1953年4月18日、ネバダ州ネバダ核実験場でアップショット・ノットホール作戦の一環として発射された、出力23キロトンの核実験塔「BADGER」。
グリーンハウス・ジョージの初期の火の​​玉テスト。
アップショット・ノットホール・グラブルテスト（映画）

核爆発とは、高速核反応によるエネルギーの急速な放出の結果として発生する爆発である。駆動反応は核分裂、核融合、あるいは両者の多段階カスケード的組み合わせであるが、現在までに開発された核融合兵器はすべて核分裂装置を用いて核融合を開始しており、純粋な核融合兵器は仮説上の装置に過ぎない。核爆発は核兵器や核実験に利用されている。

核爆発は、従来の（化学）爆発に比べて極めて破壊的である。これは、核燃料のエネルギー密度が化学爆発に比べてはるかに高いためである。キノコ雲は、大規模な大気爆発で発生する可能性があるため、核爆発はキノコ雲と関連付けられることが多い。核爆発は、高レベルの電離放射線と放射性残骸を発生させ、これらは人体に有害であり、爆発範囲からの距離によっては、中度から重度の皮膚火傷、眼障害、放射線病、放射線誘発性癌、さらには死に至ることもある。 [1]核爆発は気候にも有害な影響を与え、その持続期間は数か月から数年に及ぶ。小規模な核戦争では、大気中に十分な量の粒子が放出され、地球が寒冷化し、作物、動物、農業が世界中で消滅する可能性がある。これは「核の冬」と呼ばれる現象である。[2]

歴史

核分裂爆発

最初の人工核爆発は1945年7月16日午前5時50分、米国ニューメキシコ州アラモゴード近郊のトリニティ試験場（現在はホ​​ワイトサンズ・ミサイル実験場として知られている）で発生した。[ 3 ] [ 4 ]この出来事は、爆縮型核分裂原子爆弾の本格的なテストであった。米国陸軍長官への覚書で、レスリー・グローブス将軍は、その威力をTNT火薬15,000～20,000トンに相当したと述べている。[5]このテストに続いて、1945年8月6日、ウラン砲タイプの核爆弾（リトルボーイ）が日本の広島市に投下され、爆発威力は15キロトンであった。また、1945年8月9日にはプルトニウム爆縮型爆弾（ファットマン）が長崎に投下され、爆発威力は21キロトンであった。ファットマンとリトルボーイは、核兵器が戦争行為として使用された歴史上の唯一の例です。

1949年8月29日、ソ連は世界で2番目に核兵器実験に成功した国となった。ソ連が「ファースト・ライトニング」、アメリカが「ジョー1」と名付けたRDS-1は、20キロトンの爆発を引き起こし、本質的にはアメリカのファットマン・プルトニウム爆縮設計のコピーであった。[6]

核融合爆発

熱核融合を伴う最初の爆発は、1951年に米国で行われた重水素と三重水素の混合物を使用したグリーンハウス・ジョージ実験であった。米国初の二段階式熱核兵器「アイビー・マイク」は、1952年11月1日にエニウェトク環礁で爆発し、10メガトンの爆発力を生じた。ソ連で初めて実験された熱核兵器RDS-6s（ジョー-4）は、1953年8月12日にカザフスタンのセミパラチンスク試験場で爆発し、約400キロトンの爆発力を生じた。[7] RDS-6sの設計はスロイカというニックネームが付けられ、エドワード・テラーが米国向けに設計した「目覚まし時計」というニックネームの付いたバージョンと驚くほど類似しており、この核兵器は二段階式兵器であった。最初の爆発は核分裂によって引き起こされ、2番目のより強力な爆発は核融合によって引き起こされた。スロイカの核は、爆発力を高めるために交互に材料が配置された一連の同心球で構成されていました。

増殖

第二次世界大戦後、8カ国が2120回の核実験を実施し、2475発の核兵器が発射された。[8] 1963年、アメリカ合衆国、ソ連、イギリスは部分的核実験禁止条約に署名し、大気圏内、水中、宇宙空間での核兵器実験を控えることを誓約した。この条約は地下実験も認めていた。条約発効後、多くの非核保有国が加盟したが、フランスと中国（いずれも核兵器保有国）は加盟していない。[要出典]

