用核武灭火?前苏联和平使用核武的“100种”方式

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14万吨TNT当量的核爆炸创造了恰刚人工湖(图片来源:Wikipedia)

说到和平利用核能,人们大多想到的还是核电站、放射性治疗或是研发中的热核聚变装置。虽然谈到核武器给人的印象,“核平”的成分恐怕要远高于和平,但可以带来毁灭的核武器也的确能被和平利用。

撰文|王昱

审校|吴非

显然,需要先有核武器才有可能和平利用核武器,而上世纪只有美苏庞大的核武库才能支持这项疯狂的计划。在美国,和平利用核武器大多被称为犁头计划(Project Plowshare),总共进行了31次,大部分是测试和平利用核武器的可能性,真正实际应用的次数寥寥。相比之下,苏联在这方面要激进得多。苏联用“国民经济核爆炸”(Ядерные взрывы для народного хозяйства)指代和平利用核武器,总共进行124次,引爆了128枚核武器。苏联大规模和平利用核武器进行建设,甚至到1988年还有和平使用核武器的记录。

改造山河

苏联和平使用核武器最著名的案例,可能就是恰刚人工湖(Lake Chagan)了。1965年1月15日,苏联在地下178米处引爆了14万吨TNT当量的核弹。在高达4800米的爆炸烟尘散去后,地面上出现了一个100米深,直径430米的漏斗形水库。漏斗形水库库容640万立方米,而由此扩建成的人工湖库容1700万立方米。

因为14万吨TNT当量中的94%都由聚变实现,恰刚人工湖的辐射较小。爆炸一昼夜后人工湖沿岸土脊上辐射强度为20~30伦/时,不过很快降低到1毫伦琴/时以下,不久就低于天然本底水平。不过爆炸时的烟尘将20%的放射物产物进入了大气,在日本也检测到一些。但由于上世纪60年代美苏都在大量进行核试验,造成的污染远高于此次爆炸,这些污染也就没有被过多关注。

虽然根据测试数据,恰刚人工湖已经安全了,但人们对核辐射的担忧还是很难消除。为了说明工程质量和安全性,当时苏联原子能部部长叶菲姆·帕夫洛维奇·斯拉夫斯基(Ефим Павлович Славский,1898-1991)第一个跳进湖中游泳。

不过在更多情况下,在接近地表处用核武器进行爆破,还是使用辐射、成本更低的小当量核武器效果更好。而由于小当量核武器体积很小,能量集中,爆破效果也很好。1984年,苏联将两个1800吨TNT当量的核弹头相距75米组合爆炸,粉碎了50×125×90米的矿段,粉碎矿石数量超过155万吨。

除了把大块岩石炸开,核武器对于把岩石“炸回去”也有不小的功用。乌尔塔-布拉克气田的钻探进行到2450米处时,遇到异常高压的气层,燃气喷出不断燃烧。在常规方式尝试失败后,苏联原子能部和地质部联合推出了核弹灭火方案。他们在1966年打了一口斜井,并在1532米深处安放了一颗3万吨当量的核弹,距离事故井筒35米左右。当年9月30日,核弹起爆,封堵住原来泄露的燃气井筒。起爆后23秒,燃气就完全停止溢出,火也就灭了。因为核弹全程都在地下,后续开采没有出现放射性污染。

在地下爆炸时,因为核爆时的高温高压,核武器炸出的空腔周围变成了玻璃体。这样的空腔甚至具有气密性,能承受千万个大气压的气体,是储藏油气资源的良好容器。在地下深处产生的空腔,还能用来掩埋污水、储藏核废料。

除此之外,核武器在苏联手上的用途还有很多。苏联甚至在1970年向国际原子能机构提交了一份报告,报告包括了建造水库、开凿运河、寻找地下矿藏、增产石油天然气、在含盐地层中的核爆实验、制造地下储藏空间和地下矿层开采这七个方面的应用。在每个方面,苏联都论证了和平使用核武器的经济效益,表明和平使用核武器安全可控、收益巨大。

天马行空

实际进行的工程已经让人目瞪口呆,设想中利用核武器的方案自然更加天马行空。苏联曾经想过“核电”,当然不是传统的可控核裂变,而是用氢弹爆炸时产生的能量,跳过托卡马克实现核聚变发电。

俄罗斯技术物理研究院在1997年出版了《核爆氘能能源学》,在书中他们认真分析了爆炸燃烧锅炉方案的可行性。在山体中挖出一个空腔,在其中引爆氢弹,将其中热量转移出来用来发电。而这样核电站里最需要的,不再是稀有的铀矿,而是大海中取之不尽用之不竭的氘,和广泛分布的锂。

除了在战争时用核武器摧毁敌人,在和平年代,人们也提出过用它来销毁危险武器的设想。俄罗斯科学家曾估计,销毁苏联整装的化学武器(含有毒物质约4万吨),最廉价的办法还是用约30次地下15万吨核爆;而核武器本身甚至也可能用于和平销毁核武器。有毒物质和放射性物质都能被固化在地下深层岩体中,避免对地表的污染。

1995年,我国何祚庥院士曾在《中国科学报》上建议,在雅鲁藏布江大峡谷边上,用核弹在山中开凿40公里的隧道,将江水引向墨脱县。这其中高差达到2500米,如果成功,发电量将远超三峡水电站,但后来因为国际形势搁置了。

不过是一瞬

但核武器毕竟还是核武器,没人能保证它100%安全。美国也曾进行过和平使用核武器的试验,却造成了大量放射性污染。1962年7月,美国能源部在内华达试验场进行了萨当实验(Sedan),104万吨TNT当量的核弹头被塞入地下194米处,炸出了一个深100米,直径390米的弹坑。但爆炸当量中有30%都由裂变组成,由此产生了大量放射性污染,这是美国本土进行的核试验中,辐射最强的一次。

而苏联解体后,1996年联合国通过了《全面禁止核试验条约》,和平使用核武器的提案也都就此被搁置了。

前一段时间还传出了俄罗斯提议向福岛核电站使用氢弹的谣言,目前没有任何可靠来源消息表明俄罗斯曾这样提议。并且,简单直接地向福岛核电站使用氢弹,只会加剧核污染物质的扩散,甚至产生更多放射性污染。

和平使用核武器的设想终究是被搁置了。由于极高的能量释放和随之而来的放射性污染,世人对核武器的恐惧还是压倒了对其的期待。不过至少,苏联的例子告诉我们,就算是核武器,人类也有可能将其铸剑为犁。

参考资料:

《揭开核武器的神秘面纱》经福谦等著

https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_мирных_ядерных_взрывов_в_СССР

https://www.world-nuclear.org/information-library/non-power-nuclear-applications/industry/peaceful-nuclear-explosions.aspx

https://ru.wikipedia.org/wiki/Проект_«Чаган»

彭先觉,刘成安,陈银亮,郭 勤,尹文华,白云,陈小伟,屈明.核爆聚变电站──人类未来能源的希望[J].中国工程科学,2008,10(1):39-46.

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