人気ブログランキング |

by and by yumimi61.exblog.jp

2016年 11月 28日 ( 2 )

恋は好奇心、愛は無関心。
知りたいと思うのが恋、知らなくてもよいと思うのが愛。
興味を抱くのが恋、物体を抱くのが愛。

「恋に落ちるのに理由がいる?」
「・・・・・・」
「愛を継続するのに理由がいる?」
「・・・・・・」
「爆弾を落とすのに理由がいる?」
「・・・・・・」
「イラン?ねえイラン?」



エネルギー差がないと運動や仕事は出来ない。だから人間は工夫してあえて差を作り運動や仕事を取り出している。
エネルギー差とは何かと言えば、多くの場合、熱(温度)の差である。
熱が高い所から低い所へ向かう性質を利用している。
そこでまず熱が高い状態を作らなければならない。
それが燃料だったり爆薬だったりするわけだ。
石炭・石油・天然ガス・太陽熱などエネルギー資源はみな熱が高いという状態を作り出すのに必要なもの。
水力発電は位置エネルギーを利用したもの。風力発電は風の運動エネルギーを利用している。

熱が高い状態を作り出すエネルギー資源は無限ではない。まずここに大きな問題がある。
また作り出した熱を運動エネルギーに変えるまでに多くの熱が棄てられてしまう。運動中にも棄てる。
熱効率100%の熱機関はない。何故かと言えば、熱は常に元に戻ろうとしているからである。
高い所から低い所へ向かう性質を利用して運動(仕事)を取り出すわけだが、高い所から低い所へ向かうという性質は絶えず有効なためロスにも繋がっている。同じ性質から起こることなのでこのロスは避けようがない。
なるべくロスが少なくなるような工夫をしてはいるが、かなりの熱を棄てざるを得ないのが現実。

人間の生活は、とくに近代の人間の生活は、熱エネルギーに縛られている。
熱エネルギーがなければ一瞬たりとも生活が回っていかない。
地中から資源を掘り上げ、熱を地上にばら撒いている。
原子力(核分裂)の何が魅力的だったかと言えば、取り出せるエネルギーが結合エネルギーだったこと。
熱エネルギーからの解放が期待できた。


人々は夢のエネルギーを追いかけてきた。
その中には「水蒸気爆発」や「酸水素ガス爆発(燃焼)」もあった。
爆発からは運動エネルギーが取り出せる。
爆発には至らせず燃焼を持続できるようならば熱エネルギーとなる。

・「水蒸気爆発」は、水が非常に高い温度の物質と接触して気化し爆発するもの。
常圧(1気圧)で水(液体)が水蒸気(気体)になると、体積は1700倍にも増大するため、爆発に至る。

・「酸水素ガス爆発(燃焼)」は、水素2容積と酸素1容積との混合気体(爆鳴気)に点火して爆発を起こすもの。爆音を発し大量の熱を発する。

体積が一定という条件のもとで水蒸気の温度を上げていくと、水素と酸素の化合物である水蒸気(H2O)が水素(H2)と酸素(O2)に分かれてしまう(更に温度を上げ続けるとプラズマ)ということを前述したが、エネルギー利用の場合には電気分解して水素と酸素に分ける。

酸水素ガスは温度が発火点になると自発的に燃焼する。酸素と水素が 1:2 の混合ガス(水素爆鳴気)は、常圧において発火点が約 570 °C となる。そのような混合気体へ着火するのに必要なスパークの最小エネルギーは、約20マイクロジュールである。常温常圧では、水素が体積の4%から95%を占めている場合、酸水素ガスは燃焼可能である。

ひとたび着火すると、この混合気体は発熱反応により水蒸気へと変わり、その発熱によって反応が持続する。1モルの水素の燃焼につき 241.8 kJ のエネルギー(低発熱量)を発生する。発生する熱エネルギーの量は燃焼の形式に影響されないが、炎の温度は変化する。酸素と水素の組成を正確に調整すると炎は最高で約 2800 °C となり、大気中で水素ガスを燃やしたときより 700 °C 高い。混合比率が 2:1 でない場合や、窒素のような不活性気体が混ざっている場合、熱がより大きな体積へ拡散するため、温度が低くなる。

2:1 の正規組成の酸水素ガスは、水の電気分解で生成できる。これは電流によって水分子を次のように分解するものである。
1800年、ウィリアム・ニコルソンが初めてこの方式で水を分解した。酸水素ガスを生成するのに要するエネルギーは、常にその燃焼によって得られるエネルギーよりも多い。


