Краткая история концепции атомного и ядерного сноса.

Первоначальная идея применения ядерных зарядов для сноса различных конструкций родилась практически одновременно с появлением собственно ядерного оружия в начале 50х годов. Вначале ядерные боеприпасы назывались не «ядерными», а «атомными», и поэтому сама концепция сноса строений с использованием этих боеприпасов получила соответственное название – «атомный снос». Эти слова умудрились пережить полвека и, несмотря на переименование бывшего атомного оружия в «ядерное оружие», эти слова сохранились в языке и по сей день. Они до сих пор встречаются в названиях специальных инженерных устройств – «SADM» и «MADM». [Что есть портативные ядерные заряды, известные в СССР также как «ядерные чемоданчики», «ядерные мины» и «ранцы ядерные».] Первый из двух расшифровывается как «Special Atomic Demolition Munitions» («Специальный Атомный Боеприпас для Сноса»), второй – как «Medium Atomic Demolition Munitions» (можно перевести на русский как «Среднекалиберный Атомный Боеприпас для Сноса»). Многие ошибочно полагают, что первый из них – т.н. «SADM» – якобы означает «Small Atomic Demolition Munitions», а не «Special…» (то есть «Малый Атомный Боеприпас для Сноса», а не «Специальный…»).

На самом деле в этом нет особенно большой ошибки – называть это устройство «малым» вместо «специального», поскольку т.н. «SADM» и вправду очень мал – его взрывная мощность не превышает 1 килотонну в тротиловом эквиваленте. Учитывая, что все современные портативные ядерные устройства имеют варьируемую мощность, которая может быть установлена на самую нижнюю отметку в 0,1 килотонну, а в некоторых изделиях и даже в 0,01 килотонну (эквивалент 100 и 10 тонн тротила соответственно), они и в самом деле имеют полное право именоваться «малыми» боеприпасами. Другие популярные имена этих «Специальных Атомных Боеприпасов для Сноса» это: «mini-nuke» (адекватно перевести на русский дословно сложно, но давайте переведём это как «ядерный мини-заряд») и «suite-case nuke» («ядерный чемоданчик»), хотя второе, вероятно, является логически неправильным названием. В реальности большая часть подобных боеприпасов похожа на большие кастрюли, которые весят порядка 50-70 килограммов, и которые предназначены для переноски за спиной – наподобие ранцев. Поэтому вряд ли такие устройства уместятся в чемоданчик.

Однако имеются также современные портативные ядерные заряды, которые сделаны на основе плутония-239 вместо урана-235. В результате гораздо меньшей критической массы плутония, их габариты могут быть значительно уменьшены – некоторые из позднейших портативных ядерных зарядов на основе плутония могут и в самом деле уместиться в «дипломате». «Среднекалиберные Атомные Боеприпасы для Сноса» («MADM») гораздо больше и по размеру и по взрывной мощности. Их мощность может доходить до 15 килотонн в тротиловом эквиваленте [примечание переводчика: 15 килотонн – это мощность атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму], вес – до 200 килограммов, и размер - примерно достигать размера большого газового баллона, используемого в домашнем хозяйстве.

Любой из упомянутых «атомных боеприпасов для сноса» может с успехом применяться для разрушения крупных объектов, которые не могут быть разрушены при помощи разумного количества обычной взрывчатки – особенно в случае возникновения экстренной ситуации, когда нет ни времени, ни возможности тщательно подготовить «нормальную» процедуру сноса при помощи обычных средств. Например, это могут быть мосты, дамбы, туннели, подземные сооружения, крупные здания повышенной прочности, и т.п. Однако, К.П.Д. (коэффициент полезного действия) такого сноса при помощи «SADM» и «MADM» весьма невысок. Как вы, вероятно, знаете, основной целью сноса (контролируемого разрушения) зданий методом «имплозии» является не просто уничтожение этих зданий при помощи взрывов так, чтобы их обломки разлетались вокруг, а обрушение их настолько чётко и аккуратно, насколько это возможно, и с причинением минимально возможного вреда посторонним сооружениям.

