Tạo ngọn núi cao
Đến những năm 1960, Liên Xô đã có nhiều kinh nghiệm thử nghiệm hạt nhân trong khí quyển, nhưng tình hình quốc tế và kiến thức tích lũy về ô nhiễm phóng xạ rõ ràng đòi hỏi tất cả các cuộc thử nghiệm này phải được tiến hành dưới lòng đất.
Tại bãi thử Semipalatinsk, một đường hầm dài 380m được đào vào khối đá, với buồng nổ ở độ sâu 125m. Một thùng chứa đầu đạn hạt nhân được vận chuyển vào đường hầm này trên một xe đẩy đặc biệt dọc theo đường ray.
Vụ nổ được thực hiện từ một trạm chỉ huy tự động cách cửa hầm 5km, nơi đặt thiết bị ghi sóng điện từ và địa chấn.
Vào thời điểm vụ nổ, thiết bị ghi nhận ngọn núi dâng cao nhiều mét. Một đám cháy lớn do vụ nổ tạo ra đã tạo nên một đám mây bụi. Tuy nhiên, không có chất thải phóng xạ hay quả cầu lửa nào bị phát tán. Đó chính là điều cần thiết.
Không giống như các chương trình thử nghiệm ngầm quy mô lớn sau này, cuộc thử nghiệm tại Semipalatinsk không chỉ được chính thức gắn liền với việc thử nghiệm vũ khí mà còn với nghiên cứu khoa học cơ bản.
Các nhà khoa học đã xác định cách năng lượng hạt nhân được truyền vào đá xung quanh và các quá trình vật lý xảy ra.
Phân biệt các vụ nổ
Vụ nổ hạt nhân dưới lòng đất tạo ra một môi trường khắc nghiệt được kiểm soát, có thể được nghiên cứu bằng hàng trăm cảm biến.
Năng lượng giải phóng từ vụ thử có thể được ước tính bằng cách sử dụng các đặc điểm của sóng xung kích, tín hiệu địa chấn, dòng khí và kích thước khoang.
Các nhà khoa học đang kiểm tra xem phản ứng dây chuyền có đạt được các thông số thiết kế hay không, hệ thống khởi động hoạt động như thế nào, giai đoạn nhiệt hạch hiệu quả ra sao và các đặc tính thực tế có phù hợp với thiết kế hay không.
Trong quá trình nổ, áp suất và nhiệt độ cực lớn sẽ xuất hiện. Điều quan trọng là phải xác định xem các vật liệu cấu trúc, nhiên liệu hạt nhân, các bộ phận của lò phản ứng và các hợp kim đặc biệt sẽ phản ứng như thế nào trong điều kiện này.
Lưu lượng neutron, bức xạ gamma và sản lượng sản phẩm phân hạch được đo đạc. Điều này cho phép tinh chỉnh các mô hình tính toán và các yêu cầu bảo vệ thiết bị điện tử và cấu trúc.
Đối với quân đội, kết quả chính là sự xác nhận hiệu suất của loại đạn dược. Đối với các nhà địa vật lý và chuyên gia kiểm soát vũ khí, mỗi cuộc thử nghiệm đều mở rộng cơ sở dữ liệu về cách phân biệt một vụ nổ hạt nhân với một trận động đất hoặc một vụ nổ công nghiệp lớn.
Những vụ nổ mạnh nhất
9 quốc gia đã tiến hành các vụ thử hạt nhân dưới lòng đất: Mỹ, Liên Xô, Anh, Pháp, Trung Quốc, Ấn Độ, Pakistan và Triều Tiên.
Vụ nổ mạnh nhất xảy ra vào ngày 6/11/1971, như một phần của chương trình Cannikin của Mỹ. Vào thời điểm đó, 1 đầu đạn 5 megaton đã được kích nổ ở độ sâu 1,8km tại quần đảo Aleutian.
Lầu Năm Góc đang thử nghiệm đầu đạn của tên lửa chống tên lửa Spartan, được lên kế hoạch sử dụng trong hệ thống phòng thủ tên lửa quốc gia. Vụ nổ tương ứng với một trận động đất có cường độ khoảng 6,9 độ.
Vụ thử hạt nhân dưới lòng đất mạnh nhất của Liên Xô được cho là loạt vụ nổ ngày 12/9/1973, tại Novaya Zemlya.
Nhiều ước tính khác nhau cho rằng tổng sức công phá là 3,3 hoặc 4,2 megaton. Sự khác biệt này là do một số thiết bị có thể đã được kích nổ tuần tự hoặc gần như đồng thời.
Quốc gia cuối cùng tiến hành vụ nổ hạt nhân dưới lòng đất là Triều Tiên. Nước này đã thử nghiệm một thiết bị nhiệt hạch vào ngày 3/9/2017. Vụ thử được thực hiện trong một đường hầm tại bãi thử Punggye-ri ở phía Đông Bắc nước này.
Công suất của thiết bị chưa được xác định, nhưng ước tính dao động từ 100 đến 280 kiloton TNT. Bình Nhưỡng tuyên bố thiết bị này phù hợp để lắp đặt trên tên lửa đạn đạo liên lục địa.
Dữ liệu vô giá
Vụ thử hạt nhân Semipalatinsk năm 1961 đánh dấu một cột mốc công nghệ: Liên Xô đã xác nhận tính khả thi của các vụ nổ hạt nhân trong các hầm ngầm dưới lòng đất.
Tuy nhiên, dưới lòng đất không có nghĩa là an toàn: Ô nhiễm vẫn có thể xảy ra do giếng bị rò rỉ, độ sâu quá nông, địa chất kém hoặc sự cố rò rỉ khí khẩn cấp. Các sự cố đã xảy ra, nhưng không gây ô nhiễm phóng xạ nghiêm trọng trong khu vực.
Từ năm 1949 đến năm 1989, đã có 456 vụ nổ hạt nhân được tiến hành tại bãi thử Semipalatinsk. Trong số đó, 340 vụ được thực hiện dưới lòng đất.
Vụ nổ cuối cùng diễn ra vào ngày 19/10/1989, khi 3 thiết bị đặc biệt được kích nổ đồng thời trong giếng khoan số 1365.
Bãi thử chính thức đóng cửa vào ngày 29/8/1991, theo sắc lệnh của Tổng thống Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Kazakhstan, Nursultan Nazarbayev.
65 năm sau, vụ nổ ngầm đầu tiên tại Semipalatinsk vẫn giữ nguyên ý nghĩa không chỉ như một cột mốc kỹ thuật. Nó cho thấy các cường quốc hạt nhân đã tìm kiếm sự thỏa hiệp giữa nhu cầu thử nghiệm và mong muốn hạn chế những hậu quả nguy hiểm nhất.
Và các hệ thống giám sát địa chấn hiện đại vẫn dựa vào các nguyên lý vật lý của vụ nổ này, cùng với nhiều yếu tố khác.
