TNT相当量

TNT当量とは、エネルギーを表す慣習であり、通常は爆発で放出されるエネルギーを表すのに使用されます。TNT当量トンは、慣習によって定義されたエネルギーの単位です。4.184ギガジュール （1ギガカロリー ）。^{[ 1 ]}これは、 1メートルトン（メガグラム）のトリニトロトルエン（TNT）の爆発で放出されるおおよそのエネルギーです。言い換えれば、1グラムのTNTが爆発すると、4.184キロジュール （または4184ジュール）のエネルギーが放出されます。この慣習は、イベントの破壊力を従来の爆発物と比較することを目的としており、TNTはその典型的な例ですが、ダイナマイトなどの他の従来の爆発物にはより多くのエネルギーが含まれています。関連する概念は、物理量であるTNT相当質量（またはTNT相当質量）^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}で、通常の質量の単位とその倍数、キログラム（kg）、メガグラム（Mg）、トン（t）などで表されます。

この単位は、核兵器の威力を表すために日常的に使用されています。1945年の広島と長崎への原爆投下では、リトルボーイとファットマン爆弾が使用され、それぞれの威力は15キロトンと20キロトンでした。 ^{[ 6 ]}核軍拡競争の間、メガトン級の威力を持つ熱核兵器が開発されました。これまでに実験された最大の核兵器は、 50メガトンのツァーリ・ボンバでした。^{[ 7 ]} 10メガトンを超える核実験はごくわずかでした。現代の戦略核兵器の威力は少なくとも100キロトンです。^{[ 8 ]}

「キロトン（TNT換算）」は、4.184テラジュール（4.184 × 10 ¹²  J ) ^{[ 1 ]} 1キロトンのTNTは、一辺が8.46メートル（27.8フィート）のTNTの立方体としてイメージできます。 

「メガトン（TNT換算）」は、4.184ペタジュール（4.184 × 10 ¹⁵  J ) ^{[ 1 ]}

キロトンおよびメガトンのTNT換算値は、従来、核兵器のエネルギー出力、ひいては破壊力を表すために用いられてきた。TNT換算値は様々な核兵器管理条約に登場し、小惑星衝突で放出されるエネルギーを特徴づけるためにも用いられてきた。

TNT相当値の代替値は、比較対象の特性と、2つの爆発プロセスで値が測定されるタイミングに応じて計算できます。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

例えば、エネルギー収量で比較する場合、爆発物のエネルギーは通常、化学的な目的で、爆発によって生じる熱力学的仕事として表されます。TNTの場合、これは多数の空気爆発実験から4,686 J/gと正確に測定されており 、理論的には4,853  J/gと計算されています。^{[ 13 ]}

しかし、この基準に基づいても、大型核兵器とTNT爆発の実際のエネルギー収量を比較することは、やや不正確になる可能性がある。小型のTNT爆発、特に屋外での爆発では、爆発によって生じた炭素粒子や炭化水素生成物が燃焼する傾向はない。ガスの膨張と圧力変化の影響により、燃焼が急速に「凍結」される傾向がある。大規模な屋外でのTNT爆発では、火球の温度が十分に高くなり、それらの生成物の一部が大気中の酸素と燃焼する可能性がある。^{[ 14 ]}

このような違いは大きい可能性があります。安全上の理由から、 1グラムのTNTの爆発時のエネルギーは2,673〜6,702 Jとされている。^{[ 15 ]}したがって、核爆弾の威力は15  kt（6.3 × 10 ¹³  J）だが、実際の爆発は15,000トンのTNTの山は、（例えば）8 × 10 ¹³  Jは、小さな開放空気電荷では存在しない追加の炭素/炭化水素酸化によるものです。^{[ 14 ]}

これらの複雑な問題は慣例によって回避されてきた。1グラムのTNTから放出されるエネルギーは慣例として4,184  Jと任意に定義されており^{[ 1 ]} 、これはちょうど1キロカロリーである。

TNT換算1トンは約：^{[ 1 ]}

• 1.0 × 10⁹カロリー^​
• 4.184 × 10⁹^ジュール​
• 3.968 31 × 10⁶^英国熱量単位
• 3.086 × 10⁹^フィートポンド
• 1.162 × 10³^{キロワット}時
• 2.611 × 10 ²⁸電子ボルト
• 4.655 × 10 ⁻⁸キログラムの質量相当^{[ 16 ]}

相対有効係数（RE係数）は、爆薬の破壊力をTNTの破壊力と比較したもので、TNT換算質量（TNTe/kg）で表されます。RE係数は、爆薬がTNTと同等の質量を持つ相対的な質量であり、RE値が大きいほど爆薬の威力は高くなります。

これにより、技術者は、TNT専用に開発された爆破式を適用する際に、さまざまな爆薬の適切な質量を決定できます。たとえば、木材切断の爆破式でTNT 1 kgの装薬が必要な場合、オクタニトロキュバン のRE係数2.38に基づくと、同じ作業を行うには1.0/2.38 (または0.42) kgで済みます。PETNを使用する場合、技術者はTNT 1 kgと同じ効果を得るために1.0/1.66 (または0.60) kgが必要になります。ANFOまたは硝酸アンモニウムの場合は、それぞれ1.0/0.74 (または1.35) kgまたは1.0/0.32 (または3.125) kgが必要になります。 

しかし、爆薬の単一のRE係数を計算することは不可能です。それは具体的な状況や用途によって異なります。例えば、一方の爆薬が他方の爆薬の2倍の衝撃波出力を発生できる場合（これは測定機器の距離に依存します）、金属の直接切断能力の差は、ある種類の金属では4倍、別の種類の金属では7倍になる可能性があります。成形炸薬を用いた2つの爆薬間の相対的な差はさらに大きくなります。以下の表はあくまで例として捉え、正確なデータソースとして参照しないでください。

• ブリサンス
• 正味爆発物量
• 核兵器の威力
• 桁違いの規模（エネルギー）
• 爆発物の爆速表
• 石油換算トン、エネルギーの単位で、ほぼ正確にTNT 10トンに相当する。

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