[Примечание переводчика: «имплозия» – в противоположность «эксплозии» – это когда взрывная энергия направляется вовнутрь, а не наружу. Чтобы было понятнее – граната взрывается, поскольку её разрывает взрывчатка, находящаяся внутри неё. В то время как типичный ядерный заряд на основе плутония содержит плутониевое ядро, вокруг которого располагаются заряды обычной взрывчатки, которые при одновременном подрыве как бы «обжимают» это ядро со всех сторон, переводя плутоний за счёт увеличения плотности материала из под-критического состояния в над-критическое при той же самой массе плутония. Если в случае гранаты мы имеем дело с «эксплозивным зарядом», то в случае атомной бомбы, описанной выше, мы имеем дело с «имплозивным зарядом». На Западе слово «имплозия» применяется не только для описания конструкции атомной бомбы, но и в строительной индустрии: при сносе зданий взрывчатка располагается так, чтобы обломки здания не разлетались в разные стороны, а наоборот, как бы «складывались» внутрь здания, чтобы здание обрушилось строго вертикально и чтобы гора его обломков занимала как можно меньшую площадь.]

Поэтому инженеры, которые рассчитывают снос зданий, должны чётко определить точки несущих конструкций, на которых надлежит располагать заряды взрывчатки – с целью перебить эти несущие конструкции в нужных местах. Почти во всех случаях взрывчатка прикрепляется более чем в одной точке, поскольку это практически невероятно, чтобы подобные сооружения имели всего лишь одну несущую балку или единственную несущую колонну.

Подрывники, которые по замыслу должны использовать атомные боеприпасы для сноса конструкций в случае крайней необходимости, не могут иметь ни достаточного времени, ни достаточной инженерной подготовки для производства таких сложных расчетов как в случае обычного сноса зданий при помощи взрывчатки. Максимум, что такие подрывники могут иметь – это базовую сапёрную подготовку и элементарные навыки по части применения ядерного оружия вообще.

Поэтому использование атомных боеприпасов в подобных случаях направлено не на то, чтобы разрушить сооружение как можно более аккуратно, а на то, что бы уничтожить его вообще, причём уничтожить его любой ценой. Поэтому взрывная мощность атомного боеприпаса, используемого для подобных целей, в любом случае будет излишней, и большая часть его взрывной энергии будет потрачена впустую – как и в случае любого другого ядерного взрыва. Поэтому большая часть энергии, высвобожденной в результате ядерного взрыва такого «атомного устройства для сноса», будет израсходована на широко-известные факторы ядерного взрыва, такие как световое излучение, ударная волна, проникающая радиация и электромагнитный импульс. Как вы, вероятно, можете догадаться, ни один из этих известных поражающих факторов воздушного ядерного взрыва не имеет ни малейшего отношения к собственно задаче сноса и не может привнести в него малейшей лепты. Однако все эти поражающие факторы ядерного взрыва непременно внесут свою лепту в уничтожение окрестностей сносимого здание – и вред, который они нанесут окрестностям, может быть весьма существенным, скорее всего, превышающим по своему размеру стоимость собственно процедуры сноса.

Поэтому можно с уверенностью утверждать, что ядерный снос в вышеописанном смысле будет иметь значительно меньший К.П.Д. по сравнению с хорошо рассчитанным сносом при помощи обычной взрывчатки. Поскольку в случае последнего почти вся энергия взрыва будет израсходована на перебивание несущих конструкций, а не на создание ударной волны или светового излучения. Кроме того, атомный боеприпас для сноса сам по себе является довольно дорогой штукой. Стоимость такого мини-устройства на основе урана составляет как минимум пару миллионов американских долларов, если не больше (подобное же устройство на основе плутония будет стоить гораздо дороже). Очевидно, что тысяча тонн тротила будет стоить дешевле, чем килотонна атомных боеприпасов. И при этом, возможно использовать эту тысячу тонн тротила для сноса как минимум нескольких зданий, в то время как при помощи ядерного мини-заряда можно уничтожить одно-единственное здание (и при этом повредить множество прочих вокруг).

Учитывая всё это, можно сделать вывод, что это не является разумным решением – использовать малокалиберные или среднекалиберные атомные боеприпасы для сноса какой бы то ни было гражданской инфраструктуры в мирное время, т.е. в условиях, когда имеется достаточно времени, чтобы подготовить их снос обычными средствами. И в любом случае «обычный» снос зданий обойдётся дешевле, чем атомный. Ядерные заряды могут быть использованы для сноса сооружений только при чрезвычайных обстоятельствах.

