Способ идентификации скрытно проведенного камуфлетного ядерного взрыва Российский патент 2020 года по МПК G21J5/00 G01V9/00 G01K13/00 G01V1/00 G01V11/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области ядерной физики и может найти применение в системах идентификации камуфлетных ядерных взрывов с дополнительным использованием геофизических методов.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение.

Одним из элементов международного контроля за нераспространением ядерного оружия 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) [1-3]. При проведении ИНМ предполагается использование широкого спектра методов измерения параметров поствзрывных процессов, имеющих различную физическую природу

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.

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).

В качестве главного подтверждающего факта проведения КЯВ используется бурение в полость с отбором керна и образцов среды и их последующим радиохимическим анализом.

Идентификация скрытно проведенного КЯВ может осуществляться и по измерениям параметров других физических полей и включает пассивный сейсмологический мониторинг, активную сейсмометрию, магнитометрическую, электрометрическую и гравиметрическую съемку района [1-3].

Прототип.

Наиболее близким к заявляемому способу техническим решением того же назначения и в качестве прототипа является идентификация по результатам измерений теплового (в инфракрасном диапазоне) воздействия на массив.

При проведении КЯВ в результате механического и теплового воздействия на массив на дневной поверхности образуются долговременные тепловые аномалии кольцеобразной или дугообразной формы [4, 5]. Тепловые аномалии по геометрии совпадают с эпицентральной областью КЯВ.

Регистрация тепловых аномалий, как правило, позволяет наиболее оперативно и достаточно точно давать координаты проведенного КЯВ.

Факт регистрации тепловых аномалий с помощью тепловизионной аппаратуры на КА может служить основанием для запроса на проведение ИНМ.

В то же время тепловые аномалии могут иметь другую физическую или техногенную природу, включая ложные сигналы. Например, Государство-нарушитель ДВЗЯИ может создать ложное тепловое поле по форме схожей с тепловым полем, создаваемым КЯВ. Техническая реализация ложного поля представляется вполне возможной.

В этом случае инспекция на месте, включающая длительную процедуру бурения, не выявит доказательных фактов нарушения ДВЗЯИ в установленный срок и тогда Государство-нарушитель сможет скрыть факт нарушения ДВЗЯИ.

Технический результат изобретения.

Техническим результатом предлагаемого способа является включение в идентификационные признаки геофизического поля, изменение параметров которого однозначно связано с ядерным взрывом. Это позволяет усилить аргументацию при идентификации сомнительного явления. В случае создания ложного теплового поля геофизическая аномалия будет отсутствовать и тогда может быть принято решение о переносе места проведения инспекции.

Цель изобретения - повышение достоверности и доказанности факта скрытного проведения КЯВ, а также обоснованность, в случае создания ложного теплового поля, решения о проведении ИНМ в другом районе.

Способ достижения технического результата.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе наряду с измерением температуры дневной поверхности в эпицентральной области и выделении зоны и конфигурации тепловых аномалий проводится геофизическое сейсмопрофилирование по дневной поверхности. По результатам сейсмопрофилирования выделяется зона с повышенной над фоном скоростью продольных волн, а по совпадению координат и геометрических размеров тепловых и геофизических аномалий судят о факте скрытного проведения камуфлетного ядерного взрыва.

Физическим аргументом однозначной взаимосвязи тепловых и геофизических аномалий является необходимость наличия значительной энергии для сжатия грунта и, связанной с этим, увеличение скорости продольных волн в грунте.

Для повышения надежности идентификации тепловых аномалий измерения температуры проводят при наибольшем контрасте.

Проведение тепловизионной съемки при наибольшем контрасте позволяет выявить особенности тепловой аномалии, которые могут более корректно проводить совместный анализ с особенностями геофизических параметров массива.

Сущность изобретения

Предлагаемый способ реализуется методом совместного анализа результатов измерений параметров теплового поля на дневной поверхности и результатов сейсмопрофилирования.

Сущность изобретения поясняется графически на схеме (фиг. 1).

При ядерном взрыве в скальном массиве (1) образуется полость со столбом обрушения (2). В полости находится расплав породы, являющийся источником тепла [4, 5]. Результатом геомеханического действия взрыва является образование в массиве (1) и коре выветривания (3) уплотненного слоя грунта (4). Факт наличия такого слоя установлен при проведении исследований в зонах КЯВ и изложен в работах [6, 7].

Поскольку уплотненный грунт имеет увеличенную, по сравнению фоновым значением, скорость распространения продольных волн a_o (5), то в этом слое выше и коэффициент теплопроводности грунта, определяющий повышенную температуру Т (6).

Совпадение координат экстремумов скорости продольных волн (5) и температуры (6) однозначно свидетельствует о факте скрытного проведения камуфлетного ядерного взрыва.

