RU2058052C1

RU2058052C1 - Method of neutralizing toxic chemical substances and chemical weapon

Info

Publication number: RU2058052C1
Authority: RU
Inventors: В.Б. Адамский; А.В. Балабанов; А.С. Бушев; В.В. Руденко
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Priority date: 1992-10-08
Filing date: 1992-10-08
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: toxic chemical compound neutralizing processes. SUBSTANCE: method comprises steps of drilling a well in a massif of rock salt by a depth, being no less, than 700 m, exploding a nuclear charge for creating a cavity, arranging in the cavity after its inner temperature had been dropped till a value, being lower than 100 C, objects to be neutralized and the nuclear charge; sealing the well and exploding the nuclear charge. EFFECT: enhanced safety and reliability of the process. 1 cl

Description

Изобретение относится к применению энергии ядерного взрыва для термического разложения боевых отравляющих веществ, биологически вредных отходов промышленности, пестицидов и биологического оружия. The invention relates to the use of nuclear explosion energy for the thermal decomposition of chemical warfare agents, biologically harmful industrial wastes, pesticides and biological weapons.

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.Known methods for the destruction of toxic substances and other biologically harmful objects, implemented at industrial enterprises, by means of combustion and chemical reactions, as a result of which these objects are converted into non-hazardous compounds [1]
There is a method of destruction of toxic chemicals and chemical weapons by burning in the factory, including in layers of molten alkali metal salts [2] The disadvantages of this method include the limited loading of the destroyed chemicals into the combustion apparatus, as a result of which the destruction campaign is stretched for long deadlines. In the event of an unforeseen accident, it is impossible to exclude leaks subject to destruction of substances on the territory of the plant.

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. The technical problem of the invention to be solved is the creation of conditions under which biologically harmful objects placed near the nuclear charge energy release region are exposed to a prolonged, sufficient for their guaranteed destruction effect of high temperature, obviously exceeding the temperature of their decomposition.

Ожидаемый технический результат экологически чистый и надежный способ уничтожения боеприпасов с отравляющими веществами. The expected technical result is an environmentally friendly and reliable method for the destruction of ammunition with toxic substances.

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.The method is as follows. In a selected section of rock salt massif (salt dome), a charging well is drilled with a depth of 700-1500 m, into which a nuclear charge is lowered, and a sealing block is erected in the well. After the explosion of the charge and the cooling cavity to a temperature of 50-100 ^C. charging hole drilled out. The rock cavity formed as a result of a nuclear explosion and cooled down is loaded with shells and containers with biohazardous objects to be destroyed, the second nuclear charge is lowered, the sealing complex is again built in the well and blasting is carried out.

В результате первого, формирующего или целикового взрыва ядерного заряда в каменной соли образуется устойчивая полость объемом
V 12800•W

1-

м³ Здесь W энерговыделение ядерного заряда в килотоннах,
Н глубина заложения заряда, м. На практике были получены полости емкостью до 220 тыс. м³.As a result of the first, forming or whole explosion of a nuclear charge in rock salt, a stable cavity with a volume of
V 12800 • W

1-

m ³ Here, W is the energy release of a nuclear charge in kilotons,
H is the depth of the charge, m. In practice, cavities with a capacity of up to 220 thousand m ³ were obtained.

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").The cooling of the cavities to a temperature below 100 ^{° C} occurs naturally due to the molecular heat conduction during half a year. This process is well modeled by theoretical and theoretical calculations and has been indirectly repeatedly confirmed by field experiments both in Russia and in the USA (Salmon nuclear explosion).

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.The destruction of chemical munitions and other biologically harmful objects based on the fact that both in the forming and at repeated explosions in the cavity is maintained for a long time high temperature due to the presence of large amounts of salt melt, wherein the melting point of ^about 800 C. When forming explosion produces about 500-1000 tons of melt per 1 kt of energy release, with repeated explosion of the melt more is formed, since in this case a large fraction of the energy of the explosion remains in the cavity and then is spent on the melt Adding salt.

