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Dataset card Data Studio Files Community
Question
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
セラフィヌルドで生産したプルトニりムが足りなかったので、カナダから䟛絊されたプルトニりムで補ったずされる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
フランスも第二次䞖界倧戊勃発盎埌から栞兵噚開発を始めたが、ドむツ軍のフランス䟵攻によりフランス本土はドむツの占領䞋におかれ、研究者達は亡呜し蚈画は停滞した。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
戊埌、亡呜した科孊者たちが垰囜するず次䞖代゚ネルギヌの開発ずいう名目で、1948幎から重氎炉が皌動しお原子力開発が始たった。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
その埌、玆䜙曲折を経お1956幎に原子爆匟実隓ず栞融合研究の実斜を決定した。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
1958幎には発電甚原子炉で、幎間40kgのプルトニりムを生産する胜力を持぀ようになり、1960幎2月13日にアルゞェリア領のサハラ砂挠で栞実隓を成功しお、4番目の栞保有囜になった。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
フランスは1960幎から1996幎たでの間に栞実隓をサハラ砂挠で17回実斜、仏領ポリネシアで193回実斜したフランスの栞兵噚に関する詳现は「フランスの栞兵噚」を参照。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
䞭囜
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
、1960幎代圓初から第9孊䌚ず呌ばれる研究郜垂を海北チベット族自治州に蚭けお、栞開発を掚進しおきた。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
1964幎10月16日に初の原子爆匟実隓に成功し、1967幎6月17日に初の氎玠爆匟実隓に成功した。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
むンドは1974幎5月18日に初の栞実隓を行なっおいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
パキスタンは1998幎5月28日に初の栞実隓を行なっおいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
北朝鮮は2006幎10月9日に初の栞実隓を行なっおいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
米囜による日本ぞの2発の原爆䜿甚埌、第二次䞖界倧戊埌の東西冷戊の激化ずずもに、アメリカ合衆囜や゜ビ゚ト連邊を䞭心に砎壊力の倧きな戊略兵噚ずしお原子爆匟の改良が進められた。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞出力を100キロトン以䞊に匷倧化した倧型原爆や、熱栞反応も加えお300キロトン皋床に増匷した匷化原爆が開発された。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
たた戊略甚だけでなく戊術甚での䜿甚を䌁図しお小型化も進められ、圓初は4-5トンほどの重量だった原子爆匟を、倧砲より発射できる栞砲匟[泚 1]や栞無反動砲[泚 2]甚に小型化したが、これらの戊術甚原子爆匟が実戊で䜿甚された事はない。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
原子爆匟の理論ず構造
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞分裂に関する理論
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
゚ネルギヌ
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
原子爆匟の゚ネルギヌは、原子が栞分裂反応するずきに攟出する゚ネルギヌであり、原子栞を構成する陜子・䞭性子間の栞゚ネルギヌを熱゚ネルギヌや運動゚ネルギヌずしお取り出すものである。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
通垞兵噚がTNT火薬などの化孊反応によっお原子の結合゚ネルギヌ原子を構成する電子軌道の䜍眮゚ネルギヌを取り出すのずは原理的に異なる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
その゚ネルギヌの倧きさは、通垞は同量の゚ネルギヌを生みだすTNT火薬の重量に換算TNT換算しお評䟡する。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
しかし、これで評䟡できるのは爆発時の砎壊力だけであり、栞兵噚の䜿甚に䌎う攟射線障害や攟射胜汚染は考慮されおいない。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞分裂
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
原子栞を構成する栞子は栞力によっお互いに匷く匕力を受ける䞀方、原子栞䞭の陜子は電磁気により極めお匷い斥力を受ける。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
通垞原子スケヌルでは栞力の方がはるかに匷いが、栞力は距離に察し指数関数的に枛少する䞀方、電磁気力は二乗でしか枛衰しない。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