Размер тепловых и геофизических аномалий (диаметр и ширина) определяются параметрами массива и коры выветривания (скорость продольных волн в массиве, скорость продольных волн в коре выветривания, мощность коры выветривания). Поэтому размеры тепловых аномалий не совпадают с размерами провальных воронок или зон механического разрушения грунта в эпицентральной зоне КЯВ.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна».

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в общедоступных источниках нет сведений о способе идентификации КЯВ по совместному анализу параметров тепловых аномалий и геофизических полей.

В работе [8] рассмотрена ситуация выноса нагретых радиоактивных газов из полости взрыва через зону дробления и провальную воронку [9, 4]. В действительности диаметр (до 100 м) провальной воронки от 1,5 от 3,0 раз меньше, чем диаметр (до 300 м) тепловых кольцеобразных аномалий [4]. Причина несовпадения координат и размеров аномалий указана выше в разделе «Сущность изобретения».

В статье [10] на основе комплексного анализа выявлены специфические формы структур тепловых аномалий, обусловленных проведением КЯВ. Пути использования этих структур для идентификации факта скрытного проведения КЯВ не указаны. Не указаны также пути анализа для случая, когда Государство-нарушитель ДВЗЯИ создает ложное тепловое поле.

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 координаты тепловых аномалий на дневной поверхности и экстремумы скоростей продольных волн в массиве совпадают.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость».

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

Результаты экспериментальной проверки реализации способа.

Экспериментальная проверка реализации измерений по предлагаемому способу сомнения не вызывает, т.к. для этого могут быть использованы известные методики.

Обоснование технико-экономической эффективности изобретения.

Указанный способ целесообразно использовать при проведении повторных обследований районов ранее проведенных КЯВ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

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

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

3. Алёшин 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. - С. 762-787.

5. Бусыгин В.П., Андреев А.И., Щиплецов М.В. Многолетние теплорадиационные эффекты подземных ядерных взрывов и их экологический контроль // В сб. «Тезисы докладов международного симпозиума «Наука и общество: история советского атомного проекта». - Дубна: 1996. С. 253.

6. Кочарян Г.Г., Спивак А.А., Деформирование блочных массивов скальных пород, М., ИКЦ «Академкнига», 2003 г. С. 134-147.

7. Беляшов А.В. Скоростная структура техногенно-измененной верхней части разреза на Семипалатинском полигоне. ИНГГ СО РАН. Новосибирск, 2013.

8. Андреев А.И. Идентификация мест выхода газообразных радиоактивных продуктов из горного массива на дневную поверхность по проявлениям тепловой аномалии в эпицентральной зоне подземного ядерного взрыва, ж-л Вестник ТОГУ, 2008, №1(8), с. 37-44).

9. Физика ядерного взрыва. Т. 1. Развитие взрыва. - М.: Физматлит, 2009. - С. 245-249.

10. Горный В.И., Караваев Н.А. и др. Камуфлетные взрывы как причина формирования структур, индицирующих алмазоносные районы (по материалам дистанционных и геофизических методов), Изд. ИКИ РАН, Современные проблемы ДЗЗК, 2006, Т. 3, №2, с. 229-234.

Изобретение относится к области ядерной физики и может использоваться в системах для идентификации ядерных взрывов на основе измеренных и согласованных параметров геофизических и тепловых полей. Заявлен аспособ идентификации скрытно проведенного камуфлетного ядерного взрыва, который заключается в измерении температуры дневной поверхности в эпицентральной области, выделении зоны и конфигурации тепловых аномалий и в одновременном проведении геофизического сейсмопрофилирования по дневной поверхности. По результатам сейсмопрофилирования выделяют зону с повышенной над фоном скоростью продольных волн, а по совпадению координат и геометрических размеров тепловых и геофизических аномалий судят о факте скрытного проведения камуфлетного ядерного взрыва. В случае отсутствия зоны геофизических аномалий судят о ложной тепловой аномалии, не связанной с проведением камуфлетного ядерного взрыва, и принимают решение района проведения ИНМ. Для повышения надежности идентификации тепловых аномалий измерения температуры проводят при наибольшем контрасте. Технический результат – повышение достоверности и доказанности факта скрытного проведения камуфлетного ядерного взрыва. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ идентификации скрытно проведенного камуфлетного ядерного взрыва, заключающийся в измерении температуры дневной поверхности в эпицентральной области, выделении зоны и конфигурации тепловых аномалий и суждении по факту проведения, отличающийся тем, в эпицентральной области проводят геофизическое сейсмопрофилирование по дневной поверхности, по результатам сейсмопрофилирования выделяют зону с повышенной над фоном скоростью продольных волн, по совпадению координат и геометрических размеров тепловых и геофизических аномалий судят о факте скрытного проведения камуфлетного ядерного взрыва, а в случае отсутствия зоны геофизических аномалий судят о ложной тепловой аномалии, не связанной с проведением камуфлетного ядерного взрыва.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепловые измерения проводят при наибольшем контрасте тепловой аномалии на фоне температуры дневной поверхности.