独断偏見妄言録 China's Threat

中国は人類の命運を左右する21世紀最大の不安定要因

核兵器の原理と内部構造

2013年12月11日 17時45分24秒 | 軍事
自称平和主義者あるいはキュージョー教徒は「核兵器廃絶」とか「再び戦争ができる国にしてはいけない」という理想論を叫ぶ。他方で、中国共産党は核兵器廃絶に無関心であり、核兵器の増強を止めようとせず、軍備拡張に狂奔するという現実がある。
自称平和主義者あるいはキュージョー教徒は日本には核兵器廃絶を要求し、中国の現実は容認する。そこから導かれるのは、彼我の戦力バランスの崩れにより引き起こされる戦争に他ならない。
要するに、自称平和主義者あるいはキュージョー教徒こそ「戦争屋」だという逆説が成り立つ。

(注)2018年7月26日追記:
中国は建国100年の節目である2049年までに世界を征服するという隠れた目標を持っている。
China 2049” マイケル・ピルズベリー (著), 森本 敏 (解説)
最近中国が南シナ海や一帯一路や中国製造2025などでその侵略意図を隠さなくなったため、米国の警戒心を呼び起こし、貿易戦争が勃発した。トランプが貿易戦争を仕掛けた本当の目的は中国弱体化にあると見るべきだろう。
中国による日本侵略は世界征服への一里塚なのであり、日本が中国の属国になることを甘受するか、核攻撃の脅しに屈服して無条件降伏しない限り、日中戦争は避けがたいと覚悟しなければならない。
自称平和主義者は、中国との友好関係を強化することで日中双方の敵意が解消され、平和を維持できると主張する。しかし、中国の日本侵略の意図は感情に基づくものではないので、友好関係構築は戦争防止のための助けにはならない。

たとえ中国の属国になることで戦争を回避するとしても、平穏な日常が戻るわけではない。中国人は激しい反日感情を植え付けられており、征服した日本人を民族浄化により抹殺しようとするだろう。チベットやウイグルよりも悲惨な運命が待っているのだ。したがって、私達には中国の侵略意図を断固としてくじくしか生き残りの道は残されていないのである。


私自身は真の平和主義者と自負するが、核武装論者でもある。
両者は矛盾しない。
残念ながら、核戦力を加えた総合戦力では中国は日本に対して圧倒的な優位にある。中国の高級軍人から一般大衆に至るまでそのことを意識しており、「日本人を核攻撃により皆殺しにせよ」と叫ぶ者もいる。
http://blog.goo.ne.jp/stopchina/e/af6dea35bc1cf9533ba981ec73fc2565
最近の防空識別圏騒動で明らかになったように、米軍にはしごを外される恐れがつきまとうから、日米同盟強化は大いに結構だが、それに頼り切ることはできない。戦争を防ぐには独自核武装による自主防衛力強化以外の手段は存在しない。
戦力バランスの回復が戦争を防ぐ唯一の道であり、外交交渉はあくまで従属的なものにすぎないと認識すべきだ。

こういうことから、核武装論者こそ真の平和主義者と呼ぶにふさわしいのだ。

だが、核武装に賛成する諸君といえども、必ずしも核兵器について豊富な知識を持っているわけではなかろう。
以前水爆の内部構造についてブログに書いたが、ここでは核兵器の原理や内部構造について広範な情報を集めたので紹介する。いずれも秘密情報ではなく、ネット上で入手できるものばかりだ。
核武装論者のご参考になれば幸いである。


