Способ уничтожения токсичных химических веществ и химического оружия

 

Использование: уничтожение токсичных химических веществ и химического оружия. Сущность: в массиве каменной соли бурят зарядную скважину на глубину не менее 700 м, подрывают ядерный заряд для создания полости, после снижения температуры в полости до величины менее 100^oС в ней размещают уничтожаемые объекты и ядерный снаряд, после герметизации скважины ядерный заряд подрывают.

Изобретение относится к применению энергии ядерного взрыва для термического разложения боевых отравляющих веществ, биологически вредных отходов промышленности, пестицидов и биологического оружия.

Известны способы уничтожения отравляющих веществ и других биологически вредных объектов, реализуемые на промышленных предприятиях, посредством сжигания и химических реакций, в результате которых названные объекты преобразуются в неопасные соединения [1] Известен способ уничтожения токсичных химических веществ и химического оружия путем сжигания в заводских условиях, в том числе в слоях расплавленных солей щелочных металлов [2] К недостаткам этого способа относится ограниченная загрузка уничтожаемых химических веществ в аппараты для сжигания, вследствие чего кампания по уничтожению растягивается на длительные сроки. В случае непредусмотренной аварии нельзя исключить утечек, подлежащих уничтожению веществ на территории завода.

Решаемой технической задачей изобретения является создание условий, при которых биологически вредные объекты, помещенные вблизи области энерговыделения ядерного заряда, подвергаются длительному, достаточному для их гарантированного уничтожения воздействию высокой температуры, заведомо превышающей температуру их разложения.

Ожидаемый технический результат экологически чистый и надежный способ уничтожения боеприпасов с отравляющими веществами.

Способ осуществляется следующим образом. На выбранном участке массива каменной соли (соляной купол) бурят зарядную скважину глубиной 700-1500 м, в которую опускают ядерный заряд, и возводят в скважине герметизирующую забивку. После подрыва заряда и остывания полости до температуры порядка 50-100^оС зарядную скважину разбуривают. Образовавшуюся в результате ядерного взрыва и остывшую полость в каменной соли загружают снарядами и контейнерами с биологически вредными объектами, подлежащими уничтожению, опускают второй ядерный заряд, в скважине опять сооружают герметизирующий комплекс и производят подрыв.

В результате первого, формирующего или целикового взрыва ядерного заряда в каменной соли образуется устойчивая полость объемом V 12800·W1- м³ Здесь W энерговыделение ядерного заряда в килотоннах, Н глубина заложения заряда, м. На практике были получены полости емкостью до 220 тыс. м³.

Остывание полостей до температуры ниже 100^оС происходит естественным путем за счет молекулярной теплопроводности за время полгода год. Этот процесс хорошо моделируется расчетно-теоретически и косвенно неоднократно подтверждался на натурных экспериментах как отечественных, так и США (ядерный взрыв "Сэлмон").

Уничтожение химических боеприпасов и других биологически вредных объектов основывается на том, что как при формирующем, так и при повторном взрывах в полости длительное время удерживается высокая температура, обусловленная наличием большого количества расплава каменной соли, температура плавления которой 800^оС. При формирующем взрыве образуется около 500-1000 т расплава на 1 кт энерговыделения, при повторном взрыве расплава образуется больше, так как в этом случае большая доля энергии взрыва остается в полости и расходуется затем на расплавление соли.

О длительности существования высокой температуры в полости можно судить по результатам проведенных нами численных расчетов, калиброванных экспериментальными данными, полученными на натурном повторном ядерном взрыве в сухой соляной полости. Согласно этим расчетам, после повторного взрыва 11 кт в полости объемом 200000 м³ температура выше 800^оС существовала 21 ч, а на уровне 800^оС 11 суток. При энерговыделении 13 кт в объеме 33500 м³ длительность существования температуры выше 800^оС была 70 ч, а температура в 800^оС удерживалась в течение 27 сут. Из соотношения приведенных чисел следует, что длительность существования высокой температуры в полости примерно обратно пропорциональна поверхности полости, которая определяет скорость образования расплава и скорость ухода тепла в окружающей соляной массив.