Так почему же эта самая старинная концепция атомного сноса, несмотря на свой низкий К.П.Д. по сравнению со сносом при помощи обычной взрывчатки, и, несмотря на свою дороговизну, была в конце-концов возвращена к жизни и использована в системе ядерного сноса Всемирного Торгового Центра?

Это произошло в связи с возникновением нового поколения зданий, появившихся в конце 60х годов. А именно зданий на стальной раме. Несмотря на широко распространённое заблуждение, ещё не было ни одного случая сноса небоскрёба на стальной раме способом обычной «имплозии» где бы то ни было в мире. По крайней мере, до разрушений Башен ВТЦ. Прежде всего потому, что почти все небоскрёбы это относительно новые здания и их время быть снесёнными за ненадобностью просто ещё не подошло. Самым высоким зданием из числа когда-либо снесённых был Сингер Билдинг в Нью-Йорке, который был построен в 1908м году и снесён в 1968м. Это здание было весьма чахлым по сравнению с неправдоподобно прочными современными небоскрёбами, в несущей конструкции которых используются полые стальные балки.

Поэтому, несмотря на широко распространённое заблуждение, на самом деле невозможно разрушить подобное здание на стальной раме, используя типичные методы сноса. В прошлом, когда здания были кирпичными или панельными, их несущими конструкциями являлись бетонные опоры и бетонные несущие балки. Иногда эти бетонные несущие конструкции усиливались за счёт вставок металлической арматуры, иногда же они были чисто бетонными. Но в любом случае было возможно высчитать необходимое количество взрывчатки, которая должна быть приложена к этим несущим конструкциям в нужных местах (либо взрывчатки, которая должна быть помещена внутрь отверстий, высверленных в таких конструкциях) с целью обеспечить перебивание всех этих несущих одновременно, и таким образом, обеспечить обрушение здания точно вниз и в пределах очертаний его периметра. Однако всё это более невозможно проделать, когда речь заходит о современных зданиях на стальной раме – таких, как, например, Башни-Близнецы Всемирного Торгового Центра в Нью-Йорке или здание № 7 ВТЦ, или Сиэрс Тауэр в Чикаго.

Вот как выглядела, например, стальная конструкция одной из Башен-Близнецов ВТЦ (фото ниже).

Здесь нет никаких «несущих конструкций» в бывшем смысле этого слова – сама по себе Башня как таковая является «несущей конструкцией».

Стальная рама ВТЦ состояла из исключительно толстых двустенных стальных колонн, расположенных в центре и по периметрам. Этот так называемый «шаблон из полых балок» был принципиально новым подходом в строительстве, который позволил пространные этажи, в которых потолки более не поддерживались внутренними колоннами, традиционно применявшимися в предыдущих сооружениях.

Башни-Близнецы состояли из поддерживавших пустотелых стальных колонн (квадратных в сечении), располагавшихся по всем четырём фасадам на расстоянии одного метра друг от друга и образующих таким образом исключительно прочную структуру, которая выдерживала также все горизонтальные нагрузки (например, за счёт ветров) и которая принимала участие в поддержании веса самих Башен наравне с центральными колоннами.

Структура периметров Башен состояла из 59 таких колонн на каждом из четырёх фасадов. Центральное ядро Башен состояло из 47 прямоугольных в сечении стальных колонн, которые были единым целым от самого гранитного основания Манхэттена и до самых верхушек Башен. Как выглядели все эти колонны, вы можете увидеть на фотографии ниже, на которой изображены остатки таких колонн, найденные на «ground zero» после сноса ВТЦ, последовавшего за атаками 11 сентября:

Отметьте, что эти центральные (прямоугольные в сечении) и внешние (квадратные в сечении) колонны явно принадлежали не к нижним частям Башен-Близнецов, а к верхним частям. Поэтому их пощадил странный процесс измельчения стали в порошок, которому подверглись нижние части структуры Башен, от которых не осталось ничего, кроме микроскопической стальной пыли.