原子爆弾(原爆)atomic bomb、A-bomb
ウラン235(U-235)またはプルトニウム239などの核分裂により膨大なエネルギーが放出されることを利用した爆弾。
エネルギー量は特殊相対性理論から導かれたアインシュタインの式
   E = mc^2
   m 核分裂反応に伴って減少する質量
   c 光の速度
により与えられる。
原子爆弾の構造は単純である。本質的には、臨界量以下に分割した核分裂性物質の塊を瞬間的に集合させて臨界質量以上にする。そこに中性子を照射して連鎖反応の超臨界状態を作り出し、莫大なエネルギーを放出させる、というものである。
瞬間的に集合させる理由は、核分裂エネルギーを効率よく放出させるためである。もしゆっくりと集合させるならば、ある程度接近したところで自発核分裂による発熱が始まり、超臨界に達する以前にバラバラに吹き飛んで不完全な爆発で終わってしまう。ウラン爆弾では砲身方式が採用されるが、プルトニウム爆弾では自発核分裂の確率が高く、より急速な集合が可能な爆縮方式が採用される。



ウラン Uran、uranium
天然ウランには、核分裂を起こさないウラン238(238U)が99.3%、核分裂を起こすウラン235(235U)が0.7%含まれている。
ウラン235の割合が高められた濃縮ウランのうち、20%以下を低濃縮ウラン、20%超を高濃縮ウランと呼ぶ。濃縮度3%から5%の低濃縮ウランは原子炉の核燃料として、濃縮度90%を超える高濃縮ウランは兵器用の核燃料として使用される。
砲身方式においてウラン原爆の臨界量は100%ウラン235の金属で22kgとされている。
ウラン235を用いた爆縮方式の原爆も可能である。

プルトニウム Plutonium
原子炉において、ウラン238が中性子を捕獲してウラン239となり、それがβ崩壊してネプツニウム239になり、更にそれがβ崩壊してプルトニウム239ができる(原子炉内では他のプルトニウム同位体も多数できる)。
プルトニウムは主に核兵器の原料や、プルサーマル発電におけるMOX燃料として使用される。
239Pu の中に不純物として20 % 240Pu が含まれると、爆縮(インプロージョン)型核兵器の中で分裂連鎖反応が受容しがたいほど早く始まり、その材料がほとんど核分裂しない間にその兵器をばらばらに吹き飛ばしてしまう(過早爆発)。
インプロージョン型核兵器であっても240Pu 10 %以下にせねばならず、軽水炉ではそれが達成困難なので、核兵器製造には黒鉛炉、重水炉、および高速増殖炉が使用される。
239Pu の同位対比が約90 %を越えるプルトニウムを兵器級プルトニウムと呼ぶ。

ウラン238に対する中性子照射期間が長いほど「ウラン238が中性子を吸収してプルトニウム239になる反応」だけでなく「プルトニウム239が再度中性子を吸収してプルトニウム240に変化してしまう反応」が進んでしまう。商業用原子炉(原子力発電所)で一般的な軽水炉は、運転しながら燃料交換できないため、照射時間 が長くなり、プルトニウム239の純度の高い「兵器級プルトニウム」を生産できず、兵器性能を著しく低下させるプルトニウム240の割合が高い「原子炉級プルトニウム」しか生産できない。つまり日本が保有する大量の原子炉級プルトニウムは核兵器を作るのに適さない。
一方、高速増殖炉「もんじゅ」は停止するまでの1年半の間に濃縮度96%以上のプルトニウム239がおよそ60kg程度生じていたと考えられ、プルトニウム240などの不純物を混ぜることで軍事転用への懸念を回避したかどうか、明らかにはなっていない。
核兵器を作るのに必要なプルトニウムは1.5~10kg程度とされるので、日本は原爆10個分相当の兵器級プルトニウムを保有しているのかもしれない。


砲身型原爆の構造
ガンバレル型ともいう。
広島に投下されたウラン原爆リトルボーイlittle boyはこの方式。
1945年8月6日午前8時15分(日本時間) - 広島県広島市の上空高度9,600mから投下され、細工町(現:広島市中区大手町)の島病院上空約600m(500mとも言われる)で爆発した。