このため、原子番号の倧きな原子栞では、電磁気力が打ち勝ち分裂する䜙地が生たれる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
ひずたび分裂すればもはや栞力による匕力はほずんど受けず、電磁気による斥力が支配的になり極めお高い゚ネルギヌを持ち互いに離れおいく。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
具䜓的な珟象ずしおは䞭性子を吞収させお栞子の数のバランスを厩すず原子栞が液滎のように二぀に分裂するこずがある。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
これを原子栞分裂ず呌ぶ。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
この栞分裂によっお、分裂前埌の栞子の結合゚ネルギヌの差分が倖郚に攟出される。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
連鎖反応
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞分裂の際には通垞数個の䞭性子が倖郚に攟出される。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
そのため、栞分裂を起こす物質が隣接しお倧量に存圚する堎合には、栞分裂で攟出された䞭性子を別の原子栞が吞収しおさらに分裂する、ずいう反応が連鎖的に起こるこずがある。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
このような反応を栞分裂の「連鎖反応」ず呌ぶ。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞分裂性物質の量が少ない堎合には連鎖反応は短時間で終息するが、ある䞀定の量を超えるず䞭性子の吞収数ず攟出数が釣り合っお連鎖反応が持続するこずになる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
この状態を「臚界状態あるいは単に臚界」ずいい、臚界状態ずなる栞分裂性物質の量を臚界量ず呌ぶ。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
発電等に甚いられる原子炉ではこの臚界状態を維持する様に制埡しお䞀定の゚ネルギヌ出力を埗おいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
原子爆匟に甚いられる堎合は、栞分裂性物質を制埡された短時間で臚界状態にする必芁がある。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞分裂性物質が臚界量を倧幅に超えお存圚する堎合には、分裂反応を繰り返すごずに䞭性子の数がし、反応が暎走的に進む。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
この状態を「超臚界状態」物性物理孊における超臚界ずは意味が異なるこずに泚意、たたは臚界超過ず呌ぶ。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
極わずかな超臚界状態であれば制埡可胜な領域も存圚する(そうでなければ原子炉の起動も出来ない)が、䞀定以䞊の超臚界状態の制埡は䞍可胜であり兵噚ずしおも実甚にならない。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
りランずプルトニりム
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞分裂反応を起こす物質栞皮はいく぀か存圚するが、原子爆匟にはりラン235たたはプルトニりム239が甚いられる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
りラン原爆
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
りラン235は広島に投䞋された原子爆匟で甚いられた。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
倩然りランは、栞分裂を起し易いりラン235ず、栞分裂を起こしにくいりラン238からなるが、りラン235はわずか0.7%である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
原爆に甚いるためにはりラン235の濃床を通垞90%以䞊に高めなければならず、蟛うじお栞爆発を匕き起こす皋床でも最䜎70%以䞊の濃瞮りランが必芁ずなる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
攟射胜が少ないために取り扱いは容易であるが、りラン濃瞮には倧倉高床な技術力ず倧芏暡な蚭備、倧量の゚ネルギヌが必芁ずされる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
りランは埌述の砲身方匏、爆瞮方匏のどちらでも䜿甚可胜である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
りラン濃瞮による原爆補造は初期蚭備投資は比范的安䟡だが、電力を倧量に消費し運転経費がかかる䞊、同じ栞物質の量でプルトニりムより少ない数の原爆しか䜜れないため、原爆1個あたりの補造コストはプルトニりム原爆より高䟡になる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
䞀方で、りラン濃瞮斜蚭はプルトニりム生産黒鉛炉ず違っお地䞋に蚭眮しやすく倧量の赀倖線を攟射しないので偵察衛星に䜍眮を察知されにくい。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
たた、砲身方匏は必芁臚界量が倚く補造効率が甚だ悪いものの、栞実隓なしでも栞兵噚を持おる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
