Jaderné výbuchy pro civilní účely

Po vojenském využití jaderného štěpení v roce 1945 nad Japonskem se pozornost jaderných velmocí obrátila k využití kontrolovaného štěpení pro výrobu elektřiny. Mnohem méně se však ví, že ve stejné době začal výzkum použití jaderných výbuchů pro nevojenské účely jak ze strany USA, tak Sovětského svazu.

• USA i Rusko v historii zkoumaly využitelnost jaderných výbuchů pro stavební inženýrství. Výsledkem ruského snažení byla jedna významná stavba: Přehrada Chagan v Kazachstánu
• Rusko používalo jaderné výbuchy i pro hašení požárů plynových vrtů
• Na území USA (1957-75) a Sovětského svazu (1965-89) proběhlo více než 150 pokusných odstřelů v rámci nevojenského výzkumu
• Mírové používání jaderných explozí bylo ukončeno Smlouvou o úplném zákazu jaderných zkoušek (1996)

Od počátku bylo zřejmé, že termonukleární výbuchy (na rozdíl od štěpení) vytváří mnohem menší radioaktivní spad. Avšak spolu s vojenskými testy jaderných zbraní tyto testy přispěly ke zvýšení radioaktivního pozadí v atmosféře a některé zkušební oblasti stále představují radiační nebezpečí.

Možnosti využití jaderných explozí

• Vytváření rozsáhlých kaňonů a kanálů
• Podpora těžby ropy a zemního plynu
• Vytváření dutin pro skladování ropy, zemního plynu či uložení odpadů
• Hašení požárů plynových vrtů
• Vesmírný pohon
• Likvidace či přesměrování nebezpečných vesmírných objektů
• Získávání ropy z břidlic
• Produkce energie pomocí roztavených podzemních fluoridů – zdroj páry pro elektrickou výrobu
• Rozbíjení měděné či fosfátové rudy pro těžbu

První čtyři uvedené cíle byly reálně testovány, zatímco ostatní pouze teoreticky zkoumány. Většina pokusných výbuchů proběhla na území Sovětského svazu. Žádná jiná země mimo SSSR a USA tento typ využití jaderné energie netestovala.

Někteří zastánci tvrdí, že metoda je ekonomicky výhodná při velkých inženýrských projektech, hašení mohutných požárů a likvidaci nebezpečných látek. Od komerčního zavedení odrazovala nemalá bezpečnostní rizika (větší množství a dostupnost jaderných výbušnin). Ve své době (přelom 60. a 70. let) dokonce USA a Sovětský svaz na tomto projektu spolupracovaly.

USA: Program radlice

Název přidělený americkému programu pro rozvoj jaderných výbuchů pro mírové účely založený roku 1957, který probíhal až do roku 1975. Projekt byl zahájen prvním zkušebním výbuchem o síle 1,7 kilotun v nevadské poušti. USA uskutečnilo celkem 27 zkoušek, které se celkově skládaly z 35 atomových výbuchů (některé zkoušky čítaly více jaderných náloží), jež proběhly jako součást programu v rozpětí let 1961 až 1973.

Většina návrhů byla určena pro rozsáhlé projekty zahrnující masivní zemní úpravy. Konkrétně zlepšení lodní trasy mezi Atlantikem a Pacifikem. Jeden projekt počítal s rozšířením Panamského průplavu, další s vytvořením námořní cesty přes Nikaraguu. Následující dva návrhy počítaly s budováním přístavu a silničních či železničních spojení. Ostatní se zaměřovaly především na zefektivnění těžby plynu a ropy.

Z vědeckého a technického hlediska by byl projekt úspěšný. Možná by byl i ekonomicky přijatelný, přesto žádné komerční využití jaderné přepravy zeminy na území USA neproběhlo. Časem se vědci naučili ovládnout výbuchy do takové míry, že kromě zvládnutí výsledného tvaru dutiny či kráteru dokázali téměř eliminovat vyprodukovaný radioaktivní spad. Nicméně ne všechny výbuchy probíhaly podle plánu a především při experimentu Sedan došlo k úniku množství radioaktivních látek.

Mezi první projekty patřilo vybudování přístavu Point Hope na Aljašce, schválené již v roce 1958. Přístav by usnadnil přepravu vytěžené ropy a zemního plynu. Měl být 1,5 km dlouhý a 0,8 km široký. Plán zahrnoval použití 5 řetězových termonukleárních výbuchů. Projekt byl zastaven roku 1962 na protest místních a z obav o ochranu tamního ekosystému.

Testy řízených výbuchů v USA

Úplně první test byl pojmenován „Gnome“ a konal se v prosinci 1961 poblíž Carlsbadu v Novém Mexiku za účasti mezinárodních pozorovatelů. Zařízení bylo umístěno 360 m pod zem a výbuch o síle 3,1 kilotun vytvořil dutinu o šířce 20 m a výšce 50 m. I přes plánovanou izolaci došlo při výbuchu k mírnému úniku radioaktivity. Půl roku od zkoušky byl v místě vykopán tunel a při průzkumu objevena krajina zelených, modrých a fialových solí ve formě krápníků. Teplota v dutině byla stále vyšší než 60 °C.