二分されたパイプの両端に置かれたウラン235の塊の一方を火薬の爆発力でもう一方のウラン塊にぶつけ、臨界量を超過させて起爆するガンバレル型(砲身方式)である。
Little boy は積載されたウラン50kgのうち、1kgが核分裂反応を起こしたと推定されている。核出力はTNT換算で約15kt(5.5 × 1013ジュール)であった。

後方に置かれたTNT火薬の爆発によりU-235-A が砲身中を飛び、U-235-B の凹部と合体して臨界質量を超えて爆発に至る。

完成したガンバレル型の原子爆弾は、推進薬に点火すると必ず核爆発を起こしてしまうため、フェイルセーフが存在しない。このように、安全性に問題があるため開発中止になった。


爆縮型原爆の構造
インプロージョン型 implosionともいう。
1945年8月9日に長崎市に投下されたプルトニウム原爆ファットマンFat manはこの方式。
中空の球形にしたプルトニウム(大きさはソフトボール程度)の周囲に火薬を置き、これを爆発させて圧縮(爆縮)してピンポン玉程度の大きさにすることで超臨界状態にする方式である。
この爆縮には通常火薬を用いるが、高度な技術が必要であり、マンハッタン計画では数多くの実験が行われた。

爆縮には、火薬が燃焼した時に発生する衝撃波を用いる方法が考案されたが、中心に球形のプルトニウムを置き、その周囲を火薬でぐるりと包み込んで、電気仕掛けで複数の位置から点火しただけでは、それぞれの点火位置から最も近いプルトニウムだけに力(圧縮力)が先に到達してしまい、核分裂反応が発生しない。また、圧縮力の到達にむ らが生じると、プルトニウムもろとも木っ端微塵に飛び散ってしまうため、プルトニウムの周囲全体に均等な力を同時にかけ、圧縮力が逃げないようにすること が必要とされた。

インプロージョン方式の模式図



マンハッタン計画の科学者らは、爆破加工に用いられていた爆薬レンズを応用し、燃焼速度の速い火薬と遅い火薬を組み合わせる方法を考えた。
球形のプルトニウムの周囲を火薬で包むという構造は同じだが、前述のように点火位置に近いプルトニウムだけ先に衝撃が伝わる事を防ぐために、遅い火 薬をコブ状に追加した。これにより、点火位置の近くで先に伝わってしまう圧縮力が、速度の遅い火薬のコブで減速され、少し遅れてプルトニウムに到達するよ うになる。逆に、点火から離れた位置では速い火薬が多くなっているため、圧縮力が高速で伝わるようになり、球形のプルトニウムの全ての位置で、圧縮力と伝 わるタイミングが一致するようになった。
この圧縮力の伝わり方がレンズの中の光に似ているため、爆縮レンズと呼ばれた。

爆縮レンズの構造



1. AN 219 接地式の起爆装置AN 219 destruct fuse
2. 対地測距用アンテナArchie radar antenna
3. 電源Plate with batteries (to detonate charge surrounding nuclear components)
4. 起爆用コンデンサーX-Unit, a firing set placed near the charge
5. 爆弾の前後の楕円部分を固定しているヒンジHinge fixing the two ellipsoidal parts of the bomb
6. プルトニウムと爆縮レンズ
7. 対地測距用レーダーと起爆用タイマーなどの制御装置Plate with instruments (radars, baroswitches and timers)
8. 起爆制御装置Barotube collector
9. 尾翼(20インチのアルミニウム製)California Parachute tail (aluminium)


A. 起爆電橋線型雷管 32個
B. コンポジションB(早い爆薬) 32個
C. バラトール(遅い爆薬) 32個
D. コンポジションB(早い爆薬) 32個
E. 取り外し可能なアルミニウム合金の蓋
F. アルミニウム合金プッシャー
G. 天然ウラン(U-238)で出来た中性子反射体(Neutorn Reflector) 兼 タンパー(Tamper)
H. プルトニウムの塊
I. コルク製の外殻
J. 7個の部品から構成されるアルミニウム製の外殻
K. アルミニウム合金プッシャーを固定するためのキャップ
L. 中性子点火器Polonium-Beryllium Initiator
M. 天然ウラン(U-238)
N. ホウ素合金のカバー
O. フェルト樹脂