しかしながら結局のところ、水蒸気爆発も物質を高温にするのにエネルギー(燃料)が必要である。
さらに気化する時には気化熱が奪われるため、連続で起こしエネルギーを取り出すような場合、効率が悪い。酸水素ガス爆発(燃焼)も上記に書いてある通り、酸水素ガスを生成するのに要するエネルギーが燃焼によって得られるエネルギーよりも多い。
どこにでもある(?)水を利用する事で夢を叶えようとしたわけだが、そう簡単なことではなかった。
ただ酸水素ガス(ブラウンガス)は今でも利用価値があるとして(夢のエネルギーとして)研究が続けられているようだ。
by yumimi61 | 2016-11-28 12:43
プルトニウム爆弾の最大の特徴は爆縮レンズと呼ばれるもの。
爆薬にて全方向から均一に内側に圧力をかける。
そして最大の謎もここにある。
搭載された放射性物質(ウラン238→→プルトニウム239)を何故に圧縮するのだろうか?

確実に核分裂反応を起こし、超臨界状態にするために、周囲から強い力をかけて中心部を圧縮する必要がある。

どうして確実に核分裂を起こし超臨界状態にするために圧縮が必要なのかが分からない。
調べてみたがどれも上記のような記述しか出てこない。
つまり圧縮すると何故確実に核分裂が起こり超臨界状態になるかという具体的な説明がない。
そんな中ひとつ「密度」に言及していたものを見つけた。
圧縮すると密度が高くなるので超臨界状態になるというようなことだった。
それと直接関係あるのか分からないがプルトニウムが少ない量で済むというようなことも書いてあった。

前に散々書いたが、爆弾の中にはプルトニウム239という放射性物質単体が存在するわけではなく、種々の放射性物質(核種)が混合した状態になる。これは避けようがない。
従ってプルトニウム239だけに注目すれば、プルトニウム239の密度はどうしたって低くなる(総量は少なくなる)。
計算で弾き出した臨界量を確保するためには、その何倍ものウラン238が必要になってくる。
これは圧縮すれば解決することだろうか?
圧縮すれば密度は高くなる。場の大きさが変わったからだ。でも総量は変わらない。

そこで密度について考えてみたい。
空気の入ったシリンダー(注射筒)をピストンで押していくと、体積がだんだん小さくなってきて、分子密度が高くなる。
例えば、朝のラッシュ時の満員電車の一両。これは人の密度が非常に高い状態。
満員電車の一両をどこか別の場所に持って行って、空の車両を前後に連結し、人をばらけさせる。すると密度は低くなる。乗っている人の数は変わっていない。
これらの電車内でバトン渡しを行う。(バトンは中性子、人がプルトニウム239)
人の密度が非常に高い満員電車の一両は人と人との間が近いからバトンが渡しやすい(核分裂連鎖が起きやすい)、前後に連結した電車は人の密度が低いのでバトンが渡しにくい(核分裂連鎖が起こりにくい)、このような考え方をしているともとれるが果たしてそうだろうか?

電車の一両には男性と女性の両方がいる。そのうち女性をプルトニウム239とする。バトンは女性に渡す必要がある。
朝のラッシュ時の満員電車の一両と、前後に連結して人をばらけさせた三両ではどちらがバトンが渡しやすいかという話である。
爆弾の段階にくると中性子減速の話がすっかり消えてしまっていて、減速させたのかさせていないのか分からないが、減速の場合には手渡しで、高速の場合には投げて渡すことにしよう。落ちたものも拾える。
間で男性がバトンを繋いで渡してくれるということはない。
男性に渡ったり、男性が拾ってしまった場合には、成功にカウント出来ない。
さてそれぞれどちらがバトンが渡しやすい?また確実に渡る確率はどちらが高い?