А вот ещё одна фотография - это из опубликованного доклада Национального Института Стандартов и Технологий («NIST») – по поводу 11 сентября. На этой фотографии хорошо видно как выглядели стальные колонны периметров Башен во время их возведения:

На фото выше – одна из таких периферийных колонны, найденных на “ground zero”.

Эти стальные колонны были неправдоподобно толстостенными – каждая стенка толщиной в 2,5 дюйма (6,35 см), поэтому общая толщина каждой из колонн составляла 5 дюймов (12,7 см). Чтобы представить насколько это много, вот хороший пример для сравнения: лобовая броня лучшего из танков времён Второй Мировой Войны – Т-34 – была всего лишь 1,8 дюйма (4,5 см) и она была одностенной.

Танк Т-34 и его броня показаны на фото ниже:

Тем не менее, в те времена не существовало практически ни одного артиллерийского бронебойного снаряда, способного пробить эту броню. Разумеется, что никакая взрывчатка точно также никогда не сможет прорвать лобовую броню танка (за исключением только кумулятивных зарядов; но и даже и кумулятивные заряды не смогут прорвать такую броню в том смысле, в каком мы рассматриваем это здесь – такие заряды смогут всего лишь прожечь узкое отверстие в броневой плите).

Принимая во внимание, что стальные рамы Башен-Близнецов состояли из двустенных колонн, которые были почти в три раза толще лобовой брони танка Т-34, можно с уверенностью утверждать, что было невозможно найти какой бы то ни было способ одновременно перебить такие колонны во многих местах, чтобы обеспечить эффект «имплозии» – который и является основной целью контролируемого разрушения зданий (сноса).

Разумеется, что было технически возможно – перебить некоторые из таких колонн в определённых местах, используя исключительно крупные кумулятивные заряды, прикреплённые к каждой колонне, но даже и такое неправдоподобное решение никогда не привело бы к желаемому результату. Башни были попросту слишком высокими и слишком прочными – их стальные рамы должны были бы быть перебиты в слишком многих местах на каждом из их этажей – решение, которое не смог бы позволить себе никто. И даже если бы некто и мог бы себе такое позволить, то и в этом случае не было бы никакой гарантии, что подобное высотное сооружение обрушится прямо в пределах очертаний своего периметра. Его обломки могли бы вполне разлететься на полмили в окрестностях, учитывая просто высоту самих зданий [415 метров]. Поэтому снести эти здания при помощи традиционных методов сноса было абсолютно невозможно.

То же самое может быть сказано и о здании №7 ВТЦ и о Сиэрс Тауэр в Чикаго. И то и другое здания были сконструированы с использованием похожих толстых двустенных стальных рам, которые было невозможно перебить одновременно во многих местах по причинам, рассмотренным выше. Однако, в соответствии с законами США, регулирующими строительство небоскрёбов, их архитекторы должны представлять удовлетворительный проект сноса для того, чтобы строительный проект был вообще утверждён Департаментом Зданий. Никому не может быть дозволено возвести небоскрёб, который будет невозможно снести в будущем. Это и есть основная причина, по которой подобные системы ядерного сноса вообще встраиваются в небоскрёбы. Это может звучать иронично, но подобные системы ядерного сноса небоскрёбов не были предназначены для сноса этих самых небоскрёбов на самом деле, особенно учитывая, что никто пока не обладает практическим опытом в подобной отрасли. Системы ядерного сноса были предназначены всего лишь для того, чтобы убедить Департамент Зданий разрешить само строительство. По всей видимости, разработчики и апологеты подобных систем искренне надеются, что их смелые замыслы не будут приведены в исполнение на практике в течение их собственной жизни.

Как это работает?

Прежде всего, современная система ядерного сноса не имеет ничего общего с бывшей идеей атомного сноса, в которой используются устройства «SADM» и «MADM», описанные выше. Это принципиально новая концепция. В процессе современного ядерного сноса заряд, предназначенный для разрушения здания, не производит атмосферного ядерного взрыва – с его хорошо известными атомным грибом, световым излучением, ударной волной и электромагнитным импульсом. Он взрывается довольно глубоко под землёй – почти точно так же как взрывается ядерный заряд во время типичных подземных ядерных испытаний. Поэтому его взрыв не производит ни ударной волны, ни светового излучения, ни проникающей радиации, ни электромагнитного импульса. Он может нанести только относительно небольшой ущерб окружающей среде за счёт последующего радиоактивного заражения, которое, тем не менее, разработчики подобных проектов считают незначительным фактором, которым можно пренебречь.

