РАЗРАБОТАННАЯ В СПЕЦСЕКТОРЕ АППАРАТУРА И НЕКОТОРЫЕ МЕТОДИКИ, ПРИМЕНЯВШИЕСЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИЗМЕРЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ

РАЗРАБОТАННАЯ В СПЕЦСЕКТОРЕ АППАРАТУРА И НЕКОТОРЫЕ МЕТОДИКИ, ПРИМЕНЯВШИЕСЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИЗМЕРЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ

Каждый крупномасштабный эксперимент являлся уникальным, что накладывало требования к надежности применяемой аппаратуры. Кроме того, специфика измерений, проводимых при ЯВ, определяла еще ряд дополнительных условий таких, как разнородность измеряемых физических параметров, наличие очень сильных электромагнитных помех, значительный динамический диапазон измеряемых величин, необходимость проведения измерений не только на земле, но и на разных высотах в воздухе, под водой и под землей.

Специалистами Спецсектора разрабатывались датчики, приборы и методики их применения различной направленности: воздушная ударная волна; параметры движения грунта; динамические и остаточные деформации при воздушных и подземных ядерных взрывах; световое и электромагнитное излучение при воздушных и высотных ЯВ; высокоскоростная фоторегистрация быстропротекающих процессов; системы автоматизации управления подрывом заряда и регистрирующим комплексом; контроль за испытаниями ядерного оружия и др.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДРЫВОМ ЗАРЯДА И РЕГИСТРИРУЮЩИМ КОМПЛЕКСОМ

Это было одно из важных направлений разработок Спецсектора (под руководством Г.Л. Шнирмана), которые предназначались для обслуживания комплексов измерительной аппаратуры ядерных полигонов, самолетных измерительных комплексов, служб единого времени, скважинных комплексов сейсмических приборов и для других приложений. Для Семипалатинского полигона был разработан автомат пуска АП (1949 г.), выдававший относительно момента подрыва (момент «0») сигналы « 10 минут», « 20 секунд», « 1 секунда», «0», «+45 секунд», гармонические сигналы меток времени с частотами 1 000 и 100 Гц и импульсные сигналы с частотой 1 Гц, а также автомат БА (1954 г. – 1955 г.) с аналогичными характеристиками. Для полигона Новая Земля был разработан морской автомат МА (1954 г. – 1955 г.) с б´ольшим числом команд, чем у АП. Автоматы строились по принципу поэлементного резервирования и дублирования для повышения надежности срабатывания программы. К автоматам АП и БА дополнительно были разработаны устройства для ретрансляции сигналов, поступающих с автоматов, и распределения их по потребителям, а также автономные системы автоматики с короткими частными программами, срабатывающими от инициирующего сигнала. Разработаны были также самолетный автомат СА, автомат службы единого времени ГКСВ и системы автоматики для дистанционного управления параметрами скважинных сейсмометров с уплотнением передачи команд по ограниченному числу сигнальных линий.

РЕГИСТРАЦИЯ ВОЗДУШНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ

Параметры воздушной ударной волны при ЯВ измерялись серией приборов, разработанных в лаборатории Г.Л. Шнирмана.

Мембранный оптический самописец ОС с диапазоном измеряемого давления 0,05 ÷ 0,3 МПа применялся при первом ЯВ в 1949 г. Движение мембраны под действием давления вызывало (через шток) поворот зеркала, закрепленного на упругих шарнирах. Отраженный от зеркала луч света записывался на движущуюся фотопленку с отметчиком времени, работающим от внешних сигналов. Позднее применялась малогабаритная модификация ОС-М. Индукционный измеритель давления ИДИ с измеряемым давлением до 1 МПа использовался при воздушных ЯВ в 1954 г. Эти датчики входили в комплект многоканальной системы регистрации.