現在までの主な用途は軍事（核兵器など）であり、その他の爆発には次のようなものがあります。

冷戦後

1996年に包括的核実験禁止条約が調印され、1998年にインドとパキスタンが実施した実験を除き、世界的に地下核実験は停止した。

21世紀において、通常核兵器実験を実施している唯一の国は北朝鮮である。北朝鮮はこれまでに6回の実験を実施しており、2006年には核分裂装置の実験を開始し、最近では2017年に二段階核融合装置とみられる実験を行っている。

2019年にロシアで発生したニョノクサ放射線事故では、爆弾実験の他に、1回の核爆発、すなわち核分裂連鎖反応が起こったと考えられています。

さらに、1970年代以降、世界中の様々な慣性閉じ込め核融合施設で、極小核融合爆発が発生しています。純粋な核融合兵器はどの国も保有または研究していないと考えられていますが、これらの実験は核保有国による核兵器備蓄管理の進展につながっています。

核兵器

核兵器は2度、戦闘に投入された。どちらも第二次世界大戦で米国が日本に対して投入したもの。最初の事件は1945年8月6日の朝、米国陸軍航空隊が「リトルボーイ」というコードネームのウラン砲型の爆弾を広島市に投下し、2万人の日本軍戦闘員と2万人の朝鮮人奴隷労働者を含む7万人が死亡した。2度目の事件は3日後、米国陸軍航空隊が「ファットマン」というコードネームのプルトニウム爆縮型の爆弾を長崎市に投下した。この爆弾により、27,778人の日本軍需工場従業員、2,000人の朝鮮人奴隷労働者、150人の日本軍戦闘員を含む39,000人が死亡した。これらの爆撃で合計約109,000人が死亡した。核兵器は、ほとんどの政府によって「抑止力」とみなされている。核兵器が引き起こす破壊の規模の大きさから、戦争における核兵器の使用は躊躇されるようになった。[要出典]

核実験

トリニティ実験以降、核兵器保有国は戦闘を除き約1,700回の核爆発を起こしているが、6回を除いてすべて実験である。このうち6回は平和目的の核爆発だった。核実験は、核兵器の有効性、威力、爆発能力を決定するために行われる実験である。20世紀を通じて、核兵器を開発したほとんどの国が段階的な核実験を行っていた。核兵器の実験により、兵器の仕組みだけでなく、さまざまな条件下での兵器の挙動や、核爆発を受けた際の構造物の挙動に関する情報が得られる。さらに、核実験は科学力や軍事力の指標として使われることが多く、多くの実験は明らかに政治的な意図を持っていた。ほとんどの核兵器国は核実験によって自国の核保有国であることを公に宣言した。核実験は世界中の60以上の場所で行われており、人里離れた地域や人口密集地で行われたものもある。[9]核兵器の爆発（実験または戦争中）は放射性降下物（放射性降下物）を放出し、1950年代には国民の懸念を引き起こしました。これがきっかけとなり、1963年にアメリカ、イギリス、ソ連は部分的核実験禁止条約に署名しました。この条約は、大気圏、宇宙空間、水中での核兵器実験を禁止しました。[10]

核分裂

1996年の包括的核実験禁止条約は、すべての締約国による核爆発を禁止しています。核分裂反応の文脈において、これは米国によって「ゼロ収量」基準として推進されました。

交渉記録は、CTBTが核分裂爆発によるいかなる核分裂収量も認めていないことを明確に示している。1キロトンも、1トンも、1キログラムも、1ミリグラムも核分裂収量は認められていない。[11]

ガーウィンとシモネンコによれば、この条約は原子炉実験を意図しておらず、したがっていかなる実験にも適用されない。これには高速炉の事故実験も含まれ、爆弾実験のように即発中性子と高速中性子の両方を用いた実験も含まれる。「核兵器設計の理解または進歩」が得られない限り、この条約は適用されない。

国立点火施設の実験では、 14MeV中性子が重元素原子核、特に空洞内の劣化ウランを核分裂させるため、非常に小さな核分裂収量が生成されます。[12]

融合

冷戦終結時に設立された米国の核兵器備蓄管理計画は、備蓄核融合兵器の信頼性を継続的に計算および実験的に検証することを規定しました。米国、英国、フランス、ロシア、中国はいずれも、レーザー慣性閉じ込め核融合「ショット」、すなわち小規模な爆縮とそれに続く急速な核融合エネルギー放出（すなわち爆発）に成功しています。

