平和的な核爆発

PNE条約において、署名国は以下の事項に合意した。すなわち、150キロトンTNT相当を超える個々の核爆発を行わないこと、総出力が1,500キロトンを超える群爆発（複数の個々の爆発から成る）を行わないこと、そして、合意された検証手順によって群爆発内の個々の爆発を識別し測定できる場合を除き、総出力が150キロトンを超える群爆発を行わないことである。締約国はまた、1963年の部分的核実験禁止条約を完全に遵守する義務を再確認した。

締約国は、要請があった場合には他国の領域内で平和目的の核爆発を行う権利を留保するが、それは核兵器禁止条約の収量制限その他の規定を完全に遵守し、かつ核不拡散条約に従ってのみ行うものとする。

PNE条約の第4条および第5条は、合意された検証方法を規定している。同条約は、各国の技術的手段の利用に加え、爆発現場の情報提供および立ち入り許可を双方が行うことを規定しており、検証手段および手順を妨害しないという約束も含まれている。

PNE条約の議定書は、平和目的で使用される核爆発の実施によって、閾値核実験禁止条約によって禁止されている兵器関連の利益が得られないことを確保するための具体的な合意された取り決めを規定しており、これには流体力学的収量測定法の使用、地震モニタリング、および現地査察に関する規定が含まれる。

条約に付随する合意声明では、地下核爆発の「平和的利用」には核爆発物の開発実験は含まれないと明記されている。^{[ 3 ]}

オペレーション・プラウシェアは、核爆発物を平和目的で使用する技術を開発するための米国の計画の名称である。この名称は1961年に、ミカ書4章3節（「彼は諸国民の間で裁きを行い、多くの民を叱責する。彼らは剣を鋤に、槍を鎌に打ち変える。国は国に向かって剣を上げず、もはや戦いを学ぶこともない」）から取られた。1961年から1973年の間に、28回の核爆発が行われた。

平和目的の核爆発に関する米国初の提案で、実行に近づいたもののひとつがプロジェクト・チャリオットで、アラスカ州ケープ・トンプソンに複数の水素爆弾を使って人工港を作る計画だった。先住民への懸念と、港の潜在的な用途がリスクと費用に見合うほど多くないという事実から、この計画は実行されなかった。核爆発を使って第二のパナマ運河を掘削する案や^{[ 4 ]} 、スエズ運河の代替案も検討された^{[ 5 ] [ 6 ]}。

最大の掘削実験は、1962年にエネルギー省のネバダ核実験場で行われた。オペレーション・ストラックスの一環として行われたセダン核実験では、1200万トンの土砂が移動し、世界最大の人工クレーターが作られ、ネバダ州とユタ州に大量の放射性降下物が降り注いだ。天然ガス生産を促進するために3回の実験が行われたが、コストとガスの放射能汚染のため、この試みは非現実的であるとして中止された。 ^{[ 7 ] [ 8 ]}

プロジェクト・プラウシェアの27回の核爆発は多くの悪影響をもたらした。例えば、ニューメキシコ州ファーミントンから東に89キロメートル（55マイル）離れた場所にあるプロジェクト・ガスバギーの敷地^{[ 8 ]}には、1967年の地下爆発による核汚染が今も残っている^{[ 9 ]}。その他の影響としては、荒廃した土地、移転を余儀なくされたコミュニティ、トリチウムで汚染された水、放射能、大気圏上層部に投げ上げられた破片による放射性降下物などがあった。これらの影響は、プロジェクトに7億7000万ドルが費やされた後、主に世論の反対により1977年に計画が中止されるまで無視され、軽視されてきた^{[ 10 ] 。} 

ソビエト連邦は、1965年から1988年の間に、国家経済の利益のための核爆発技術の利用計画第6号および第7号国家経済のための核爆発計画の下、複数の装置を用いたものを含む239回の核実験という、はるかに活発な計画を実施した。

当初の計画は米国版をモデルにしており、同じ基本概念が研究されていた。 1965年1月に行われたチャガン実験は、米国のセダン実験の「ほぼクローン」と評されている。セダン実験と同様に、チャガン実験でも放射性物質の巨大なプルームが大気圏上層部に吹き上げられ、核分裂生成物の約20%がそれに伴って放出されたと推定されている。日本上空でプルームが検出されたことで、米国はソ連が部分的核実験禁止条約に違反して地上核実験を行ったと非難したが、この非難は後に取り下げられた。