Тензометрические датчики давления ИДТ применялись для измерения давления в ударной волне в грунте в диапазоне до 1 МПа при воздействии воздушного ЯВ. Датчики работали в комплекте с серийной многоканальной тензометрической станцией.

Самолетные измерители. В 1951 г. для регистрации воздействия ударной волны воздушного ЯВ на самолет-носитель применялись оптические самописцы ускорения (СОС-П) и давления (СОС-Д). Датчиком ускорения в приборе СОС-П являлся груз с зеркалом на упругой консоли. Чувствительность по фотопленке, 0,3 - 1 мм/(м/с2). С 1953 г. применялись тензометрические самолетные датчики давления ударной волны ИДТС, которые работали в комплекте с бортовой тензостанцией самолета, а регистрация велась шлейфовым осциллографом. Измерители этого типа различных номиналов применялись вплоть до окончания проведения ЯВ в атмосфере (в том числе и на самолетах-мишенях при высотных ЯВ).

Микробарограф ДР с чувствительностью в несколько паскалей был разработан в 1949 г. для дальнего обнаружения наземных и воздушных ядерных взрывов.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОТЕКАНИЯ ЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ ДЕЛЕНИЕ ВО ВРЕМЯ ВЗРЫВА ЯДЕРНОГО УСТРОЙСТВА

Определение динамики развития цепной реакции.

Суть метода заключалась в регистрации по времени первичных гамма-лучей деления, количество которых пропорционально интенсивности реакции.

Сложность задачи обусловливалась скоротечностью процесса деления, что потребовало создания аппаратуры с разрешением по времени не хуже 10-9 с. Надежных образцов промышленной аппаратуры с такими параметрами в стране не было.

В 1950 году в лаборатории Б.М. Степанова было разработано, изготовлено и налажено два комплекта аппаратуры для измерения кинетики ядерной реакции по гамма-излучению. Одновременно разрабатывались гамма-детектор ПГИ — приемник гамма-излучения и осциллографический регистратор ВО-20. Летом 1951 года впервые были получены две осциллограммы "хвоста" экспоненты, отражающей кинетику ядерной реакции в изделии. Работа была отмечена Сталинской премией.

В разработке, изготовлении, градуировке различных модификаций детекторов участвовали Н.В. Никитина, Л.И. Андреева, Л.В. Артеменкова, И.С. Ипаткин, К.И. Мухин, В.А. Егоров, К.В. Микеров и другие.

Кроме основного назначения — записи кинетики реакции («быстрый процесс»), была обеспечена возможность измерения временных интервалов между пиками гамма-излучения в сложных изделиях. Для этого использовался осциллограф ОК-19 (авторы А.И. Соколик, К.К. Чарнецкий, А.Г. Фомичев) с замедленной на полтора-два порядка разверткой. Впоследствии эта методика «Тау-гамма-гамма» использовалась во многих испытаниях.

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ФОТОРЕГИСТРИРУЮЩИЙ АППАРАТУРЫ

Определение энерговыделения по данным измерений параметров светящейся области.

Основные методы определения энергии ядерного взрыва (тротилового эквивалента) были основаны на результатах измерений параметров светящейся области, данных о скорости ударной волны, объеме, охваченном ударной волной. Условием получения необходимых экспериментальных данных являлось наличие соответствующей оптической аппаратуры, разработка которой была поручена лабораториям Спецсектора ИХФ АН СССР (Г.Л. Шнирман. П.В Кевлишвили). В дальнейшем для этих целей была создана лаборатория оптики, руководителем которой был назначен А.С. Дубовик.

Два первых образца высокоскоростных фоторегистраторов типа СФР-2М, в том числе за №1, разработанных и изготовленных в ИХФ, были отправлены в Арзамас-16 и успешно использовались для отработки первой атомной бомбы.

