Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

МИНЫ ЖИВУТ ДОЛЬШЕ ЛЮДЕЙ

В. Парафонова, научный сотрудник ФИАН

Весь двадцатый век звучали и продолжают звучать взрывы. Взрывы боевых операций и террористических актов, взрывы, которые потрясают весь мир и отзываются болью в конкретной семье. Сегодня мины - одна из самых больших опасностей в мире, которая со временем только усугубляется: на одну найденную и обезвреженную мину приходится два десятка вновь установленных. По оценкам ООН, наша планета хранит 100-120 миллионов (!) противопехотных мин. Ежемесячно их жертвами становятся 500-800 человек, каждый третий пострадавший - ребенок. По мнению экспертов, при использовании существующих технологий на разминирование всей планеты потребуется около тысячи лет и до ста миллиардов долларов. А на каждые 5 000 обезвреженных мин придется один погибший и двое покалеченных саперов. И ни один из разработанных к настоящему времени методов обнаружения мин по своим основным параметрам (чувствительность, избирательность, быстродействие) не удовлетворяет ни требованиям стандартов ООН по гуманитарному разминированию, ни общей задаче глобального разминирования планеты Земля в обозримом будущем.

В конце двадцатого столетия проблема разминирования стала чрезвычайно актуальной еще и потому, что земли, напичканные смертельной опасностью во время событий в Чечне, Дагестане и Средней Азии, не могут быть вовлечены в хозяйственный оборот. К тому же множество мин и боеприпасов поджидают свои жертвы еще со времен Великой Отечественной войны. На сегодняшний день на территории только девяти субъектов Российской Федерации требуется разминировать более 5400 квадратных километров земель. Российские физики предлагают новый подход к решению этой задачи и работают над созданием роботизированного комплекса для обнаружения мин, обладающего уникальной эффективностью.

СОБАКА НА МИННОМ ПОЛЕ

С технической точки зрения сложнее всего мину обнаружить. Ведь после того как взрывное устройство найдено, обезвредить его, как правило, нетрудно, несмотря на разнообразие типов и изощренность механизмов срабатывания современных минных устройств. В большинстве случаев мины просто подрывают на месте. И если бы не режим секретности, то стоило бы, наверное, каждому хоть раз побывать в музее минного оружия (есть и такой). Там воочию представляешь, какого совершенства человек достиг в уничтожении себе подобных.

История создания современных методов обнаружения скрытых взрывчатых веществ (СВВ) насчитывает почти 70 лет. Особенно интенсивно эти работы ведутся в последние десятилетия, следуя за развитием минного оружия и возникновением такой проблемы, как международный терроризм. Существующие методы обнаружения СВВ используются при решении самых разных задач - от обеспечения безопасности авиационных полетов и массовых общественных мероприятий до проведения разминирования в местах, где проходили боевые действия.

Наиболее сложно обнаружить пластиковую взрывчатку без оболочки и мины в неметаллических корпусах: привычными способами сделать это практически невозможно. К большому сожалению, все существующие методы недалеко ушли от технологий 40-х годов. Это либо механическая обработка почвы с помощью так называемых минных тралов, создающих большое давление на почву для срабатывания детонатора, либо поиск мин по запаху взрывчатки - тринитротолуола - специально натренированными собаками. Первый способ связан с применением тяжелой роботизированной техники и безопасен для обслуживающего персонала, но эффективность разминирования при этом не превышает 80 процентов. К тому же эти действия вызывают загрязнение территории частицами взрывчатых веществ из разрушенных мин, что неблагоприятно сказывается на плодородии почвы и увеличивает вероятность ее эрозии. Второй способ более эффективен, но связан со сложной процедурой отбора и подготовки собак, а также с работой человека в чрезвычайно опасной зоне. Собаки же на минном поле быстро утомляются и начинают ошибаться.

Сегодня диапазон экспериментальных методов поиска взрывчатых веществ достаточно широк - от привлечения насекомых до использования ядерно-физических и микробиологических эффектов. Но новые технологии, несмотря на определенные успехи в лабораторных условиях, оказались непригодными для масштабного использования на минных полях. Отдельные приборы, работающие на новых принципах, используются только как дополнительные средства идентификации взрывчатых веществ. По данным ООН, более 80 процентов очищаемых территорий сегодня по-прежнему разминируют вручную.

В настоящее время, как и полвека назад, наиболее распространенное техническое средство обнаружения взрывоопасных предметов - индукционный миноискатель, принцип действия которого основан на обнаружении металла корпуса мины. Высокая чувствительность миноискателя, однако, приводит к сотням ложных срабатываний на одну обнаруженную мину. Их источником становятся многочисленные осколки и пули, зарывшиеся в землю. Это вынуждает сапера брать в руки стальной прут - щуп - и сантиметр за сантиметром "прокалывать" перед собой почву, в прямом смысле на ощупь определяя, мина впереди или кусочек железа. Так за день ему удается очистить от мин от 20 до 50 квадратных метров площади.