圧縮は不確定要素を増やすだけで核分裂反応連鎖の確実性への寄与はない。
圧縮は爆弾内部において点火後に行われるわけだから、体積を小さくして爆弾を小型化しようという意図で行っているわけではないことは確か。むしろ圧縮のために大量の火薬を積んで大型化してしまっている。
大量の爆薬を積んだ爆弾なのだから、爆発を内部ではなく外部に向かわせれば、普通の爆弾として十分威力を発揮する。
もしも爆弾に放射性物質も詰め込んでおけば爆発時に拡散させることは可能である。この場合には核分裂とは全く関係ない「汚い爆弾」である。
「汚い爆弾」の場合には初期放射線は問題にならない。
大量の放射線が一か所から急激に放射されるいうことがないからである。
広島や長崎の被害として伝えられているようなことは起こらない。
四方八方に散らばった放射性物質が崩壊していく過程において放射線を放射するのでそれを浴びる可能性はある。また放射性物質を体内に取り込んでしまう内部被爆も考えられる。


普通の爆弾として十分威力を発揮すると書いたが、広島と長崎への原爆投下の大きな特徴として空中爆発させたという点がある。
爆弾の目的は目標物の破壊。
従って通常当然目標物を狙う。
上空から投下するのに目視で投下したのではどうしたって誤差がでてずれてしまう。
投下位置の高度が高くなればなるほど命中率は下がる。
確実性を高めるためには爆撃照準器を使用する。
高度・速度・風速・風向・方向などを入力すると適切な投下位置を知らせてくれる優れもの。とはいってもやはり照準器の精度による。
心許ない時は数打ちゃ当たる的に爆弾の雨を降らすことになる。
その他、急降下投下という方法もある。投下地点付近で急降下して目標物に出来る限り近づいて投下するもの。爆撃機の質とパイロットの技術が求められる上に、近づくので当然迎撃率も高くなる。
もうひとつが爆弾誘導。目標物を自ら目がけていける爆弾。
空中爆発は「空気が目標物か!」ということになりかねない。普通ではないのだ。


ここで注目したいのが燃料気化爆弾(サーモバリック爆弾)である。
燃料気化爆弾(ねんりょうきかばくだん、Fuel-Air Explosive Bomb, FAEBまたはFAX)は、爆弾の一種である。なお、日本では「燃料」が抜けて、単に気化爆弾とも呼ばれる。
燃料気化爆弾というのは主に日本で定着しているが本来は誤った呼称であり、軍事上の正式名称はサーモバリック爆弾(Thermobaric)である。サーモバリックとはギリシャ語の熱を意味するthermosと圧力を意味するbaroを組み合わせた造語である。

研究は第二次世界大戦中のドイツで始まっているが、ドイツの敗戦によっていったん途切れ、実用化されたのは1980年代である。

燃料気化爆弾は、火薬ではなく酸化エチレン、酸化プロピレンなどの燃料を一次爆薬で加圧沸騰させ、BLEVEという現象を起こさせることで空中に散布する。燃料の散布はポンプなどによるものではなく、燃料自身の急激な相変化によって行われるため、秒速2,000mもの速度で拡散する。このため、数百kgの燃料であっても放出に要する時間は100ミリ秒に満たないと言われている。
爆弾が時速数百kmで自由落下しながらでも瞬間的に広範囲に燃料を散布できるのはこのためである。燃料の散布が完了して燃料の蒸気雲が形成されると着火して自由空間蒸気雲爆発をおこさせることで爆弾としての破壊力を発揮する。
都市ガスによるガス爆発事故のように、爆鳴気の爆発は空間爆発であって強大な衝撃波を発生させ、12気圧に達する圧力と2,500-3,000°Cの高温を発生させる。

燃料気化爆弾の破壊力の秘訣は爆速でも猛度でも高熱でもなく、爆轟圧力の正圧保持時間の長さにある。つまり、TNTなどの固体爆薬だと一瞬でしかない爆風が「長い間」「連続して」「全方位から」襲ってくるところにあると言って良い。燃料気化爆弾による傷は爆薬によるものとは異なった様相を見せる。これは、燃料気化爆弾が金属破片を撒き散らさないで爆風だけで被害を与えるためである。

起爆プロセス
1.航空機などから投下され一定の高度に達すると信管が作動する。
2.信管が作動するとRDXなどの一次爆薬が起爆して液体燃料を加圧沸騰させる。沸騰した液体燃料は耐圧容器に密閉されているため高温になっても気化することができず、高温高圧の液体の状態でいる。
3.圧力が限界点に達した瞬間に放出弁が開き、急激な圧力低下によって液体燃料が蒸発して秒速2,000メートルもの高速で噴出する。このような現象をBLEVEと呼ぶ。
4.液体燃料が蒸発して蒸気雲が形成されると、これに着火して自由空間蒸気雲爆発を起こさせる。

この間(2.以降)、わずか0.3秒前後である



by yumimi61 | 2016-11-28 11:32