Камера СФР-2 имела частоту съемки 2,5105-2,5106 к/с. Размер кадра - 10 и 5 мм. Количество кадров - 60 и 120. Разрешение во времени составляло 2-10-8 с при максимальной скорости развертки 3750 м/с Поле зрения от 14' до 2°15'. Удачный выбор оптической схемы и оптимальное конструкторское решение обеспечили длительную жизнь этому прибору, который в заводском варианте выпускался до 1990 г. под названием ВФУ-1.

В Спецсекторе был разработан комплекс уникальных оптических приборов с исключительными характеристиками.

В начале 1950-х годов была создана высокоскоростная фотокамера ждущего типа ЛВ-2 с частотой съемки 750 000 кадр/с, которая применялась при испытаниях водородной бомбы в ноябре I955 г. По сравнению с СФР-2 в этой камере был на порядок увеличен размер кадра.

Камера «ждущая лупа времени» ЖЛВ-2 имела частоту съемки до 4,5х106 к/с. Первые образцы этих приборов использовались в 1961г. при проведении высотных ядерных взрывов.

Рекордно высокая частота съемки для камер с зеркальной разверткой до 33 ×106 кадр/с была достигнута в высокоскоростной лупе времени с многократным отражением ЛВ-1, созданной в 1958 г. Этот прибор неоднократно демонстрировался на международных выставках.

Для исследования раннего свечения в самом заряде при ядерном взрыве в 1950-х годах были созданы длиннофокусные ждущие фоторегистраторы ФР-10 и ФР-30. Максимальное разрешение во времени приборов ФР-10 и ФР-30 составляет 10−8 и 3 10−9 с соответственно.

Кроме высокоскоростных фоторегистраторов с зеркальной разверткой в Спецсекторе создавались камеры с меньшей скоростью регистрации на движущуюся фотопленку. Наиболее эффективно используемым прибором для регистрации подземных ядерных взрывов был длиннофокусный фоторегистратор ФРД-2, который оставался штатным прибором на Семипалатинском полигоне при проведении подземных взрывов вплоть до закрытия полигона.

Скоростная камера СК-2 позволяла получать до 2 500 кадр/с со скважностью 40 при съемке огненного шара ЯВ. Разработаны и более усовершенствованные фотокамеры: СК-3, СК-3Ш и СК-Ш, предназначенные для установки на самолеты. Для регистрации скорости движения грунта в эпицентральной области взрыва и для оценки тротилового эквивалента был разработан фоторегистратор ФРД-2 с высоким угловым разрешением.

Осциллография быстропротекающих процессов

Была разработана целая серия катодных осциллографов ОК, разработанных начиная с 1949 г. группой А.И. Соколика (К.К. Чарнецкий, А.И. Станиловский, В.М. Борцов и др.) с погрешностью измерений 0,02 мкс.

В 1950 году перед группой П.В. Кевлишвили была поставлена задача создания приборов для измерения интервалов времени между началом инициирования в ядерном устройстве и началом ядерной реакции. Для решения этой задачи в 1950— 1951 годах были разработаны и изготовлены в Экспериментальных мастерских ИХФ измерители времени ИВ-1 (точность измерения ±0,2 мкс) и ИВ-2 (точность измерения ±0,1 мкс), ИВ-13 (точность измерения ±0,1 мкс). С 1951 года приборы ИВ-13М выпускались серийно на заводе в г. Вильнюсе.

Разработкой этой серии приборов под руководством П.А. Ямпольского и П.В. Кевлишвили занимались Е.Э. Голлер, В.Н. Князев, Б.А. Точилин, И.П. Усенко, А.М. Толмачев и другие.

К 1960 году в лаборатории П.В. Кевлишвили были разработаны измерители времени ИВ-10 и ИВ-11, в которых точность измерений была повышена до ±0.02 мкс. Эти приборы использовались уже при подземных ядерных испытаниях.

Вначале 1950-х годов в Спецсекторе были разработаны пьезоэлектрические измерители давления ПИД на базе осциллографов серии ОК, снабженные пьезоэлектрическими датчиками для регистрации ударных волн в воде и воздухе, применявшиеся при ЯВ и в модельных исследованиях.