В чём основное отличие между атмосферным и подземным ядерным взрывами? На начальном этапе любого ядерного (равно как и термоядерного) взрыва вся его энергия выделяется в форме так называемой «первичной радиации», которая по большей части (почти на 99%) находится в спектре рентгеновского излучения (а её оставшаяся часть – около 1% – представлена гамма-излучением, которое вызывает радиационные поражения, плюс излучением в видимой части спектра, которое производит белую вспышку).

Поэтому почти вся энергия ядерного взрыва, представленная рентгеновскими лучами, расходуется на нагревание воздуха в радиусе десятков метров вокруг эпицентра ядерного взрыва. Это происходит потому, что рентгеновские лучи не могут путешествовать далеко в воздушной среде, в связи с тем, что их быстро поглощает воздух. Нагревание такой относительно небольшой зоны воздуха вокруг эпицентра ведёт к тому, что возникает известный огненный шар, который является ничем иным, как раскалённым воздухом. Этот светящийся шар является причиной главных поражающих факторов ядерного взрыва – светового излучения и ударной волны, поскольку оба этих фактора происходят исключительно за счёт высоких температур вокруг его эпицентра.

Когда же речь заходит о подземном ядерном взрыве, тот тут картина совершенно иная. Поскольку вокруг «концевого бокса» отсутствует воздух, вся энергия, мгновенно высвобождаемая в момент ядерного взрыва в форме рентгеновских лучей, будет потрачена на нагревание окружающей породы. В результате этого, порода перегреется, расплавится и испарится. Исчезновение испарённой породы вызовет появление подземной полости, размер которой напрямую зависит от взрывной мощности используемого ядерного боеприпаса.

Вы можете получить представление о том, сколько породы может испариться при подземном ядерном взрыве из приведённой ниже таблицы, в которой количества испаряемой и расплавляемой породы разного типа представлены по принципу «тонн породы на килотонну взрывной мощности»:

Пример: взрыв 150-килотонного термоядерного заряда, помещённого достаточно глубоко в гранитной породе, вызовет появление подземной полости диаметром примерно 100 метров – наподобие той, что показана на рисунке ниже:

Все небоскрёбы имеют фундамент, нижняя точка которого находится на глубине 20-30 метров ниже поверхности земли. Поэтому, возможно так рассчитать позицию «концевого бокса», чтобы ядерный взрыв создавал подземную полость, верхняя граница которой не доставала бы до поверхности земли, но доставала бы до нижней границы фундамента небоскрёба, который подлежит сносу.

Например, в конкретном случае с Башнями-Близнецами Всемирного Торгового Центра в Нью-Йорке их фундаменты располагались на глубине 27 метров. В то время как 150-килотонные термоядерные заряды, предназначенные для их сноса, были расположены на глубине 77 метров (считая от поверхности земли), или на 50 метров ниже подземных оснований Башен. Такой термоядерный взрыв на глубине 77 метров создаст исключительно перегретую подземную полость, верхняя граница которой как раз достанет до нижней точки основания Башни, подлежащей сносу. Однако она не достанет до поверхности земли, до которой останется ещё 27 метров – поэтому окружающие здания не подвергнутся известным поражающим факторам ядерного взрыва (за исключением, вероятно, только радиоактивного заражения). Сносимая башня должна потерять точку опоры, в связи с исчезновением фундамента, и погрузиться в перегретую полость, температуры внутри которой должны быть высокими настолько, чтобы расплавить здание Башни полностью. Системы ядерного сноса здания №7 Всемирного Торгового Центра и Сиэрс Тауэр в Чикаго были тоже рассчитаны подобным образом.

Однако есть ещё один фактор, который должен быть обязательно принят во внимание при расчётах системы ядерного сноса небоскрёбов. Это собственно испарённая порода (в данном случае гранитная), которая находится внутри подземной полости. Куда же должна деться вся эта бывшая каменная порода, перешедшая в газообразное состояние? Картина физических процессов при подземном ядерном взрыве является весьма интересной. Давайте рассмотрим её.