Способ идентификации и оценки термоядерности скрытно проведенного камуфлетного ядерного взрыва Российский патент 2019 года по МПК G21J5/00 G01T1/167 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области ядерной физики и может найти применение при контроле за скрытым проведением ядерных испытаний, преимущественно очень малой мощности.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение.

Важной современной международной политической проблемой является нераспространение ядерного оружия. Одним из элементов решения этой проблемы служит Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ). Его реализация возложена на соответствующую Организацию (ОДВЗЯИ).

В настоящее время на международных встречах, проводимых ОДВЗЯИ, отмечается, что существующая методическая база не позволяет делать выводы о факте нарушения ДВЗЯИ с высокой достоверностью [1-3].

Уровень техники.

Одной из составной частей верификационного (контрольного) механизма ДВЗЯИ является инспекция на месте (ИНМ) [1-4]. При проведении ИНМ предполагается использование широкого спектра методов измерения параметров поствзрывных процессов, включающих многоспектральные и инфракрасные измерения, отбор и анализ твердых, жидких и газообразных проб, пассивный сейсмологический мониторинг, активную сейсмометрию, магнитометрическую, электрометрическую и гравиметрическую съемку района [1-4].

Аналог.

Из применяющихся в мировой практике способов идентификации камуфлетных ядерных взрывов (КЯВ) наибольшее распространение получили способы, основанные на регистрации параметров радиационных полей и поствзрывных сейсмических полей.

При проведении КЯВ ядерное зарядное устройство размещается, как правило, в концевом боксе.

Например, способ по патенту РФ №2538243 «Способ обнаружения продуктов радионуклидов, полученных при подземном ядерном взрыве». Изобретение может использоваться в системах для идентификации ядерных взрывов на основе измеренных в атмосфере природных радиоактивных газов (NORG).

Известны также способы: RU 2407039, RU 2068571, RU 2377597, US 6567498 В, CN 102713677 (A) CN 102713677 (B) EP 2538243 (A1) EP 2538243 (A4) EP 2538243 (B1) IL 220691 (A) JP 5703462 (B2) 40 (C1) US 2013001431 (A1) US 8969825 (B2) WO 2011081566 (A1).

Наиболее эффективным способом является «Способ идентификации ядерного взрыва по изотопам криптона и ксенона» (RU 2407039).

Этот способ предполагает выход значительного количества газовой фракции радиоактивных продуктов.

В качестве главного подтверждающего факта проведения КЯВ используется бурение в полость (или концевой бокс, если он не нарушен взрывом) с отбором керна и образцов среды и их последующим радиохимическим анализом.

Прототип.

Обобщенная схема процедуры идентификации скрытно проведенного КЯВ включает последовательное выполнение мероприятий и технологических операций:

получение информации о сомнительном явлении от Международной системы мониторинга (МСМ) ОДВЗЯИ;

выезд группы инспекторов для проведения ИНМ;

проведение измерений физических полей на дневной поверхности;

бурение скважин и отбор проб из полости (концевого бокса) предполагаемого КЯВ;

радиохимический анализ отобранных проб;

формирование суждения о сомнительном явлении и заключение о нарушении (ненарушении) ДВЗЯИ.

Указанная схема процедур идентификации рассматривается как прототип.

В то же время, логично можно предполагать, что скрытно проведенный КЯВ будет с достаточно малым энерговыделением (незначительной мощности, менее 1 тонны по тротиловому эквиваленту, или с энергией менее 4,2*10⁹ Дж).

Столь незначительная величина энерговыделения существенно затрудняет идентификацию сомнительного явления, как скрытно проведенного КЯВ.

В таком случае, для повышения надежности и достоверности идентификации скрытно проведенного КЯВ нужны дополнительные аргументы.

Технический результат изобретения.

Техническим результатом предлагаемого способа является расширение перечня и увеличение количества физических полей, генерированных ядерным взрывом и включаемых в идентификационные признаки. Параметры этих полей, однозначно связанных с ядерным взрывом, и позволяют усилить аргументацию при идентификации сомнительного явления.

Цель изобретения - повышение достоверности и доказанности факта скрытного проведения КЯВ.

Способ достижения технического результата.

Указанный результат и цель достигаются тем, что в предлагаемом способе дополнительно проводятся совместные измерения параметров тепловых и радиационных полей в скальном массиве на удалении от места расположения ядерного взрывного устройства (за пределами полости).

Поставленная цель достигается включением в перечень физических полей теплового поля с однозначно обоснованной взаимосвязью его параметров с параметрами радиационных полей исключительно ядерного взрыва.