Светолучевые (шлейфовые) осциллографы. Для ядерных полигонов Спецсектором было разработано три типа многоканальных шлейфовых осциллографов с регистрацией на аэрофотопленке шириной 320 мм. В осциллографе ОШ-1 (1947 г.) имелось 12 шлейфов и два пьезокристаллических отметчика времени, в осциллографе ОШ-2 (примерно 1948 г.) — 24 шлейфа. Осциллограф ОШ-9 (1956 г.) был снабжен 11 шлейфами (из них два использовались в качестве отметчиков времени). Осциллографы ОШ-1 и ОШ-9 изготавливались в ОКБ института большими партиями. Кроме того, был разработан специальный осциллограф торпедный ОТ (1950 г.), предназначенный для установки на торпеде с целью изучения работы ее механизмов в моменты запуска и удара о цель.

Измеритель времени ИВ -13М

Высокоскоростная лупа времени ЛВ-1 Камера СФР-2 со стереоприставкой

| | |
| --- | --- |
| Ждущий фоторегистратор ФР- 10 | Фоторегистратор длиннофокусный ФРД |

РЕГИСТРАЦИЯ СВЕТОВОГО И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Световое и электромагнитное излучение наземных, воздушных и высотных ЯВ измерялось обширным комплексом разработанной аппаратуры и методик.

Количественные измерения энергии излучения основывались на принципе контроля нагрева измерительного теплопроводящего тела с черной поверхностью, поглощающей падающий лучистый поток в широком спектральном диапазоне. С 1949 г. по 1953 г. проводились измерения плотности лучистого потока [Дж/см2] измерителями интегрального излучения ИИИ, а его интенсивности [(Дж/см2)/c] — дистанционным терморадиометром ДТР. В дальнейшем были разработаны и широко применялись калориметры КСВ, КСВМ, КСВМ-Ц, КСВМ-С (калориметры механического действия), измеряющие максимальную плотность потока световой энергии, и измерители теплового излучения во времени ИТИ, ИТИ-Д, ИТИ-Б. В приборе ИИИ температура медных, зачерненных с одной стороны дисков, нагретых световым потоком, измерялась припаянными к обратной стороне дисков последовательно соединенными термопарами. Регистрация проводилась светолучевым осциллографом. Недостатком этого прибора являлась задержка отклика термопары на поток излучения, что приводило к искажению фронта импульса. В приборах типа ИТИ, с калориметрическими медными элементами резистивного типа, этот недостаток был устранен. Приборы ИТИ, ИТИ-Д, ИТИ-ДБ (безусилительная мостовая схема с выходом на шлейф) регистрировали во времени плотность лучистого потока, а прибор ИТИБ — интенсивность потока, для чего использовался специальный дифференцирующий трансформатор. Прибор ИТИ-ДБ использовался для регистрации лучистого потока, воздействующего во времени на самолет-носитель (при одновременной регистрации максимума посредством калориметров КСВМ).

Интенсивность теплового излучения воздушного ЯВ характеризуется двумя фазами, резко отличающимися величиной и длительностью. Длительность более короткой и менее мощной первой фазы хорошо коррелирует с величиной тротилового эквивалента воздушного ЯВ. Тепловые измерители из-за инерционности не могли измерить первую фазу с достаточной точностью, поэтому были разработаны специальные измерители первой фазы: ИПФ-1, Ф-1, Ф-2, Ф-3. В них спектральные характеристики светоприемников с помощью светофильтров корректировались под спектральную характеристику фотопленки, используемой в съемочных камерах.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ, ПРИМЕНЯВШИЕСЯ В ХОДЕ НАБЛЮДЕНИЙ ПРИ ВЫСОТНЫХ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ

Измерения механического действия взрыва и проникающей радиации на специальные мишени и приборные контейнеры

В ближней зоне взрыва производились измерения механического действия и проникающей радиации с помощью механических приборов и индикаторов, размещавшихся в неспасаемых приборных контейнерах высокой прочности. Эти контейнеры использовались во всех советских высотных взрывах, начиная с операции "Гроза", различаясь в расположенных внутри датчиков и некоторых особенностях конструкции, связанных с различными задачами испытаний и методам крепления к различным типам ракет, несущих ядерный заряд.