後期のより大規模な「深部地震探査」プログラムでは、さまざまな地質学的用途のために、はるかに小規模な爆発の使用に重点が置かれました。これらのテストの中には、純粋に実験的なものではなく、運用されていると考えられるものもあります。^{[ 11 ]}これには、平和的な核爆発を使用して深部地震プロファイルを作成することが含まれます。従来の爆薬や機械的方法の使用と比較して、核爆発はより長い地震プロファイル（数千キロメートルまで）の収集を可能にします。^{[ 12 ]}

アレクセイ・ヤブロコフは、すべてのPNE技術には非核代替手段があり、多くのPNEが実際に原子力災害を引き起こしたと主張している。^{[ 13 ]}

ソ連が制御不能になったガス井火災の消火に核爆発を成功裏に使用したという報告は、2010年のメキシコ湾ディープウォーター・ホライズン石油流出事故を阻止するための選択肢に関する米国の政策議論で広く引用された。^{[ 14 ] [ 15 ]}

ドイツはかつて、土木工学目的で核爆発物を製造することを検討したことがある。1970年代初頭には、核爆破を用いて地中海からエジプト西部砂漠のカッタラ低地まで運河を建設するプロジェクトの実現可能性調査が行われた。このプロジェクトでは、水力発電を目的として、 100～500メートル（330～1,640フィート）の深さで爆発させる1～1.5メガトンの爆発物213個を使用してこの運河を建設することが提案された。^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}   

インド初の爆発性核兵器である「微笑む仏陀」は、インド政府によって平和的な核爆発と表現された。^{[ 19 ]}

オーストラリアでは、ピルバラ地方で鉄鉱石を採掘する方法として核爆発が提案された。^{[ 20 ]}

核爆発物は兵器としての使用以外にも、化学爆薬と同様の方法で、様々な非軍事用途で試験・使用されてきた。これには、大規模な土砂移動、同位体製造、天然ガスの流れの促進および遮断などが含まれる。

原子時代の最盛期に、米国は「平和的な核爆発」を伴う「プラウシェア作戦」を開始した。米国原子力委員会の委員長は、プラウシェア計画は「核爆発装置の平和的利用を強調し、それによって兵器開発と実験に好意的な世界世論の風潮を作り出す」ことを目的としていると発表した。^{[ 25 ] [ 26 ]}プラウシェア作戦計画には、1961年から1973年にかけて、これらの非兵器的利用を調査するために設計された27回の核実験が含まれていた。米国の物理学者は、多くの土木工学プロジェクトに必要な低出力（約1キロトン）核装置の核分裂率を低減することができなかったため、核分裂生成物による長期的な健康被害と浄化費用をコストに含めると、潜在的に非常に大規模なプロジェクトを除いて、従来の爆薬に比べて経済的な利点はほとんどなかった。^{[ 27 ] [ 28 ]}

The Qattara Depression Project was developed by Professor Friedrich Bassler during his appointment to the West German ministry of economics in 1968. He put forth a plan to create a Saharan lake and hydroelectric power station by blasting a tunnel between the Mediterranean Sea and the Qattara Depression in Egypt, an area that lies below sea level. The core problem of the entire project was the water supply to the depression. Calculations by Bassler showed that digging a canal or tunnel would be too expensive, therefore Bassler determined that the use of nuclear explosive devices, to excavate the canal or tunnel, would be the most economical. The Egyptian government declined to pursue the idea.^[29]

The Soviet Union conducted a much more exhaustive program than Plowshare, with 239 nuclear tests between 1965 and 1988. Furthermore, many of the "tests" were considered economic applications, not tests, in the Nuclear Explosions for the National Economy program.^[30]

These included a 30-kiloton explosion being used to close the UzbekistaniUrtabulak gas well in 1966 that had been blowing since 1963, and a few months later a 47-kiloton explosive was used to seal a higher-pressure blowout at the nearby Pamuk gas field.^[31] (For more details, see Blowout (well drilling)#Use of nuclear explosions.)

Devices that produced the highest proportion of their yield via fusion-only reactions are possibly the Taiga Soviet peaceful nuclear explosions of the 1970s. Their public records indicate 98% of their 15 kiloton explosive yield was derived from fusion reactions, so only 0.3 kiloton was derived from fission.^[32][33]

岩塩ドームの地下で核爆発装置を繰り返し爆発させることは、自動車の内燃機関を動かす爆発（熱機関となるという意味で）とある程度類似した方法で、 PACERと呼ばれる核融合発電の手段としても提案されている。^{[ 34 ] [ 35 ]}低出力の平和的な核爆発の他の調査された用途としては、フラッキングに類似したプロセスによって、タイトな地層内の石油と天然ガスの流れを刺激するための地下爆発があり、これはソビエト連邦で最も開発され、多くの油井の生産量が増加したと報告されている。^{[ 31 ]}