В качестве примера можно привести операцию по разминированию Кувейта. Согласно данным российского отделения международной организации "Международная кампания за запрещение противопехотных мин (МКЗППМ)", это была самая масштабная операция по разминированию, осуществленная на коммерческой основе. Ее стоимость составила 700 миллионов долларов за 728 квадратных километров территории (961 538 долларов за один квадратный километр). В операции участвовали 4000 иностранных саперов, 84 из них погибли. И все-таки многие обширные районы страны сегодня приходится обследовать повторно - немало мин оказалось пропущено.

В связи с этим специалисты настойчиво предлагают отказаться от методов поиска и обезвреживания мин саперами и использовать безлюдные технологии с применением роботизированных мобильных установок, исключающих непосредственный контакт человека со взрывоопасным предметом и обладающих большей точностью, избирательностью и быстродействием.

Оттавская конвенция 1997 года определила каждую мину как потенциального убийцу, подлежащего ликвидации. По мнению российских ученых, для этого есть два пути. Первый - разработка так называемых мультисенсорных систем, то есть установок, в которых сигнал обнаружения формируется как логическая функция нескольких сигналов, поступающих от различных датчиков. Совместная работа этих приборов и сложная компьютерная обработка данных должны увеличить вероятность нахождения взрывоопасных предметов, ускорить поиск и повысить его эффективность. В качестве удачного примера такой системы можно привести разработанный в Канаде мобильный комплекс, оборудованный индукционным миноискателем, подповерхностным локатором и телевизионными камерами видимого и инфракрасного диапазонов. В ходе испытаний эта система при совместном использовании всех датчиков обеспечила 96-процентную вероятность обнаружения взрывоопасных предметов.

Второй путь связан с созданием интеллектуальных машин, в которых использованы новые высокоэффективные методы и средства поиска скрытых взрывчатых веществ. Они смогут работать на минных полях самостоятельно.

ГАММА-КВАНТОВЫЙ ИСКАТЕЛЬ

Один из таких роботизированных комплексов, основанный на принципиально новом - гамма-активаци онном, или фотоядерном, методе обнаружения взрывчатых веществ, взятом из арсенала физики средних и высоких энергий, предлагают сотрудники Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН). Мировых аналогов разработка не имеет.

Метод обеспечивает практически 100-процентную вероятность обнаружения противопехотных и противотанковых мин любого типа (по требованию ООН - достаточно 99,6 процента). Суть его состоит в том, что обследуемый объем обнаруживает повышенную концентрацию азота и углерода - химических элементов, составляющих основу всех современных боевых взрывчатых веществ. Для этого используется регистрация продуктов распада короткоживущих изотопов бора-12 и азота-12 с периодами полураспада 20,2 и 11,0 микросекунд. Эти изотопы рождаются в результате реакций в стабильных атомах азота-14 и углерода-13 при их облучении гамма-квантами. Изотопы бора-12 и азота-12 в процессе распада испускают электроны и позитроны с максимальной энергией порядка 13 и 17 МэВ соответственно. Двигаясь в веществе, они в свою очередь порождают гамма-кванты, регистрируемые детектором вторичного излучения. Полученный высококонтрастный сигнал свидетельствует о наличии азота и углерода. Причем и зондирующие и вторичные гамма-кванты обладают столь высокой проникающей способностью, что позволяют обнаруживать заряд в грунте на весьма значительной глубине.

Один из научных руководителей новейшей разработки заведующий отделом прикладной ядерной физики ФИАН, кандидат физико-математических наук Валерий Георгиевич Раевский преимущества фотоядерного метода обнаружения скрытых взрывчатых веществ объясняет так:

"Возможность практически использовать гамма-излучение для поиска скрытых взрывчатых веществ появилась в связи с развитием ускорительной техники, а точнее - с созданием компактных ускорителей электронов с энергией до 100 МэВ. Именно они позволили создавать мощные пучки гамма-излучения высоких энергий, при которых ярко проявляются специфические для компонентов взрывчатых веществ фотоядерные эффекты. Разумеется, азот и углерод присутствуют в любой органике, поэтому, скажем, тельце крота в норе тоже даст отклик в виде вторичного гамма-излучения. Но поскольку соотношения элементов в органических соединениях живого организма иные, нежели во взрывчатке, частоты вторичного излучения имеют другие интенсивности. Это отметит система регистрации и ложный сигнал во внимание не примет.