Контейнеры оснащались аппаратурой для измерения давления на поверхности контейнера, перегрузок и импульсов перегрузок, испытываемых контейнером при воздействии ударной волны, деформаций оболочки, температуры на внутренней поверхности оболочки и набором индикаторов для измерения параметров проникающей радиации. В приборных контейнерах устанавливались также образцы ядерного горючего и некоторые радиоэлементы, и источники питания с целью проверки воздействия проникающей радиации. Внутренние объемы контейнеров заполнялись меламин-веществом, которое по своему элементному составу и удельному весу близко к тринитротолуолу и, следовательно, обладает такими же поглощающими свойствами по отношению к потоку проникающей радиации.

Для доставки приборных контейнеров с измерительной аппаратурой в ближнюю зону использовались корпуса боевых ракет. Боевые ракеты запускались по расчетным траекториям.

Приборные контейнеры ПК-9, закреплялись на корпусе боевой ракеты в местах, не вносящих ощутимых искажений в показания приборов, фиксирующих взрывное воздействие. Приборные контейнеры П6-А и ПК-9 падали на Землю без применения каких-либо средств спасения со скоростями, не превышающими 300 м/сек. Прочность их была таковой, что после падения на Землю остаточные деформации оболочки отсутствовали. Особую методическую проблему составил поиск приборных контейнеров после их падения на Землю. Поиск осуществлялся отрядами разведывательных дозоров на вертолетах, оснащенных геологоразведочными гамма-радиометрами ЭСГ-65 высокой чувствительности. Контейнеры под действием потока нейтронов получали наведенную активность, что и использовалось при их поиске.

| | |
| --- | --- |
| Внешний вид приборного контейнера ПА-6 | Фотография раскрытого приборного контейнера ПА-6 с установленной в нем измерительной аппаратурой |

| | |
| --- | --- |
| Контейнер ПК-9 перед установкой на боевую ракету | Расположение измерительных приборов внутри контейнера ПК-9 |

| | |
| --- | --- |
| | |
| Приборные контейнеры ПА-6,закрепленные на корпусе боевой ракеты | Приборные контейнеры ПК-9, закрепленные на корпусе боевой ракеты |

Схема положения корпусов ракет с контейнерами ПК-9 и метеорологических ракет МР-12 в момент взрывов при проведении операций "К-3", "К-4" и "К-5"

В дальней зоне взрыва (на расстояниях ~ 150 – 200 км) производились измерения энергии и спектрального состава рентгеновского излучения и проникающей радиации специальной аппаратурой, располагавшейся в головных частях метеорологических ракет МР-12, пуск которых производился со стартовой позиции с соответствующей синхронизацией относительно расчетного времени подрыва ядерного заряда. Помимо измерения величин электронных концентраций, возникающих при взрыве в различных слоях атмосферы, в приборных контейнерах этих ракет располагалась аппаратура для измерения потока и спектра нейтронов.

.
Общий вид приборных контейнеров разработки ИФЗ АН СССР:

в верхней части располагаются детекторы спектрометра нейтронов;
в средней части – блок запоминающих устройств;

ниже – индикатор полного потока;
на дальнем контейнере сбоку виден фотоумножитель запуска
ядерные фотопластинки располагаются в верхней части контейнера (на фото не видны)

Измерения спектрального состава излучения светящейся области взрыва и рекомбинационного послесвечения атмосферы

Высокоскоростной светосильный кварцевый спектрограф СП-75 использовался для регистрации спектра в видимой и ультрафиолетовой областях (от 2300 до 7000 Å). Аппарат позволял изучить, как спектральный состав излучения, так и распределение энергии по спектру, а также характер изменения интенсивности отдельных линий во времени с временным разрешением 10-7 сек.