2015年、億万長者の起業家イーロン・マスクは、火星のほとんどがドライアイスの氷冠の上で高収束熱核兵器を爆発させることで、寒冷な火星をテラフォーミングできるというアプローチを広めた。 ^{[ 36 ]}マスクの具体的な計画は、歴史的に製造された核兵器のエネルギー制限（TNT換算でキロトン単位）内ではあまり実現可能ではないため、検討するには大幅な進歩が必要となる。こうした問題もあって、物理学者のミチオ・カク（最初にこの概念を提唱した人物）は、代わりに、火星の表面に孤立した熱帯バイオームを作るために、地上の地域暖房方式で原子炉を使用することを提案している。^{[ 36 ]}

あるいは、核爆発は現在、実証された達成可能な出力の点でやや制限されているため、市販の核爆発装置を使用して、火星に接近している彗星を惑星の極に向かって「押し出す」ことができる。衝突は、必要なエネルギー、水蒸気、温室効果ガス、および火星のテラフォーミングを急速に開始できるその他の生物学的に重要な揮発性物質を供給するはるかに効率的な方法である。このような機会の 1 つは、2014 年 10 月に「 100万年に一度」の彗星 ( C/2013 A1と指定され、「サイディング スプリング」彗星としても知られる) が火星の大気から140,000 km ( 87,000マイル)以内に接近したときに発生した。^{[ 37 ] [ 38 ]} 

核変換による新元素の発見と合成、およびその性質の研究に必要な量の生成は、核爆発装置の実験で行われた。例えば、短寿命のアインスタイニウムとフェルミウムの発見は、最初のテラー・ウラム核爆発装置実験であるアイビー・マイクの後に行われた。これらはどちらも熱核爆発内の強烈な中性子束環境下で生成された。アインスタイニウムの合成に必要な多数の中性子の急速な捕獲は、いわゆるr過程、すなわちベータ崩壊の前に超新星爆発で周期表上のニッケルより重いすべての化学元素の宇宙核合成（生成）を説明するために必要な多重中性子吸収の直接的な実験的確認を提供し、r過程は宇宙における多くの安定元素の存在を説明する。^{[ 40 ]}

1950年代に始まった大気核実験による新たな同位体の世界的な存在により、2008年に美術品の偽造を検出する信頼性の高い方法が開発されました。それ以降に制作された絵画には、 1945年以前には自然界に存在しなかった同位体であるセシウム137とストロンチウム90の痕跡が含まれている可能性があります。 ^{[ 41 ] [ 42 ]}（核分裂生成物は、約17億年前にオクロの天然核分裂炉で生成されましたが、これらは人類が描いた最古の絵画よりも前に崩壊しました。）^{[ 43 ]}

気候学、特に大気科学のサブ分野であるエアロゾル科学は、放射性降下物がどれだけ遠くまで広がるかという疑問に答えるために主に創設されました。水文学や材料試験で使用される放射性トレーサーと同様に、放射性降下物と窒素ガスの放射化は、放射性トレーサーとして機能し、放射性降下物エアロゾルの動きを追跡することで、大気中の地球規模の循環を測定し、モデル化するのに役立ちました。^{[ 44 ] [ 45 ]}

1958年頃に地球を取り巻くヴァン・アレン帯が発見された後、ジェームズ・ヴァン・アレンは核爆発が磁気現象を調査する一つの方法であると提案した。1958年8月に行われた高高度核爆発調査であるプロジェクト・アーガスの実験ショットから得られたデータは、地球の磁気圏の初期の理解に不可欠であった。^{[ 46 ] [ 47 ]}

ソ連の核物理学者でノーベル平和賞受賞者のアンドレイ・サハロフも、核爆発を利用して地震を軽減し、粒子加速器を作ることができるという考えを提唱した^{[ 48 ] [ 49 ]。}後者は、核爆発装置を彼の別の発明である爆発的にポンプされた磁束圧縮発生器^{[ 50 ]}に接続して陽子を加速し、互いに衝突させてその内部構造を調査することによって作られた。この試みは現在、CERNで非爆発性の超伝導磁石を使用してはるかに低いエネルギーレベルで行われている。サハロフは、MK発生器の銅コイルを大きな超伝導ソレノイドに置き換えて、地下核爆発を磁気的に圧縮して集束させ、成形電荷効果にすることを提案した。彼は、これにより毎秒10 ^23個の正に帯電した陽子を1 mm ^2の表面に集束させることができると理論づけ、そのようなビームを2つ衝突させてスーパーコライダーの形で実現することを構想した。^{[ 51 ]} 

平和目的の核爆発実験による地下核爆発データは、地球のマントルの組成を調査するために使用されており、これは「深部地震探査」反射地震学における化学爆薬を用いた鉱物探査の地球物理学的手法に類似している。^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]}