米国の核融合実験計画（SSMP）の構成要素の一つに、1997年に設立された国立点火施設（NIF）がある。1999年、米国エネルギー省はトム・ハーキン上院議員の懸念に応えて、「NIFの実験は核爆発とはみなされない」とし、「慣性閉じ込め核融合を達成するために必要な施設の規模が大きいため、兵器化は不可能である」と述べた。[13] 1998年、プリンストン大学の政策研究者らは「CTBT下における純粋核融合爆発の問題」を発表した。彼らは、10の14乗個を超える中性子の実験と、重水素‐重水素反応に比べて核融合収量を約20倍に高め、ブースト核兵器や熱核兵器の核融合収量の大部分を占めるトリチウムの使用を禁止するよう求めた。 [14]これらは採択されず、核融合収量はそれ以来11,000倍に増加した。

2022年、NIFは3.15MJを達成し、初めて1を超えるエネルギー増加を達成しました。これは、TNT火薬752グラム、つまりダイナマイト3本分の化学爆発に相当し、時間スケールは化学爆発のミリ秒ではなくナノ秒でした。これにより、条約に基づくこのような実験の地位、そして純粋核融合兵器の開発に対する懸念が高まりました。[13]

核爆発の影響

衝撃波と放射線

核兵器の主な効果（爆風と熱放射）は、通常の爆発物と同じ物理的損傷メカニズムですが、核爆発によって生成されるエネルギーは1グラムあたり数百万倍であり、到達温度は数十メガケルビンに達します。核兵器は、放出できる爆発エネルギーの量が膨大であること、そして高温や電離放射線といった様々な効果をもたらすことから、通常の兵器とは大きく異なります。

核爆発の壊滅的な影響は、通常の爆発物のように最初の爆発で止まることはない。核放射線の雲が爆発の爆心地から広がり、熱波が収まった後も生命体に影響を及ぼす。核爆発による人体への健康影響は、最初の衝撃波、放射線被ばく、そして放射性降下物から生じる。最初の衝撃波と放射線被ばくは、爆発直後に発生し、爆発中心からの距離に応じて人体への健康影響は異なる。衝撃波は鼓膜や肺を破裂させ、人を吹き飛ばし、建物を倒壊させることもある。[15]放射線被ばくは最初の爆発時に発生し、放射性降下物の形で長時間継続する可能性がある。放射性降下物による健康影響の主なものは、がんや先天性欠損症である。これは、放射線が細胞に変化を引き起こし、細胞を死滅させたり異常にしたりするためである。[16]いかなる核爆発（あるいは核戦争）も、広範囲にわたる長期にわたる壊滅的な影響を及ぼすであろう。放射能汚染は、多くの世代にわたって遺伝子変異や癌を引き起こすだろう。 [17]

核の冬

核戦争のもう一つの潜在的な壊滅的な影響は「核の冬」と呼ばれている。この考えは1980年代にリチャード・P・ターコ、オーウェン・トゥーン、トーマス・P・アッカーマン、ジェームズ・B・ポラック、カール・セーガンが協力して、地球の天候と気候が核戦争によって深刻な影響を受ける可能性があることを示唆する科学的研究を発表したことで、主流文化に広まった。[18]中心的な考えは、紛争が始まり、侵略者が核兵器を爆発させ始めると、爆発によって核粒子だけでなく地球の表面から小さな粒子が大気中に放出されるというものだ。また、第二次世界大戦末期の広島と長崎で起こったことと同様に、火災が発生して広範囲に及ぶと想定され、その結果、すすやその他の有害な粒子も大気中に放出される。[19]これらの有害な粒子が舞い上がると、対流圏の上層の強い風によって数千キロメートルも運ばれ、最終的には核降下物を運び、地球の放射線収支を変える可能性がある。十分な量の微粒子が大気中に存在すると、それらは雲の凝結核として作用し、地球全体の雲量を増加させます。その結果、太陽からの日射が遮られ、地球規模の寒冷期が始まります。これは、恐竜の絶滅に関する有力な説の一つに似ています。恐竜の絶滅は、大規模な爆発によって微粒子物質が大気中に放出され、気温の低下、酸性雨、そしてKT層を特徴とする地球規模の大惨事を引き起こしたという説です。[20]