Высокоскоростной спектрограф ФР-10 МКС использовался для анализа спектров в самой начальной стадии развития взрыва (~30 мксек) в видимой области спектра (4000 - 7000 Å) с разрешением по времени до 2х10-8 сек.

Спектрографы ИСП-51, ИСП-54, ИСП-55, ИСП-57 использовались для различных областей спектра свечения воздуха, рекомбинационного свечения, определения цветовых температур в начальный и более поздние моменты развития взрыва.

Определение параметров светового излучения, достигающего поверхности земли

Для этих целей использовались следующие приборы:

Фотоэлектрический регистратор светового излучения КИЭ-2 использовался для определения интенсивности излучения в широком спектральном интервале длин волн (от 0,3 до 3 мк).

Полупроводниковый термоэлектрический калориметр ПТЭК-М позволял регистрировать полный световой импульс, достигающий поверхности земли, в диапазоне длин волн 4000 - 10000 Å.

Измеритель прямого светового излучения (ИПСИ) позволял регистрировать световой импульс, достигающий поверхности земли.

Фотоэлектрический измеритель ФЭ-5 регистрировал поток излучения в узких спектральных интервалах (синий λmax = 450 нм; оранжевый – λmax=590 нм и ближний инфракрасный λmax = 800-850 нм).

Измеритель лучистого потока (ИЛП) позволял регистрировать изменение энергетической освещенности во времени.

Фотодиод ФД-I в режиме фотоэлемента позволял определить изменение энергетической освещенности.

Фотоэлектрический измеритель ФЭ-52 регистрировал спектральную освещенность в двух узких областях спектра при λ = 391 нм (Δλ=10 нм) и при λ = 550 нм (Δλ=10 нм), выделяемых специальными интерференционными фильтрами. Прибор позволял определять изменение во времени интенсивности свечения линии молекулярного азота и кислорода.

Фотоэлектрический измеритель ФЭ-5В позволял регистрировать интенсивность свечения линий молекулярного кислорода, выделяемой интерференционными светофильтрами - λ = 556 нм (Δλ=10 нм) в течение всего времени развития взрыва.

Многоканальный фотоэлектрический измеритель - ФЭ-5С регистрировал освещенность при помощи фотоумножителя ФЭУ-33. Его устройство позволяло регистрировать освещенность от различных участков светящейся зоны.

Основная часть оптической, фотоэлектрической и спектрографической аппаратуры вместе с переносными пунктами управления (ППУ) была смонтирована на специальных подвижных подставках, переоборудованных из прожекторных установок, позволяющих значительно упростить наведение аппаратуры, которое производилось в расчетную точку взрыва с учетом необходимого перекрытия ожидаемого разброса центра взрыва.

Фотографии подвижных подставок с расположенной на них оптической аппаратурой

РЕГИСТРАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА

Измерения параметров движения грунта проводились уже при первом ядерном взрыве на Семипалатинском испытательном полигоне в 1949 г. Для этих целей использовалась экспериментальная трехкомпонентная система электродинамического вибрографа. Более широкое развитие эти измерения получили в 1954 г., когда была изготовлена партия однокомпонентных герметизированных маятниковых вибрографов с магнитоэлектрическим преобразователем ВИБ-А, которые применялись при проведении измерений в течение более 10 лет.