Druhý test projektu mírových výbuchů patřil mezi ty největší. Výbuch „Sedan“ byl uskutečněn v místě Yucca Flay na nevadské střelnici v červenci 1962. Šlo o mělký podzemní výbuch navržený pro vytváření kráterů pro umělá jezera a nádrže. Termojaderné zařízení bylo umístěno 194 metrů pod zem. Vzniklá exploze se silou 104 kilotun vytvořila kráter o šířce 390 m. Celkem došlo k přemístění více než 10 miliónů tun zeminy. Ze všech zkoušek vytvořil výbuch „Sedan“ nejmohutnější radioaktivní spad, který se větrem roznesl do okolí. Nejvyšší koncentrace aktivity byla naměřena v Iowě (Jižní Dakota) a to více než 0,22 GBq/m².

Série testů, které zkoumaly vliv výbuchu na stimulaci těžby plynu, se odehrály v Novém Mexiku a Coloradu. Výsledky byly slabší, než se očekávalo, a přesto, že došlo ke zvýšení produkce z vrtu, nebyly zkoušky ekonomicky uspokojivé. Nebezpečí při této stimulaci znamenala i možná kontaminace suroviny tritiem.

Všechny uskutečněné testy posloužily vědcům i jako podklad pro zkoumání radioaktivních aktinidů z konce periodické tabulky, které se běžně v zemské kůře nevyskytují. Bylo například vyrobeno značné množství Curia 250 a Fermia 257.

Vesmírná loď poháněná atomovou náloží

Kromě mohutných úprav terénu a stimulace těžby suroviny zkoušeli Američané i další využití jaderných explozí. Například projekt Orion byl prvním vážným pokusem o rozvinutí konceptu jaderných výbuchů pro vesmírný pohon. Projekt iniciovala společnost General Atomics v roce 1958 a pokračoval až do roku 1965.

Základní koncept počítal se sérií jaderných výbuchů v zadní části lodi za tzv. tlačnou deskou s tlumičem, které přenášela hybnost na těleso vesmírné lodi. Výhodou byl jednoznačně vynikající tah a impulsní charakteristiky pohonu, což jsou velmi důležité vlastnosti vesmírných pohonů. Většinou pohony excelující v jedné oblasti mají slabé výsledky v té druhé. Pohon by bylo možné používat pouze u velkých kosmických lodí s hmotností okolo 1000 tun, neboť radiační ochrana lodi před účinky výbuchů by musela být poměrně robustní.

SSSR: Jaderné výbuchy pro národní hospodářství

Sovětský mírový jaderný program byl koncepčně velmi podobný tomu americkému. Byl však větší. Program trval až do roku 1989, kdy bylo schváleno moratorium na testování jaderných zbraní. Stejně jako USA se i SSSR zpočátku zaměřovalo na zemní výkopy a zefektivnění produkce ropy a zemního plynu. Brzy se však objevily i další možnosti aplikace.

Celkový počet 124 pokusných výbuchů byl proveden na téměř celém území bývalého Sovětského svazu (80 na území dnešního Ruska, 39 v Kazachstánu, 2 na Ukrajině, 2 v Uzbekistánu a 1 v Turkmenistánu). Sovětský projekt vyústil v reálné použití jaderných výbuchů pro stavební práce. 5 explozí posloužilo k výstavbě vodních nádrží, 25 pro stavbu podzemních prostorů, 21 pro stimulaci těžby a 5 pro hašení požáru při úniku plynu. Ostatní zkoušky byly provedeny v rámci studie působení jaderných explozí.

Vodní nádrž Chagan

Jedna z lépe zdokumentovaných zkoušek proběhla v lednu 1965 na okraji Semipalatinsku v Kazachstánu. Pokus zkoumal využití jaderných výbuchů pro tvorbu vodních nádrží a patřil mezi největší. Nálož o síle 140 kilotun byla umístěna do 178 m hluboké díry v suchém korytě řeky Chagan. Kráter měl přehradit řeku v období vysokého průtoku. Vzniklý vodní rezervoár měl průměr 400 m a dokázal pojmout až 10 miliard litrů vody.

Úroveň radiačních dávek ještě v roce 1990 přibližně 100 krát překračovala úroveň radiačního pozadí, stejně tak i radioaktivita pitné vody. V hloubce 140-150 m byla již úroveň aktivity normální. Odhaduje se, že přibližně 20 % vzniklých radionuklidů rozptýlila tlaková vlna do širokého okolí. Některé z nich byly naměřeny i v Japonsku. Zkouška znepokojila americkou vládu, neboť se domnívala, že se jedná o zkoušku jaderných zbraní zakázanou v roce 1963 mezinárodní úmluvou.

Velký požár plynu v Urtabulaku

Roku 1966 byla odpálena jaderná nálož na plynovém poli v jihouzbeckém Urtabulaku, aby uhasila požár plynového vrtu, který nepřetržitě hořel téměř 3 roky a odolával všem pokusům o uhašení. Následný únik plynu způsobený výbuchem přesáhl 12 000 000 m³. Díky dvěma náložím o síle 30 kilotun umístěným ve hloubce 1,5 km pod povrchem se podařilo požár uhasit  a následně vrt utěsnit.

Ne každý z pěti pokusů o uhašení a utěsnění plynových vrtů dopadl úspěšně. Po žádné z explozí však nebylo zaznamenáno překročení radiačních limitů.