Процессы фоторождения короткоживущих изотопов с периодом полураспада в одну сотую секунды за счет фотоядерных реакций, причем только на взрывчатке, - подарок природы человечеству. Малое время распада дает уникальную возможность с высокой эффективностью и практически мгновенно в режиме сканирующего поиска обнаружить взрывчатку. А узконаправленный пучок гамма-квантов позволяет получать изображение контура, содержащего взрывчатое вещество, и координаты мины с точностью до нескольких сантиметров. При этом остаточная радиоактивность обследованной местности полностью исчезает уже через несколько минут после сканирования".

МИННЫЙ "ТРАЛЬЩИК" XXI ВЕКА

Таким образом, фотоядерный метод дает уникальную возможность с высокой надежностью (почти 100 процентов) за малый промежуток времени (около 20 миллисекунд) в режиме сканирующего поиска обнаружить скрытое под слоем земли взрывчатое вещество любого типа. Он и был использован при создании "Роботизированного мобильного комплекса для гуманитарного разминирования (МКГР)", работающего как в стационарных, так и в полевых условиях. Двигаясь по заминированной местности, он скрупулезно прощупывает лучом очень жесткого гамма-излучения участок перед собой со скоростью 50 импульсов в секунду с шагом 5 сантиметров. С вероятностью свыше 99,6 процента он регистрирует взрывчатые вещества (и только их!) массой от 40 граммов на глубине до 25 сантиметров и массой свыше 500 граммов на глубине до полуметра в любом грунте независимо от влажности и состава почвы.

Ядро комплекса - специализированная ускорительно-детектирующая система мобильного и стационарного базирования. Ускоритель электронов - так называемый разрезной микротрон - впервые в стране был создан в ФИАН. Пучок электронов, ускоренных в микротроне, проходит сквозь слой плотного вещества - свинца или вольфрама. Там электроны испытывают торможение и начинают излучать в гамма-диапазоне. Это жесткое тормозное излучение и вызывает фотоядерные реакции в углероде и азоте. Сканирование местности производится отклонением электронного пучка магнитным полем. Детектор вторичного излучения может располагаться над поверхностью земли на высоте до двух метров; это позволяет производить поиск мин на территории, покрытой высокой травой и кустарниками.

В состав роботизированной машины могут входить также система координатной привязки к местности через геодезические спутники (см. "Наука и жизнь" № 1, 2002 г.), телекамера, осматривающая область проведения работ, устройства радиоуправления и связи. При необходимости на ней могут быть установлены системы либо для ликвидации мин на месте, либо для их эвакуации.

За один рабочий день комплекс "МКГР" способен очистить от мин один гектар, то есть он в 250 раз более эффективен, чем традиционный, ручной способ разминирования (сравните: 1 гектар с помощью робота и всего 50 квадратных метров, проверенные сапером). Применение комплекса особенно результативно при разминировании больших площадей, например сельскохозяйственных угодий.

Разрабатываемая установка сочетает в себе новейшие достижения в области передовых технологий - физики средних и высоких энергий, ускорительной и СВЧ-техники, робототехники, машиностроения, ядерной электроники, автоматизации и телеуправления. По существу, предлагается новая технология гуманитарного разминирования.

Ученые ФИАН не устают повторять: "Наш опыт создания подобной системы показывает, что в технологическом плане Россия может внести определяющий вклад в решение глобальной проблемы разминирования. И хотя разработка подобных комплексов - занятие дорогостоящее (по некоторым данным, 10-20 миллионов долларов), они смогут окупить все вложения за 2-3 года. Так что их появление - это лишь вопрос времени и средств. Важно только помнить при этом, что мины живут значительно дольше людей".


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Техника. Вести с переднего края»

Детальное описание иллюстрации

Схема ускорительно-детектирующего комплекса. Пучок электронов из электронной пушки (ЭП), разворачиваясь на 180о в прорезях магнитов М1 и М2, многократно проходит через ускоряющую структуру (УС) и наращивает энергию. Включается магнит вывода МВ; пучок выводится из ускорителя, фокусируется магнитными линзами Л1 и Л2, отклоняется на заданный угол магнитом сканирования СК и попадает в мишень-конвертор гамма-квантов (МК) - полосу свинца или вольфрама, тормозящих электроны. Заторможенные электроны излучают в гамма-диапазоне. Излучение проходит сквозь многопроволочную ионизационную камеру (МИК), которая с высокой точностью "считывает" положение луча. Фотоядерные реакции, протекающие в углероде и азоте - компонентах взрывчатого вещества, - порождают вторичное излучение, которое принимает детектор (ДВИ). Оно указывает на местонахождение мины с точностью до нескольких сантиметров.