Внешний вид вибрографов ВИБ – А (слева) и ВБП-III со снятыми крышками

Виброграф позволял регистрировать скорости смещения грунта в диапазоне от 0.1м/с до 10м/с при перемещениях ±1 см в диапазоне частот 5 гц и выше. Начиная с 1957 г. на полигоне появились более прочные вибрографы ВИБ-У, позволявшие выдерживать большие перегрузки ВИБ-А. Дальнейшими разработками этого типа вибрографов были скважинный виброграф ВИБ-С (1960 г.) и трехкомпонентный скважинный виброграф ВИБ-ТКС (1964 г.), которые могли устанавливаться в скважину диаметром 120 мм. Наиболее удачным прибором оказался виброграф больших перемещений ВБП-III, прочно завоевавший себе место при измерениях в ближней зоне до середины 70-х годов.

Для прямого измерения перемещений при взрывах в штольнях с самого начала подземных испытаний применялись датчики КИП (контактный измеритель перемещений) и ФЭИП (фотоэлектронный измеритель перемещения), которые устанавливались в боковых рассечках при проведении взрывов в штольнях. Хотя эти датчики обладали определенными недостатками, это были первые приборы, которые позволяли оценить величину максимальных и остаточных перемещений при взрыве.

Схема размещения КИП (слева) и ФЭИП (справа) в рассечке штольни: 1- амортизаторы; 2 - корпус прибора; 3 – пика (КИП), осветитель (ФЭИП); 4 - экран.

Акселерометры различных номиналов и частотных диапазонов разрабатывались в Спецсекторе для регистрации возникающих в результате взрыва сильных движений грунта, сооружений и объектов. Из наиболее широко применяемых следует указать на мембранные емкостные типа АВ, АК, АК-1М выпуска начала 1960 годов, их скважинные горизонтальные модификации АКГ и АГС-2К (70-е годы) и пьезоэлектрические ПИУ-1М с датчиками ПА - IIIк, ПА- IIIт выпуска 1960 г. и шпуровых АШ выпуска 1967 г. Чувствительным элементом этих акселерометров служила плоская диафрагма, являющаяся подвижным электродом дифференциального конденсатора. Преимуществом мембранных акселерометров явилось использование всего лишь одного коаксиального кабеля к каждому измерителю и для питания, и для вывода информации, а также простота его тарировки непосредственно с места установки, хорошая помехозащищенность и возможность частотно-модулированной магнитной записи с последующей цифровой обработкой. Большой вклад в разработку этих приборов внес А.Г. Фомичев.

| | |
| --- | --- |
| | |

| | |
| --- | --- |
| Внешний вид датчика акселерометра АК–1м | Пьезоакселерометры ПА-Шк, установленные на стене рассечки (внизу виден виброграф ВИБ-А) |

Пьезоэлектрический измеритель ускорений ПИУ-1 .( А.Г. Фомичев и др.), установленный впервые на первом подземном взрыве, был далее тщательно переработан ввиду его первоначальной малой помехозащищенности и с датчиками АШ широко применялся с 1967 по 1973 г. Большим преимуществом пьезоэлектрического акселерометра является возможность регистрации одним и тем же датчиком большого диапазона ускорений (0.1¸1000g).

Удачными разработками явились электродинамические акселерометры (ЭА) с большим затуханием (Н.В. Кабыченко, И.С. Свинцов), которые отличались меньшими габаритами, а большое затухание в них создавалось за счет электронной схемы, находящейся от них на большом расстоянии (до 1.5км, в пункте регистрации). Это позволило расширить полосу регистрируемых частот до 0.01Гц в области низких и до 500Гц в области высоких частот. Малые габариты позволили использовать их для установки их в скважины диаметром 105мм. Следующей конструкцией явилась разработка датчика СДУ (симметричный датчик ускорений) (Н.В. Кабыченко, Б.Г. Горюнов, И.С. Свинцов, 1998), который являлся чисто генераторным датчиком с очень большим затуханием, по своим параметрам близким к датчикам ЭА, но работающий без усилителей. Датчик СДУ позволяет регистрировать ускорения до 500g.

