2017年9月4日月曜日

北朝鮮が行った核実験:核爆弾の大きさ

1)今回の北朝鮮の核実験による地震の大きさに関して、BBCニュースではマグニチュード6.3と発表し、小野寺防衛大臣はマグニチュード5.7と発表している。防衛大臣は同時に、核爆弾の大きさとしてTNT火薬換算で約70 ktonと発表している。広島での原爆のエネルギーはTNT換算で15ktonと言われており、防衛大臣の発表では広島型の約5個分、BBCの発表の値だと約45個分という大きな核爆弾だったことになる。

地震の大きさから核爆弾の大きさを推定するのだが、先ず地震のマグニチュードとエネルギーの関係を知る必要がある。マグニチュード(M)と地震エネルギーE(ジュール)には、Log E=4.8+1.5xM の関係式がある。単位ジュールは、約1/4.2カロリーである。この式を用いれば、マグニチュードが0.2上がると、エネルギーは約2倍になる。

地震の大きさから地下核実験の核爆発の大きさ(核爆弾の威力)を正確に計算する方法はない。何故なら、核爆発の大きさと地震の大きさは、核実験空間の大きさやその場所及び近辺の岩盤の機械的性質に大きく依存するからである。(下図参照)
例えば、地盤が緩ければ、発生する地震は小さくなる筈である。従って、類似の実験場での二回の核爆発の大きさの相対的比較は、地震の観測結果からかなり正確に出来るだろうが、地震のマグニチュードから核爆弾の規模を予測するのはそれほど容易ではない。つまり、地震のマグニチュードが幾らだから、核爆弾の規模は何キロトン位だろうというのはかなり荒い予測である。

ウィキペディアには、米国の実験では、5000ktonの核爆弾でマグニチュード7.0の地震が観測されている。ロシアの実験では、4200ktonの核爆弾でマグニチュード6.97の地震が観測されたと記載されている。20%程度の差しかないのは、不思議なほど良い一致である。その点は議論せずに米国の実験結果を用いる。https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%BA%E5%B7%A5%E5%9C%B0%E9%9C%87

マグニチュード7が5000kトンの核爆弾での地震だとすると、マグニチュード6.3(6.1)なら、446kton(223kton)規模の核爆弾だったということになる。マグニチュード5.7でも、56ktonというかなり大きな爆弾の実験だったということになる。

比較すべきは広島と長崎の原爆である。それらの大きさは、夫々TNT火薬換算で、約15kton 及び22ktonと言われている。今朝のNHKニュースによると、核融合を利用したブースト型原爆と呼ばれるものだった可能性があるとしている。つまり、金正恩の発表通り水爆の可能性があるということだ。(補足1)

2)防衛大臣が記者に向かって言ったTNT火薬70ktonというのは、どの程度のエネルギーなのだろうか。ウィキペディアによると、TNT火薬1トンによる発生エネルギーは、42億ジュールである。或いは、TNT火薬1グラムで1000カロリー(4200ジュール)のエネルギーが発生すると言う方が分かりやすいかもしれない。70ktonは700億グラムだから、そのエネルギーは約3000億kJ(キロジュール)になる。

この数値がどの程度のものなのか。太陽が地球上に降り注ぐエネルギーと比較してみる。太陽が真上から地球上に放射するエネルギーは、1分間1平方センチメートル当たり約2カロリーである。これは小学校でも教育されていると思う。

広島大学のサイト:http://home.hiroshima-u.ac.jp/mfukuok/er/ES_KK.htmlの図中に記載された数値を用いると、1.37kW/m2 (殆ど同じで、2cal/cm2より少し小さい)という数値になる。この値を用いれば、一秒間だけ10km四方(100平方km)で太陽が1100倍明るくなる程度のエネルギー放射となる。

もう少し分かり易く3000億キロジュールがどの程度なのか説明する。私の使う1.2kWのトースターは、25cm x 20cmの金網の上でパンを加熱する。上記核爆発のエネルギーの半分は上空に向かって放出されると考えると、そのトースターと同じ加熱を10km四方で10分間行うことに相当する。外にいる人間はほとんど焼け死ぬことになる。

核爆発のエネルギーは当然、爆心地で非常に強くなると考えられる。上記エネルギーが1km四方に注がれたと考えると、爆心地の大凡の様子が想像できる。つまり、厚さ数cmで水が存在しても、それが瞬時に蒸発してしまう位の熱が発生するだろう。

補足:
1)ブースト型原爆と言うのは、原爆と同時に核融合を起こすことで威力をました爆弾という意味である。つまり、原爆を起爆装置に用いた水爆ではなく、水爆も補助的に追加して威力を増した原爆という意味である。

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