Предлагаемый способ отличается тем, что в центральной зоне сомнительного явления проводят бурение скважин в направлении полости или из полости взрыва, проводят измерения параметров радиационных полей и измерения температуры по длине скважины, выявляют наличие экстремумов в параметрах радиационных полей и температуры и по совпадению координат этих экстремумов судят о факте проведения камуфлетного ядерного взрыва. При наличии двух экстремумов в параметрах радиационных полей и температуры судят о факте термоядерного взрыва, а по соотношению амплитуд параметров радиационных и тепловых полей оценивают коэффициент термоядерности взрыва.

Для усиления аргументации факта проведения КЯВ измерения параметров радиационных полей и измерения температуры проводят через промежуток времени однократно или многократно, рассчитывают спад интенсивности параметров радиационных полей и температуры, сравнивают закономерность спада интенсивности параметров радиационных полей и температуры, сравнивают с периодами полураспада химических элементов минералов вмещающих пород и по их совпадению подтверждают факт скрытно проведенного ядерного или термоядерного взрыва.

Сущность изобретения

Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.

В процессе работы ИНМ проводится бурение скважины в (из) полости КЯВ или концевого бокса.

По всей длине скважины измеряются параметры радиационных полей на наличие альфа-, бета- и гамма излучений, а также параметры тепловых полей.

Наличие совпадающих экстремумов по длине скважины свидетельствует о факте проведения КЯВ.

Если таких экстремумов два, то это свидетельствует о факте термоядерного взрыва.

Наличие экстремумов объясняется двумя группами нейтронов, обусловленных реакцией деления (нейтроны с энергией до 2,35 МэВ) и реакций синтеза (нейтроны с энергией 12,2-14,9 МэВ) [4-8]. Нейтроны по мере распространения в массиве затрачивают энергию на упругое и неупругое рассеяние [7-10]. При снижении энергии нейтронов до «теплового» уровня происходит их захват ядрами химических элементов, входящими в состав минералов слагающих пород.

Естественно, нейтроны группы деления поглощаются на меньших удалениях от ядерного зарядного устройства, чем нейтроны группы синтеза. Таким образом, в грунте формируются два радиационных пояса.

Удаления радиационных поясов определяются составом минералов слагающих пород. Оценочно, для гранита удаление пояса, обусловленного нейтронами деления, составляет 10 м, нейтронами синтеза - 14 м, а для галлита - 4 м и 7 м, соответственно.

В местах расположения радиационных поясов взаимосвязано (синхронно) должны наблюдаться повышенные значения параметров тепловых полей (температурные экстремумы). Основанием для такого предположения являются преимущественно реакции радиационного захвата нейтронов ядрами химических элементов минералов слагающих скальных пород.

Для подтверждения суждения о факте КЯВ в (из) полости бурятся несколько скважин в различных направлениях.

Помимо этого, процедура измерения параметров радиационных и тепловых полей проводятся через промежуток времени. По результатам измерений устанавливается закономерность спада интенсивности, которая должна быть синхронной и соответствовать радиационным характеристикам химических элементов (периодам полураспада) минералов слагающих пород. Это является дополнительным аргументом для идентификации сомнительного явления.

Суть предлагаемого способа поясняется схематично на рисунке (фиг. 1).

В массиве скальных пород (1) из полости или концевого бокса (2) предполагаемого места проведения КЯВ бурятся скважины (3). В зависимости от ситуации скважины могут быть пробурены и в полость предполагаемого КЯВ.

По длине скважин проводятся измерения параметров радиационных полей (альфа-, бета- и гамма излучений), а также параметры тепловых полей (температуры грунта в исследуемой точке).

По результатам измерений строятся графики изменения параметров радиационных полей (4) и (5) и температуры (6) и (7). По наличию совпадающих на графиках экстремумов (4) и (6) судят о проведении ядерного взрыва. При наличии еще двух совпадающих экстремумов (5) и (7) судят о проведении термоядерного взрыва.

По результатам повторного (через промежуток времени) проведения измерений параметров радиационных (8), (9) и тепловых (10), (11) полей и установлению синхронности спада величин экстремумов подтверждают факт скрытного проведения КЯВ.

По соотношению амплитуд параметров радиационных (4) и (5) и тепловых (6) и (7) полей с учетом пространственной расходимости R1 (12) и R2 (13) оценивают коэффициент термоядерности взрыва.

При проведении мощного КЯВ радиационные и тепловые пояса могут находиться в зоне гидродинамических процессов и их идентификация должна проводиться с учетом остаточных смещений грунта [5, 11, 12].

При очень мощном КЯВ пояса попадают в полость взрыва и их идентификация невозможна [5, 11, 12].

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна».