Внешний вид акселерометров СДУ (слева) и ЭА

ИЗМЕРЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ И ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

При проведении воздушных ЯВ 1954 г. для измерения на различных глубинах вертикальных остаточных деформаций грунта, возникающих в результате воздействия воздушной ударной волны, применялись механические штанговые деформометры. Позже, для проведения комплекса наблюдений при проведении подземных ядерных взрывов было разработано и изготовлено большое количество приборов для измерения динамических и остаточных деформаций грунта.

Для измерения динамических и остаточных деформаций в целых блоках горной породы применялись тензометрические измерения на малой базе. В качестве первичного преобразователя были разработаны датчики ДДП (Н.В. Кабыченко, Г.Г. Кочарян). Корпус датчика представляет собой изготовленный из дюраля цилиндр, на который наклеиваются 2 ортогонально расположенных тензорезистора, закрытых специальными крышками. Для учета влияния разницы упругих характеристик горной породы, материала корпуса и цементного раствора непосредственно в месте установки датчика проводилась его динамическая тарировка ударом. Диапазон измерения 10−6 ÷ 5 10−3 отн.ед. Регистрация велась одновременно на высокоскоростную (динамические деформации, время записи до 1сек) и низкоскоростную (остаточные деформации, время записи до 1-2 часов) аппаратуру.

Внешний вид датчика ДДП: 1- датчик в сборе; 2- корпус; 3- крышка.

Для измерения динамических и остаточных перемещений, локализованных на межблоковых промежутках небольшого масштаба, использовался струнный датчик перемещений ДПС (С.В. Кондратьев). Длина струны 0,8 1,5 м, верхняя граница рабочего диапазона частот 3 5 кГц, регистрируемое взаимное смещение блоков горной породы от 0,01 до 6 мм.

Схема установки датчика ДПС на стенке штольни. 1 - поверхность массива; 2 - штанги; 3 - консоль; 4 - тензометр; 5 - струна.

Измерения остаточных линейных перемещений на больших базах выполнялись ленточными деформометрами (В.В. Гарнов), оснащенными сдвоенными потенциометрами и мостовыми схемами. Точность измерения относительных перемещений опор этим прибором составляла 0.01мм.

Схема ленточного деформографа и вид одной из опор, установленной на стенке штольни: 1-стальная или инваровая лента; 2 - штанговая опора; 3 - рычаг; 4 - потенциометр; 5 - пружина.

Для измерения остаточных наклонов стенки выработки при взрыве использовались геодезические площадки, замурованные в стенки штольни, на которые устанавливались оптические угловые квадранты КО-10 (точность измерения углов - 5") или электролитические наклономеры ЭНЖ, позволяющие проводить дистанционную съемку угловых характеристик. (В.Н. Гарнов, А.М. Гельбергер). Наклономеры ЭНЖ обладают высокой чувствительностью и устойчивостью к перегрузкам и имеют разрешающую способность - 0.2" в интервале измерений угла наклона - 3 угловых минуты.

Как в подземных условиях, так и на поверхности горного массива проводились геодезические наблюдения. Для регистрации остаточных смещений применялась нивелирная съемка с использованием удаленных (базовых) реперов. Растояния между реперами регистрировались традиционными геодезическими методами (линейные измерения) либо с использованием кварцевых светодальномеров.

Для регистрации наклонов и азимутальных разворотов использовалась длиннофокусная высокоскоростная фоторегистрирующая аппаратура типа фоторегистров ФРД и скоростные кинокамеры РФК-5, работающие со световыми реперами. Оптическими методами регистровались относительные смещения и наклоны геодезических реперов не только во время взрывов (скоростная методика), но и в течение продолжительного времени после взрывных воздействий (периодические включения системы регистрации). Это позволяло получить целостную картину быстрых и медленных перемещений структурных блоков.

Геодезическая площадка с закрепленным на ней оптическим угловым квадрантом (слева) и глубинный геодезический репер, оборудованный оптическими приборами