参照

参考文献

  1. ^ 「CDC放射線緊急事態｜核爆発に関するよくある質問」www.cdc.gov 2019年4月22日2021年4月29日閲覧。
  2. ^ ルビンソン、ポール (2014年1月2日). 「核の冬の世界的影響：1980年代の米国とソ連における科学と反核抗議」 .冷戦史. 14 (1): 47– 69. doi :10.1080/14682745.2012.759560. ISSN  1468-2745. S2CID  153883165.
  3. ^ 米国エネルギー省. 「トリニティ・サイト - 世界初の核爆発」. Energy.gov 管理局. 2016年12月23日閲覧。
  4. ^ テイラー、アラン（2015年7月16日）「トリニティから70年：核時代の始まりの日」アトランティック誌。 2016年12月23日閲覧。
  5. ^ グローブス、レスリー将軍（1945年7月18日）「ニューメキシコ州における最初の核実験：陸軍長官宛ての覚書、件名：実験」アメリカ陸軍省、PBS.org 。 2016年12月23日閲覧。
  6. ^ 「VENONA日付文書」www.nsa.gov . 2021年4月30日閲覧。
  7. ^ 「ソビエトの核兵器計画」nuclearweaponarchive.org . 2021年4月30日閲覧。
  8. ^ Yang, Xiaoping; North, Robert; Romney, Carl; Richards, Paul G. (2000年8月)、Worldwide Nuclear Explosions (PDF) 、 2013年12月31日閲覧。
  9. ^ 「核実験の遺産」ICAN . 2021年4月29日閲覧。
  10. ^ 「私たちの文書 - 核実験禁止条約（1963年）」www.ourdocuments.gov . 2021年4月9日. 2021年4月29日閲覧。
  11. ^ ロートブラット、ジョセフ、ブラックビー、フランク (2021年9月16日). 『核兵器：ゼロへの道』 ニューヨーク: ラウトレッジ. doi :10.4324/9780429040375. ISBN 978-0-429-04037-5。
  12. ^ Hayes, AC; Jungman, Gerard; Martin, JD; Rusev, G.; Loomis, EN; Kot, L.; Geppert-Kleinrath, H.; Jeet, Justin; Velsko, CA (2025-03-01). 「劣化ウラン箔実験を用いた国立点火施設における核分裂収量の定量化」AIP Advances . 15 (3). Bibcode :2025AIPA...15c5001H. doi : 10.1063/5.0230566 . ISSN  2158-3226.
  13. ^ ab Makhijani, Arjun (2024年12月13日). 「核融合エネルギー研究と爆弾のエンタングルメント」Bulletin of the Atomic Sc​​ientists . 2025年2月10日閲覧。
  14. ^ ジョーンズ, スザンヌ L.; フォン・ヒッペル, フランク N. (1998). 「CTBT下における純粋核融合爆発の問題」.サイエンス＆グローバルセキュリティ. 7 (2). Informa UK Limited: 129– 150. Bibcode :1998S&GS....7..129J. doi :10.1080/08929889808426452. ISSN  0892-9882.
  15. ^ 核地球貫通兵器およびその他の兵器の影響。2005年9月6日。doi : 10.17226 /11282。ISBN 978-0-309-09673-7。
  16. ^ 「核放射性降下物による人体への影響」large.stanford.edu . 2021年4月29日閲覧。
  17. ^ マルコム・フレーザーとティルマン・ラフ。2015年は核兵器禁止の年である、 The Age、2015年2月19日。
  18. ^ Turco, RP; Toon, OB; Ackerman, TP; Pollack, JB; Sagan, Carl (1983-12-23). 「核の冬：多重核爆発の地球規模の影響」 . Science . 222 (4630): 1283– 1292. Bibcode :1983Sci...222.1283T. doi :10.1126/science.222.4630.1283. ISSN  0036-8075. PMID  17773320. S2CID  45515251.
  19. ^ 「放射線量の再構築：1945～1946年の広島・長崎における米軍占領軍」（PDF） 2006年6月24日。 2006年6月24日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2021年4月30日閲覧。
  20. ^ 「KT種の絶滅」ucmp.berkeley.edu . 2021年4月30日閲覧。
  • ビデオ – 核爆発のパワー比較
  • NUKEMAP2.7（様々な都市における様々な威力の核爆発の影響のモデリング）