そのため栞開発初期段階の囜はりラン原爆ず砲身方匏の組み合わせを遞択する堎合が倚い。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
むランの栞開発もりラン原爆蚈画が䞻䜓である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
マンハッタン蚈画で、りラン235が臚界質量以䞋の小片を2぀合䜓させ、臚界質量以䞊にするこずにより容易に栞分裂連鎖反応を開始できるこずが明らかになったため、広島型原爆には埌述の砲身方匏が遞択された。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
砲身方匏においおりラン原爆の臚界量は100%りラン235の金属で22kgずされおいる[3]。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
広島型原爆ではりラン235が玄60kg䜿甚されたずされる党りランに察するりラン235の割合が80%の濃瞮りラン75kg[泚 3]。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
プルトニりム原爆
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
プルトニりム239は自然界には殆ど存圚しない重金属であるが、原子炉燃料転換率の高い原子炉が望たしい内でりラン238が䞭性子を吞収するこずで副産物ずしお䜜られるため、りラン235のような倧量の電力を消費する濃瞮過皋を必芁ずせず、原子炉で電力が埗られるずいう利点もある。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
たた臚界量が5kgずりラン235に比べおかなり少量で枈む利点がある[3]。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
プルトニりムは攟射胜が匷いため取り扱いは難しく、生産に黒鉛炉たたは重氎炉、再凊理工堎の建蚭費がかかるが、副産物ずしお電力が埗られ、1発あたり生産コストがトヌタルではりラン原爆より安䟡に枈み、栞兵噚量産に向くため、珟圚は五倧囜の栞兵噚生産はプルトニりムが䞻䜓である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
しかし通垞の工皋で生成されるプルトニりムには、プルトニりム240が兵噚ずしお䜿甚できる蚱容量を超えるレベルで含たれおおり、このプルトニりム240は高い確率で自発栞分裂を起こす性質を持っおいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
このため、砲身方匏ではプルトニりム党䜓が超臚界に達する前に䞀郚で自発栞分裂が起きお爆匟が四散しおしたうなど、効率の良い爆発を起こすこずが難しい。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
したがっお密床の䜎いプルトニりムを球状にし、爆瞮によっお密床を高め栞分裂連鎖反応を開始させる爆瞮方匏が甚いられる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
たた栞分裂連鎖反応が開始されおからプルトニりム239が飛散しお終了するたでの反応効率が砲身方匏よりも高いずいうメリットもある。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
長厎に投䞋された原子爆匟にはこのタむプが甚いられた。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
なお、爆瞮方匏を甚いる堎合でもプルトニりム240の含有量が7%を超えるず過早爆発の原因になり、栞兵噚補造に向かない。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
日本の原子力発電で䜿われおいる軜氎炉の䜿甚枈み燃料抜出プルトニりムはプルトニりム240を22-30%前埌含有し、プルトニりム240を分離しないず栞兵噚に䜿えない。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞兵噚補造にはプルトニりム240含有量が7%以䞋の兵噚甚プルトニりムが埗られる黒鉛炉やカナダ型重氎炉もしくは高速増殖炉日本には垞陜ずもんじゅがあるを䜿うのが普通で、北朝鮮の原爆蚈画の1぀であるプルトニりム蚈画は黒鉛炉、むラン原爆蚈画においお傍流であるプルトニりム原爆蚈画では重氎炉が䜿甚されおいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
ミニ・ニュヌク
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
技術の進歩で䜿甚目的に適した爆発力を持぀よう小型化されるようになったものをミニ・ニュヌクずいう。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
少ない栞物質で倚くの栞匟頭を補造可胜な反面、䞀発あたり嚁力もやや少なくなる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
米囜の栞物理孊者トヌマス・コクラン博士[4]は爆瞮方匏の堎合、より少量で超臚界が可胜であるこずに着目しお臚界量を分析しなおし、今日では埓来より少量の栞物質で超臚界が可胜であり、プルトニりム原爆は最新技術では1.5kg、途䞊囜の技術でも2kgでの超臚界が可胜であるず発衚した。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
たたりラン原爆は爆瞮方匏なら3-5kgでの超臚界が可胜ず芋られおいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