2019/12/3 補足:
上記記述中の中性子点火器Polonium-Beryllium Initiatorについて詳細は下記を参照されたい。
Modulated neutron initiator
https://en.wikipedia.org/wiki/Modulated_neutron_initiator
爆縮のタイミングで中性子を大量に発生させる装置であり、plutonium pitの中心に設置される。
beryllium-9 と polonium-210により構成される。



この写真からFat man の大きさがおおまかに推定できる

Declassified Photos Show The US's Final Preparations For The Nuclear Attacks On Hiroshima And Nagasaki
http://www.businessinsider.com/atomic-bombs-declassified-photos-2014-10

水素爆弾(水爆)hydrogen bomb (H-bomb)

原子爆弾を起爆装置として用い、この核分裂反応で発生する放射線と超高温、超高圧を利用して、水素の同位体の重水素や三重水素(トリチウム)の核融合反応を誘発し莫大なエネルギーを放出させる。高温による核融合反応(熱核反応)を起こすことから「熱核爆弾」や「熱核兵器」とも呼ばれる。一般に核出力は原爆をはるかに上回る。

エドワード・テラー(Edward Teller)とスタニスワフ・ウラム(Stanislaw Ulam)が水爆の基本的設計を行なった。その時の設計がテラー・ウラム型(Teller–Ulam configuration)として今も標準的な水爆の基本設計とされている。 まず、図の上部の核分裂爆弾=原爆を爆発させ、その高温高圧を利用して図の下部の水素リチウム核物質に核融合反応を起こさせる。核融合反応を足すことで核 分裂反応に比べて1桁~3桁ほど大きなエネルギーが取り出せる。

一端に原子爆弾Fssion bombが置かれる(Primary)。
円筒部分には、外層に圧縮材としてのウラン238 Uranium tamper、中間層に主役の核融合物質としての重水素化リチウムFusion fuel、中心に更なる熱源としてのプルトニウム239 Fissile sparkplugよりなる3層の物質が置かれる(Secondary)。

第1段階:原子爆弾の起爆と核分裂による放射
原子爆弾が起爆されると、その核反応により放出された強力なX線とガンマ線、中性子線 が直接や弾殻の球面に反射してもう一方の核融合部分に照射される。照射されたX線は核融合物質周辺のスチレン重合体などを瞬時にプラズマ化させ、高温高圧 となって円筒部の中心に位置する3層の核融合部分を圧縮する。ウラン238が推進効果で核融合物質としての重水素化リチウムを中心へ圧縮すると同時に中心 軸のプルトニウム239がガンマ線と中性子線の照射を受ける。プルトニウム239が核分裂反応を起こすことで中心部からも重水素化リチウムを圧縮する。

第2段階:核融合の開始
超高温超高密度に圧縮された重水素化リチウムはやがてローソン条件を満たし、核融合反応を起こす。

ローソン条件
《Lawson criterion》重水素と三重水素によるレーザー核融合に必要なプラズマに対する三つの条件。1億度の超高温を、1立方センチあたり100兆個の超高密度で、1秒間維持すること。


第3段階:水素爆弾の爆発
核融合によって放たれた高速中性子がウラン合金製のタンパーに到達し、核分裂を開始させる。このプロセスを最後にケーシングは完全に消滅し、核爆発となる。通常水爆の核出力の大部分はこの核分裂のエネルギーによって得られる。