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.The duration of the existence of high temperature in the cavity can be judged by the results of our numerical calculations calibrated by experimental data obtained on a full-scale repeated nuclear explosion in a dry salt cavity. According to these calculations, after a second explosion in the cavity 11 kt volume of 200000 ^m3 temperature above 800 ^{° C} there was 21 hours and at 800 ^{° C} for 11 days. For an energy in a volume of 13 kt 33500 ^m3 duration of the existence of a temperature above 800 ^{° C} was 70 hours, and the temperature of 800 ^{° C} was maintained for 27 days. From the ratio of the given numbers it follows that the duration of the existence of high temperature in the cavity is approximately inversely proportional to the surface of the cavity, which determines the rate of melt formation and the rate of heat escape into the surrounding salt mass.

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.If there are chemical munitions or containers with biohazardous objects in the cavity, the duration of the high temperature will noticeably decrease, since the loaded objects create a developed surface that absorbs thermal energy, including large masses of matter in thermal processes. The surfaces of hulls and ammunition containers will melt and heat at melting temperature (660 ^{° C} for aluminum casings to 1500 ^{° C} for steel) transmitted at the inner poisons. Regardless of whether the body is destroyed by a shock wave, completely or partially melted or remains intact, poisonous substances and other biohazardous objects will be heated to a temperature exceeding the temperature of their decomposition. If we assume that the surface of the heat sink when loaded into the cavity of ammunition and containers has increased tenfold, then we can expect that the duration of the existence of high temperature will be reduced by no more than 10-20 times. Then the time of existence of the temperature above 800 ^{° C} will be about 1 hour, and the level of 800 ^{° C} will be maintained during the day. This is quite enough for the decomposition of toxic substances and dangerous biological objects. The selection of the size of the cavity and the energy release of the destructive nuclear charge can be done using calculations.

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.PRI me R. An explosion of 10 kt in a salt mass at a depth of 1000 m creates a cavity. The volume of the cavity is 34000 m ³ , the diameter is 40 m. Chemical ammunition to be destroyed is lowered into the cavity through the well. The placement of ammunition in the cavity is assumed to be irregular, in which 40% of the useful volume of the cavity is used. Assuming that the specific gravity of the poisonous substance is about 1 g / cm ³ and that of the structural materials an average of 7 g / cm ³ , and assuming that the weight of the toxic substances in the composition of the ammunition is 25%, we obtain the average specific gravity of the cavity filler 2.8 g / cm ³ . Taking into account additional free volume losses due to significant stacking leakage, we will consider the average specific gravity of the ammunition filling the lower part of the cavity to be 1.2 g / cm ³ . Under these assumptions, 16,000 tons of chemical munitions will be loaded into the cavity. The specific heat of structural materials, comprising 75% of the weight of the ammunition, is on average 0.15 cal / g; specific heat of decomposition of toxic substances of the same order. We believe that the decomposition occurs at heating ammunition to 400-450 ° ^C. The heating to these temperatures requires the expenditure of 60 cal / g. hail and, accordingly, for heating the entire mass of 16,000 tons, 0.96 · 10 ⁹ kcal is required, that is, about 1 kt of energy. In an explosion in a dry cavity, up to 70% of the explosion energy is used to heat the air. Over time, this thermal energy is transferred to the massif by the heat conduction mechanism. This takes some time, depending on the volume of the cavity and the energy release of the charge. For our example, it is enough to make an explosion with an energy release of 5 kt, of which 1 kt is required by the balance ratio for heating the shells of chemical munitions and the decomposition of the poisonous substance filling them. To guarantee, a 10-kiloton explosion can be made. The seismic effect in these cases will not exceed the effect of the whole explosion forming the cavity, since the chemical explosive ordnance of the explosion is realized in the partial decoupling mode, i.e., the weakening of the seismic effect during the explosion in the cavity compared to the whole explosion.

Claims

METHOD FOR DESTROYING TOXIC CHEMICALS AND CHEMICAL WEAPONS, characterized in that a rock hole is drilled into a rock salt mass to a depth of not less than 700 m, in which a nuclear charge is blasted to create a cavity, after lowering the temperature in the cavity to a value of less than 100 ^o С destroyed objects and nuclear charge; after sealing a well, a nuclear charge is undermined.