли не представлялось возможным из-за отсутствия прямой видимости. Методика съемки с вертолета эпицентральной зоны в момент подземного взрыва, применимая для подобных условий, была предложена и разработана В.В. Адушкиным. Так при взрывах в штольне В-1 (гора Черная) удалось зафиксировать многочисленные разрушения горного массива, в том числе образование провальной воронки, процесс обрушения горного склона и образование длиннопротяженной лавины из разрушенной породы объемом 80 млн. м?. Значительные обрушения склонов и образование каменных лавин были зарегистрированы и при других штольневых взрывах. По этой методике наблюдение за разрушением эпицентральной зоны и выходом газопылевых образований производилось при 17 взрывах в штольнях. Были оценены интервалы времени от момента взрыва до начала выхода радиоактивных газов. Установлены места их выхода, определены скорости подъема дневной поверхности в эпицентральных зонах, размеры зон разрушения, величины раскрытия трещин и их ориентация. Аналогичные наблюдения производились и при четырех скважинных взрывах. Регистрация велась на высотах 300 – 500 метров с вертолетов Ми-8, осуществлявших радиационный контроль над эпицентральным районом в момент взрыва. Для съемок одновременно использовалось несколько авиационных киносъемочных камер АКС-4м, специально модернизированных для этих целей. Съемка производилась через открытую дверь вертолета, что упрощало требования к ориентации вертолета и соблюдению курса полета по отношению к месту взрыва. В этих работах неоднократно принимал участие Каазик П.Б. [8].
На полигонах подготовка и проведение фотографической регистрации осуществлялась оптическими отделами и лабораториями, которыми в разное время руководили на Семипалатинском полигоне Гаврилко А.К., Шмаков М.Л., Фирсов В.И., Цыкановский В.И. [9], а на Новой Земле - Тораненко В.Н., Пожарицкий А.Ф. и Фридман М.Б.
Методики и аппаратура, разработанные для регистрации ядерных взрывов, позволили изучить их действие на горный массив и окружающую геофизическую среду при штольневых и скважинных взрывах различной мощности в породах разного типа.
Литература.
1. Гарнов В.В. Оптические приборы для регистрации ядерных взрывов. История Атомного проекта. РНЦ Курчатовский институт, выпуск 11/97.М. 1997г. с. 75-81.
2. Гарнов В.В., Сицинская Н.М. Методика приближенной оценки влияния неоднородности атмосферы при регистрации быстропротекающих процессов. В Сб. НИИОФИ АН СССР. Всесоюзная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Москва. 1978г. с. 105.
• Гарнов В.В. Разработка оптической схемы прибора c высоким угловым разрешением для регистрации взрывных процессов. В сб. Современное состояние высокоскоростной фотографии. ВДНХ. 1972г.
4. Дубовик А.С., Гарнов В.В., Сицинская Н. М.. Высокоскоростные растровые камеры с двумя вращающимися дисками РКД-2. ЖНИПФИК, т. 11, №2, 1966г. c . 111-117.
5. Гарнов В.В. Применение стереоскопии для изучения взрывных процессов. Тезисы 3-ей Всесоюзной конференции по высокоскоростной фотографии. Изд. ГКНТ. М. с. 122.
6. Мирные ядерные взрывы в СССР. Мангышлак. Ядерные испытания в СССР. ИЗДАТ М. 1997 г. с. 178.
7 Мирные ядерные взрывы в СССР. Телькем-2. Ядерные испытания в СССР. ИЗДАТ М. 1997 г. с. 178.
8. Адушкин В.В., Каазик П.Б. Расчет выхода газообразных продуктов подземного взрыва в атмосферу. ПНТФ. 1996 г. №1.
9. Шмаков М.Л. Исследование подземных ядерных взрывов на Семипалатинском полигоне. О людях и свершениях. Подземные испытания ядерных зарядов на Семипалатинском полигоне (1961-1989 г.) Часть 2. М.О. 1997 г. с. 161.
|
|
 |