核反応物質
核融合爆弾の主なエネルギー源となるのは重水素と三重水素である。重水素は自然界の水の中に5000分の1の割合で含まれており抽出が比較的容易で あり、三重水素の原料となるリチウムも入手が容易である。水爆では、まず起爆薬としての原爆により高温高圧の環境を作り、中性子によるウランの反応も関与 して、重水素とリチウムの混合物の核融合を導くという2段階の方法をとる。この水素爆弾で使われる核融合物質は熱核材料と呼ばれる。
重水素と共に用いられるリチウムが、原爆から発生する中性子により三重水素に核種変化するので、重水素化リチウムを使用した水爆では三重水素は不要になる。リチウムの原子核に中性子を当てるとヘリウム4と三重水素の原子核が形成される。


純粋水爆 (Pure-hydrogen bomb)

純粋水爆は原爆を引き金としない水爆であり、現状では空想的な技術にすぎない。
核分裂反応による放射性降下物(フォールアウト)が生成されず、残留放射能が格段に減ることから、きれいな水爆と呼ばれる。
1952年から1992年までの40年間にわたってアメリカで研究が行われたが、1992年に開発を事実上断念した。2011年時点ではこの種の兵器の開発は成功していない。
日本も批准している包括的核実験禁止条約(CTBT)には抜け道があり、純粋水爆の実験は可能との議論もあるようだが、最大の難関はレーザー装置の小型化にあるらしい。アメリカでは小型化研究のための複数の小規模プロジェクトが進行中という(NYT 1997年)。
http://www.nytimes.com/1997/05/27/science/fusion-research-prompts-fears-of-future-bombs.html?pagewanted=all&src=pm

私はこの分野ではド素人だが、あえて純粋水爆の開発を提案した。
詳細はこちら。
http://blog.goo.ne.jp/stopchina/e/cfadefa17a3b3d6d293b391283bd4771

水素爆弾の中心部には重水素と三重水素(あるいは重水素化Liと三重水素化Liなどの固体)を満たした内容積0.1~10リットル程度の鋼球が据えられる。
鋼球外部に数十個のレーザー・ビーム発射装置を、ビームが鋼球の中心の一点に集中するように設置する。これにより鋼球中心の温度が1億度を越えるとともに核融合が開始され、拡大し、爆発に至る。
レーザー・ビーム発射装置の電源としてはスーパーキャパシタ(電気二重層コンデンサ)を使用する。これを鋼球の周囲に数千~数万個充填する。
スーパーキャパシタは物理的に大量の電気を貯蔵するものであり、急速放電が可能なことが最大の利点だ。
スーパーキャパシタはすでにフォークリフトの動力源などとして実用化されている。


<2014年2月24日>

長崎への原爆投下の模様を詳細に記録した動画を見つけた。
http://www.businessinsider.com/nagasaki-raw-video-2014-2





最新の核兵器情報:
米国はスマート核爆弾を開発した(動画あり)
U.S. ready for nuclear 'smart' bomb

http://video.cnbc.com/gallery/?video=3000543422&play=1
B61-12 は米国初のスマート核爆弾であり、精密誘導が可能である。2020年から本格生産が始まる。



<2018年8月6日>

もんじゅ
監視カメラ曇る 燃料取り出し工程に遅れも

2018年8月3日
毎日新聞
日本原子力研究開発機構が廃炉手続きを進める高速増殖原型炉もんじゅ(福井県)について、燃料取り出し工程を確かめる試験中に監視カメラのレンズが水蒸気で曇るトラブルが起こり、機構が対応に追われている。8月中にも本格的な廃炉作業に着手する予定だが、問題解決に時間がかかり、今後の計画に影響する可能性も出てきた。 (後略)

まだ取り出していなかったんだ。知らなかった。
プルトニウム240を混合して軍事転用できないようにするのはやめてほしい。しばらく取り出しを見合わせるべき。


<2018年8月30日>

きょう核燃料取り出し開始 「もんじゅ」廃炉へ第1歩
8/30(木) 6:32配信
Yahooニュース
今後は、炉心の近くにある貯蔵槽から1日1体を目安に核燃料体を取り出し、年末までに100体を抜き出す計画。


コメント
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