При наличии в полости химических боеприпасов или контейнеров с биологически опасными объектами длительность существования высокой температуры заметно уменьшится, так как загруженные предметы создают развитую поверхность, которая поглощает тепловую энергию, включая в тепловые процессы большие массы вещества. Поверхности корпусов боеприпасов и контейнеров будут расплавляться и теплота при температуре плавления (от 660^оС для алюминиевых корпусов до 1500^оС для стальных) передаваться находящемуся внутри отравляющему веществу. Независимо от того, будет ли корпус разрушен ударной волной, расплавлен полностью или частично или останется неразрушенным, отравляющем вещества и другие биологически опасные объекты будут нагреты до температуры, превышающей температуру их разложения. Если считать, что поверхность теплоотвода при загружении в полость боеприпасов и контейнеров возросла в десять раз, то можно рассчитывать, что длительность существования высокой температуры сократиться не более чем в 10-20 раз. Тогда время существования температуры выше 800^оС составит около 1 ч, а уровень в 800^оС будет сохраняться в течение суток. Этого вполне достаточно для разложения отравляющих веществ и опасных биологических объектов. Подбор размеров полости и энерговыделения уничтожающего ядерного заряда можно сделать с помощью расчетов.

П р и м е р. Взрывом энерговыделением 10 кт в соляном массиве на глубине 1000 м создается полость. Объем полости 34000 м³, диаметр 40 м. В полость через скважину спускаются химические боеприпасы, подлежащие уничтожению. Размещение боеприпасов в полости предполагается нерегулярным, при котором используется 40% полезного объема полости. Считая, что удельный вес отравляющего вещества порядка 1 г/см³, а конструкционных материалов в среднем 7 г/см³, и предполагая, что вес отравляющих веществ в составе боеприпасов составляет 25% получим усредненный удельный вес заполнителя полости 2,8 г/см³. Принимая во внимание дополнительные потери свободного объема на значительную неплотность укладки, будем считать усредненный удельный вес массы боеприпасов, заполняющих нижнюю часть полости, равной 1,2 г/см³. При таких предположениях в полость будет загружено 16000 т химических боеприпасов. Удельная теплоемкость конструкционных материалов, составляющих 75% веса боеприпасов, в среднем равна 0,15 кал/г.град; удельная теплота разложения отравляющих веществ того же порядка. Считаем, что разложение происходит при нагреве боеприпасов до 400-450^оС. Нагрев до этих температур требует затраты 60 кал/г. град и соответственно для нагрева всей массы в 16000 т требуется 0,96˙10⁹ ккал, то есть порядка 1 кт энергии. При взрыве в сухой полости до 70% энергии взрыва идет на нагрев воздуха. Со временем эта тепловая энергия механизмом теплопроводности переносится в горный массив. На это требуется некоторое время, зависящее от объема полости и энерговыделения заряда. Для нашего примера достаточно произвести взрыв энерговыделением 5 кт, из которых 1 кт требуется по соотношению баланса на прогрев оболочек химических боеприпасов и разложения наполняющего их отравляющего вещества. Для гарантии можно произвести взрыв 10-килотонного заряда. Сейсмический эффект в этих случаях не превысит действие целикового взрыва, формирующего полость, так как уничтожающие химические боеприпасы взрыва реализуются в режиме частичного декаплинга, то есть ослабления сейсмического воздействия при взрыве в полости по сравнению с целиковым взрывом.

Формула изобретения

СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ, отличающийся тем, что в массиве каменной соли бурят зарадную скважину на глубину не менее 700 м, в которой подрывают ядерный заряд для создания полости, после снижения температуры в полости до величины менее 100^oС в ней размещают уничтожаемые объекты и ядерный заряд, после герметизации скважины ядерный заряд подрывают.