На первый взгляд изучение взрывов — плохая идея. Слишком быстро, чтобы что-то понять, слишком сложно, чтобы разобраться, и, конечно, слишком опасно, чтобы делать это постоянно. Российских физиков из Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) это не останавливает. В гигантском металлическом шаре, установленном в институте на севере Москвы, они моделируют взрывы мощностью до тысячи тонн в тротиловом эквиваленте. Корреспондент «Чердака» побывал на одном из испытаний.
В конце XIX века Эдуард Пиотровский, сотрудник Института судебной медицины в Польше, проводил странные и жестокие эксперименты. Он сажал кроликов перед белыми обоями, разбивал им голову резким ударом молотка, а после звал художника, чтобы зарисовать получившиеся брызги. От раза к разу Пиотровский менял силу удара или его направление, и в результате из его данных и рисунков родился один из методов современной криминалистики — анализ брызг крови.
Работы ученых иногда могут казаться совершенно неэтичными, но часто бывает, что серия жутких или сомнительных научных опытов в конце концов помогает людям сделать жизнь чуть более безопасной. В отдаленном смысле на работу Пиотровского похожи и эксперименты московских физиков из ОИВТ РАН, которые провели уже сотни взрывов мощностью в десятки килограммов тротилового эквивалента.
Для этих экспериментов есть специальная установка — стальной шар диаметром около 11 метров. Еще в советские времена его изготовили на заводе атомных подводных лодок в Северодвинске, и сегодня такой масштабной установки для изучения взрывных процессов нет больше ни у одного научного института мира.
Территория ОИВТ РАН расположена в небольшой промзоне на севере Москвы. До МКАД — не больше километра по прямой, до ближайшего метро — около получаса езды на автобусе. В обычные дни здесь не людно, но сегодня физики пригласили на очередное испытание журналистов и как будто специально для них повесили на люке в нижней части сферы два плаката. На одном написано: «Надо мужественно переносить то, что ты не можешь изменить», а на другом: «В камеру не входить! Руками не трогать!», и снизу красноречиво пририсован череп с двумя скрещенными костями.
Самих сотрудников института это предостережение, конечно, не касается: они приставляют к люку лестницу и забираются внутрь, чтобы установить там взрыватель и тканную оболочку — чуть позже ее заполнят смесью водорода и воздуха. Потом люк закрывают и тщательно закрепляют по периметру чем-то вроде огромных болтов.
Владимир Фортов, президент РАН и директор ОИВТ РАН, активирует заряд, и раздается взрыв. Пол, стены, столы — все сотрясается от вибраций, а внутри громадной металлической сферы стоит плотный, резонирующий гул. На улице около здания слышен только резкий хлопок.
«У нас последние взрывы были более мощные, но этот тоже ничего, интересный»,
— спокойно подытоживает Вячеслав Петухов, ведущий научный сотрудник ОИВТ РАН и руководитель всех «взрывных» работ со сферой. В этот раз было закачено семь кубометров газовой смеси, а мощность взрыва составила около шести килограммов в тротиловом эквиваленте. Максимальная мощность взрыва, на которую рассчитана установка, — тонна в тротиловом эквиваленте.
Подобные эксперименты для физиков института уже обыденность. Сейчас они проводят по взрыву в неделю и никаких серьезных внештатных ситуаций не возникает. Только однажды, уже почти десять лет назад, во время взрыва выбило верхний люк установки и шесть стальных 16-килограммовых башмаков, закреплявших люк, разлетелись на сотни метров. С тех пор физики стали осторожнее, и теперь самые страшные эффекты от испытаний — потрескавшиеся стекла в соседних зданиях и разлитая кастрюля супа в институтской столовой.
«Все эти процессы — взрывы, детонации, горение — протекают так быстро и сопровождаются такими большими температурами и давлениями, что вы, как живой человек, никак не можете адекватно описать эти явления, — говорит Владимир Фортов. — Поэтому наша камера оснащена измерительными приборами, проводящими полную диагностику с временным разрешением в несколько микросекунд».
Одни датчики следят за распространением пламени, другие — отслеживают интенсивность и скорость ударной волны, возникающей вместе со взрывом. Кроме того, во время некоторых опытов ведется фото- и видеосъемка.
В серии экспериментов физики меняют состав газовой смеси, устанавливают внутри сферы различные перегородки и следят, как эти условия повлияют на силу взрыва и при каких из них запустится циклическая детонация — самый разрушительный режим горения, когда возникает ударная волна с амплитудой давления до 15 атмосфер.
«По схожим сценариям развивались все самые крупные катастрофы на атомных электростанциях — Чернобыльской АЭС, „Фукусиме“, АЭС „Три-майл-айленд“ в США, — рассказывает Вячеслав Петухов. — Сначала из-за аварии выделялся водород, потом он смешивался с воздухом, детонировал, и запускалась мощная взрывная волна, сокрушавшая все вокруг».
Эти разрушительные процессы очень плохо поддаются теоретическому описанию или моделированию, а потому эксперименты российских физиков несут много ценной практической информации.
«В нашей установке мы можем изучить действие взрыва на конструкцию и подобрать конструктивные элементы, которые бы этот взрыв гасили, — говорит Фортов. — Мы можем предсказать, какие нагрузки будут испытывать различные элементы конструкции АЭС в подобных аварийных режимах, а эта информация очень полезна для инженеров».
Рекомендации, полученные во время экспериментов, уже учитываются при планировании АЭС, а со временем они наверняка пригодятся и для более массового производства — автомобилей на водородном топливе.