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в общедоступных источниках нет сведений о способе идентификации, основанном на совместном анализе параметров радиационных полей и температуры, синхронном совпадении закономерностей изменения этих полей с температурой и близости этих закономерностей с периодами полураспада химических элементов, составляющих минералы слагающих пород.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленное соотношение параметров радиационных и тепловых полей обладают синхронностью по месту и времени.

Помимо этого, действующее Оперативное Руководство по ИНМ (CTBT-TL-18-50. Peol 13), разрабатываемое а рамках ОДВЗЯИ, такой технический подход не предусматривает.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость».

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы.

Реализации способа.

Возможность реализации предлагаемого способа вполне очевидна, поскольку не требуется разработка принципиально новой технологии и оборудования.

Обоснование технико-экономической эффективности изобретения.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в снижении затрат, т.к. может осуществляться параллельно со стандартными процедурами проведения ИНМ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. О. Далман, С. Миккелвайт, Х. Хаак. Ядерные испытания в мировой политике. Международные процессы, 2014, № 3, 5 с.

2. Электронный ресурс: https://www.ctbto.org/?id=317.

3. Алешин Д.Б., Троянов А.Ф. Анализ ядерной деятельности. Стратегическая стабильность №3/2014, 9 с.

4. Физика ядерного взрыва. Т. 5. Контроль ядерных испытаний. - М.: Физматлит, 2017.- 788 с.

5. Физика ядерного взрыва. Т. 1. Развитие взрыва. - М.: Физматлит, 2009. - 832 с.

6. Мартыненко В.П. и др. Гамма-излучения продуктов мгновенного деления, --Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 237 с.

7. Характеристики мгновенных продуктов деления. Справочник, - М.: Атомиздат, 1983. 311 с.

8. Гусев Н.Г., Дмитриев П.П. Радиоактивные цепочки. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1988. 112 с.

9. Левин В.Е., Хамьянов Л.П. Измерение ядерных излучений. М., Атомиздат, 1969.

С. 34-43.

10. Физические величины: Справочник/А.П.Бабичев и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М.; Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

11. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Н и др. Механический эффект подземного взрыва, М., Недра, 1971.

12. Кочарян Г.Г., Спивак А.А., Деформирование блочных массивов скальных пород, М., ИКЦ «Академкнига», 2003г.

Изобретение относится к способу идентификации и оценки термоядерности скрытно проведенного камуфлетного ядерного взрыва. Предусмотрено измерение параметров поствзрывных полей и формирование суждения о факте проведения взрыва, причем в центральной зоне сомнительного явления проводят бурение скважин в полость или из полости взрыва, проводят измерения параметров радиационных полей и температуры по длине скважины. Далее выявляют наличие экстремумов в параметрах радиационных полей и температуры и по совпадению координат этих экстремумов судят о факте проведения ядерного испытания. При наличии двух экстремумов в параметрах радиационных полей и температуры судят о факте термоядерного взрыва, а по соотношению амплитуд параметров радиационных и тепловых полей оценивают коэффициент термоядерности взрыва. Также измеряются параметры радиационных полей и температуры через промежуток времени однократно или многократно, расчет спада интенсивности параметров радиационных полей и температуры, сравнение закономерностей спада интенсивности параметров радиационных полей и температуры, сравнение с периодами полураспада химических элементов минералов вмещающих пород и по их совпадению подтверждается факт скрытно проведенного ядерного или термоядерного взрыва. Техническим результатом является возможность идентификации и оценки термоядерности скрытно проведенного камуфлетного ядерного взрыва. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ идентификации и оценки термоядерности скрытно проведенного камуфлетного ядерного взрыва, заключающийся в измерении параметров поствзрывных полей и в суждении о факте проведения камуфлетного ядерного взрыва, отличающийся тем, что в центральной зоне сомнительного явления проводят бурение скважин в полость взрыва или из полости взрыва, проводят измерения параметров радиационных полей и измерения температуры по длине скважины, выявляют наличие экстремумов в параметрах радиационных полей и температуры и по совпадению координат этих экстремумов судят о факте проведения камуфлетного ядерного взрыва, а при наличии двух экстремумов в параметрах радиационных полей и температуры судят о факте термоядерного взрыва, при этом по соотношению амплитуд параметров радиационных и тепловых полей оценивают коэффициент термоядерности взрыва.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерения параметров радиационных полей и измерения температуры проводят через промежуток времени однократно или многократно, рассчитывают спад интенсивности параметров радиационных полей и температуры, сравнивают закономерность спада интенсивности параметров радиационных полей и температуры, сравнивают с периодами полураспада химических элементов минералов вмещающих пород и по их совпадению подтверждают факт скрытно проведенного ядерного или термоядерного взрыва.