長厎型原爆が20キロトンを超えおいたのに察し、北朝鮮が2006幎に行った栞実隓では䞭囜ぞの事前通知が4キロトン、実隓結果が0.8キロトンだったこずから、限界たでプルトニりムを節玄した小型栞匟頭実隓に挑んで、結果はやや過早爆発気味であったのではないか、ずいう芳枬もある。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
構造
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
原子爆匟の構造は単玔である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
本質的には、臚界量以䞋に分割した栞分裂性物質の塊を瞬間的に集合させ、そこに䞭性子を照射しお連鎖反応の超臚界状態を䜜り出し、莫倧な゚ネルギヌを攟出させる、ずいうものである。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
ただし実際には、爆匟に甚いる物質の性質に応じお倧きく2皮類の構造が甚いられる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
ガンバレル
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
型
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
ガンバレル型英Gun barrelたたは砲身方匏はりラン[泚 4]を臚界量に達しない2぀の物䜓に分けお筒の䞡端に入れおおき、投䞋時に起爆装眮を䜿っお片方を移動させ、もう䞀぀ず合䜓させるこずで超臚界に達するものである。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
合䜓の容易性から構造は凹型ず凞型の組み合わせ、たたは筒型ず柱型の組み合わせずなる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
広島に投䞋されたリトルボヌむがこの方匏を採甚した。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
しかしリトルボヌむでは、60キログラムずされるりランのうち実際に栞分裂反応を起こしたのは玄1キログラムず掚定されおいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
その他のりランは栞分裂を起こさずに四散した。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
初期の栞砲匟甚匟頭などの量産䟋はあるが、砲身方匏を積極的に遞択する意矩は少ないため、栞開発・補造においお䞻流ではない。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
むンプロヌゞョン型
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
むンプロヌゞョン型英Implosionたたは爆瞮方匏は、英語のexplosion「爆発」ずいう語のex-倖ぞずいう接頭蟞をin-内ぞに眮き換えた造語で、「爆瞮」はその和蚳である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
爆瞮方匏ずはその名の通り、プルトニりムを球圢に配眮し、その倖偎に䞊べた火薬を同時に爆発させお䜍盞の揃った衝撃波を䞎え、プルトニりムを䞀瞬で均等に圧瞮し、高密床にするこずで超臚界を達成させる方法である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
長厎垂に投䞋されたファットマンで採甚された。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
プルトニりムは自発栞分裂の確率が高く、プルトニりム原爆は過早爆発防止の為にこの方匏でのみ実甚可胜ずなるのに察し、りラン原爆はむンプロヌゞョン型、ガンバレル型のどちらでも可胜である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
しかしこの方匏は衝撃波の調敎や爆瞮レンズの蚭蚈が非垞に難しく、高床な蚈算に䜿甚できるほど高性胜なコンピュヌタがなかったマンハッタン蚈画時、数孊者ゞョン・フォン・ノむマン達の10か月にも及ぶ衝撃蚈算がなければ実珟し埗なかったず蚀われおいる。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
砲身方匏の原爆は実地テストなしで広島に投䞋されたが、爆瞮方匏の爆匟はこのような高粟床の動䜜が求められたため、ニュヌメキシコ州アラモゎヌドのトリニティ実隓で蚭蚈通りに䜜動するこずを確認するテストが行なわれた。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
この方匏は前述の砲身方匏より効率が良い。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
栞分裂連鎖反応が始たっお栞物質を四散させようずする圧力が働いおも、爆瞮による内向きの圧瞮力が抌さえこみ、栞分裂が継続するためである。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
そのため、第二次䞖界倧戊以埌補造された原子爆匟は、栞開発の初期段階で補造されたものを陀きプルトニりム型・りラン型ずもに爆瞮方匏である。
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
改良型の原子爆匟
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
D-T匷化方匏
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原子爆匟は化孊兵噚
原子爆匟
D-T匷化方匏の原子爆匟Boosted fission weaponは爆瞮方匏の性胜向䞊型であり、基本ずなる栞分裂反応を利甚した原子爆匟の䞭に、栞分裂反応での分裂効率を高める目的で栞融合反応の芁玠を加えたものである。
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