1960年代に提案されたプロジェクトA119は、アポロ計画の科学者ゲイリー・レイサムが説明したように、月の地質学的構成の研究を促進するために、月面で「やや小型の」核兵器を爆発させる計画でした。 ^{[ 55 ]}概念的には、2009年に打ち上げられ、質量2,305 kg ( 5,081 lb)、衝突速度約9,000 km/h (5,600 mph )の「セントール」運動エネルギー衝突体を放出した、水探査(LCROSS)月クレーター観測衛星ミッションによって生み出された比較的低出力の爆発に類似しています。^{[ 56 ]}この衝突体は、約2トンのTNT (8.86 GJ ) を爆発させたのと同等の運動エネルギーを放出しました。    

核爆発が様々な金属および非金属材料に及ぼす影響の最初の予備調査は、1955年にティーポット作戦で行われ、バスケットボール大の球状の材料が鎖状に並べられ、一定の空中距離でショットタワーから落下した。^{[ 57 ]}当時としては驚くべき実験観察結果であったが、ショットタワーのすぐ内側にある球体以外はすべて生き残り、最も大きなアブレーションは爆発地点から18メートル（60フィート）離れた位置にあるアルミニウム球体で観察され、回収時には表面材料が25ミリメートル（1インチ）強失われていた。^{[ 57 ]}これらの球体は、実験中のプロジェクトマネージャーにちなんで「ルー・アレンのボール」と呼ばれることが多い。 ^{[ 58 ]}  

さまざまな材料について収集されたアブレーションデータと球体が推進された距離は、核パルス推進研究であるプロジェクトオリオンの基礎となっている。^{[ 58 ]}核成形炸薬から発生するアブレーションされた推進剤プラズマが船の後部プッシャープレートに作用することを利用した核爆発物の直接使用は、潜在的な推進メカニズムとして真剣に研究されてきたし、現在も研究され続けている。

空気抵抗のため軌道に乗ることはおそらくないだろうが、地球の軌道速度を獲得した最初のマクロ物体は、1957年8月にパスカルBの試験発射のやや集中した爆発によって推進された「900 kg (2,000 lb) のマンホールの蓋」であった。地下のシャフトと核装置を使用して物体を脱出速度まで推進させる方法は、それ以来「サンダーウェル」と呼ばれている。^{[ 59 ]}  

1970年代、アメリカのエドワード・テラーは、核爆発を利用して爆発的に励起される軟X線レーザーを駆動させるという概念を、弾道ミサイル防衛システム「プロジェクト・エクスカリバー」の一部として普及させた。これにより、数十本の高集束X線ビームが生成され、レーザーアブレーションによってミサイルを破壊できると考えられていた。

レーザーアブレーションはレーザー兵器の損傷メカニズムの1つですが、宇宙船を目的としたパルスレーザー推進の背後にある研究された方法の1つでもあります。ただし、通常は従来型の励起レーザーアレイによって駆動されます。たとえば、Leik Myraboによる地上飛行試験では、非核の従来型パルスレーザー試験装置を使用して、 2000年にアブレーションレーザー推進に似た方法でライトクラフトを高度72メートルまで上昇させることに成功しました。^{[ 60 ]}

強力な太陽系ベースの軟X線から紫外線までのレーザーシステムは、ライトセイルの原理により、恒星間宇宙船を光速の11%まで推進できると計算されている。^{[ 63 ]} 1972年には、波長1オングストロームの1テラワット、直径1kmのX線レーザーが直径1kmの帆に照射されると、宇宙船を10年でアルファケンタウリまで推進できると計算された。 ^{[ 64 ]} 

小惑星が地球に衝突するのを回避するための提案された手段は、探知から地球への衝突までのリードタイムが短いと仮定した場合、小惑星上、小惑星内部、または小惑星に対して離れた近接方向で、 1つまたは一連の核爆発装置を爆発させることである^{[ 65 ]。}後者の方法は、地球近傍天体の潜在的な破壊を防ぐために、接近する脅威から十分に離れた場所で行われるが、高推力レーザーアブレーション効果を生み出すには十分近い。^{[ 66 ]}

2007年のNASAによるさまざまな技術を使用した衝突回避戦略の分析では、次のように述べられています。^{[ 67 ]}

核兵器による遠隔爆発は、本研究で分析された非核兵器による代替手段よりも10～100倍効果的であると評価されている。地表または地下での核爆薬の使用を伴う他の技術はより効率的である可能性があるが、地球近傍の標的天体を破壊してしまうリスクが高まる。また、開発および運用上のリスクも高くなる。