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地下核実験は、地下で行われる核兵器の実験爆発です。実験対象の装置が十分な深さに埋められている場合、核爆発は封じ込められ、放射性物質が大気中に放出されることはありません。
地下核爆発の極度の熱と圧力により、周囲の岩石に変化が生じます。実験場所に最も近い岩石は蒸発し、空洞が形成されます。それより離れた場所には、粉砕され、ひび割れ、不可逆的に歪んだ岩石の領域があります。爆発後、空洞の上の岩石が崩壊し、瓦礫の煙突が形成されることがあります。この煙突が地表に達すると、ボウル型の陥没クレーターが形成される場合があります。
最初の地下実験は 1951 年に行われました。その後の実験により、科学者はすぐに、環境や外交上の配慮にもかかわらず、地下実験は他のあらゆる実験形式よりもはるかに科学的価値があるという結論に達しました。この理解は、1963 年に部分的核実験禁止条約に最初に署名した 3 つの核保有国の政府に強い影響を与え、この条約は地下で行われる実験を除くすべての核実験を禁止しました。それ以降、1996 年に包括的核実験禁止条約に署名するまで、ほとんどの核実験は地下で行われ、追加の核放射性降下物が大気圏に放出されるのを 防いでいました。
背景
核実験による放射性降下物に対する国民の懸念は、1950年代初頭に高まった。[1] [2]放射性降下物は、1945年、史上初の原爆実験であるトリニティ実験の後に発見された。 [2]写真フィルム製造業者は後に「曇った」フィルムを報告したが、これはインディアナ州の農作物から作られた包装材が、 トリニティ実験とその後1,000マイル（1,600 km）以上離れたネバダ州核実験場で行われた実験によって汚染されたことが原因であることが判明した。[2] 1953年のサイモン実験による強烈な放射性降下物は、ニューヨーク州アルバニーにまで記録された。[2]
1954年3月に太平洋で行われたブラボー実験による放射性降下物は「40年以上にわたって科学的、政治的、社会的影響を及ぼした」。[3]この数メガトンの実験により、ロンゲリック環礁とロンゲラップ環礁の島々と、日本の漁船「第五福竜丸」に放射性降下物が降り注いだ。[3]この実験以前は、放射性降下物の危険性に対する認識が「不十分」であった。[3]
この実験は国際的な事件となった。公共放送サービス（PBS）のインタビューで、歴史家のマーサ・スミスは次のように論じた。「日本では、政府と米国に対する抗議という点だけでなく、日本国内のあらゆるグループや人々が抗議し始めたという点で大きな問題となっている。これはメディアでも大きな問題となっている。当然のことながら、日本の漁師や漁師の妻たち、学生グループなど、あらゆるタイプの人々から、米国が太平洋を核実験に利用していることに抗議するあらゆる種類の手紙や抗議が寄せられている。彼らはまず第一に、米国が太平洋でそのような実験を行う権利を持っている理由を非常に懸念している。また、健康や環境への影響についても懸念している。」[4]インドの首相は、世界中のすべての核実験の廃止を求めた際に「国際的な懸念の高まりを表明した」。[誰? ] [1]
放射性降下物とその影響に関する知識が広まり、それとともに地球環境と長期的な遺伝子損傷に関する懸念も高まった。[5]米国、英国、カナダ、フランス、ソ連の間で、核実験を終わらせる国際協定をめぐる協議が1955年5月に始まった。[5] 1963年8月5日、米国、ソ連、英国の代表は、大気圏、宇宙空間、水中での核兵器実験を禁止する部分的核実験禁止条約に署名した。[6]合意は、地下実験を許可する決定によって促進され、ソ連が懸念していた現地査察の必要性がなくなった。[6]地下実験は、「そのような爆発が行われる管轄権または管理下にある国の領土の境界外に放射性残骸が存在しないこと」を条件に許可された。[5]
地下実験の初期の歴史
1946年のクロスロード作戦の一環として行われた水中爆発の分析に続いて、地下爆発の軍事的価値についての調査が行われた。[7]米統合参謀本部は、米国原子力委員会（AEC）の同意を得て、地表および地下での爆発実験を行った。[7] 1950年にアラスカのアムチトカ島が当初これらの実験の実施場所として選ばれたが、後にその場所は不適切であると判断され、実験はネバダ州の核実験場に移された。[8]
最初の地下核実験は1951年11月29日に実施された。[9] [10] [11]これは1.2 キロトンの バスター・ジャングル・アンクル実験であり、[12]地表下17フィート（5.2メートル）で爆発した。[10]この実験は、当時クレーター形成およびバンカー破壊兵器としての使用が検討されていた23キロトンの地中貫通型核分裂兵器の影響を縮小して調査するために設計された。[13]爆発の結果、高度11,500フィート（3,500メートル）まで上昇した雲が発生し、北と北北東に放射性降下物が降り注いだ。[14]結果として生じたクレーターは幅260フィート（79メートル）、深さ53フィート（16メートル）であった。[13]
次の地下実験は、1955年3月23日のティーポット・エッスであった。 [10] 1キロトンの爆発は、「原子爆弾」（ADM）の運用試験であった。[15]地下67フィート（20メートル）の波形鋼板で裏打ちされた立坑で爆発し、その後、土嚢と土で埋め戻された。[16] ADMは地中に埋められていたため、爆発で何トンもの土が吹き上げられ、[15]幅300フィート（90メートル）、深さ128フィート（39メートル）のクレーターができた。[16]その結果、キノコ雲は12,000フィート（3,700メートル）の高さまで上昇し、その後の放射性降下物は東方向に漂い、爆心地から140マイル（225キロ）も移動した。[15]
1957年7月26日、プラムボブ・パスカルAが486フィート（148メートル）の縦坑の底で爆発した。[17] [18]ある説明によれば、それは「壮大な花火のロマンキャンドルで地下実験の時代の到来を告げた！」[19]地上での実験と比較すると、大気中に放出された放射性残骸は10分の1に減少した。[19]可能な封じ込め計画に関する理論的な研究が始まった。[19]
1957年9月19日、レーニア原爆は地下899フィート（274メートル）で爆発した。 [17] 1.7ktの爆発は、完全に地下に封じ込められ、放射性降下物を出さなかった最初の爆発だった。[20]この実験は、フックの形をした1,600 [21]～ 2,000フィート[22] （500 ～ 600メートル）の水平トンネルで行われた。 [22]このフックは、「爆発の力で、爆発地点に最も近いトンネルの湾曲していない部分を密閉し、トンネルのフックの湾曲部からガスや核分裂片を放出できるように設計されていた」。[22]この実験は、より大規模で強力な実験の原型となった。[20]レーニア原爆は、地震観測所が信号を記録できるように事前に発表された。[23]
実験後に収集されたサンプルの分析により、科学者は「今日でも本質的に変化していない」地下爆発についての理解を深めることができました。[23]この情報は、後に部分的核実験禁止条約に同意する決定の根拠となりました。[23]
1971年11月6日、アムチトカの施設で行われた最後の実験であるカニキン実験が行われた。約5メガトンの核実験で、米国史上最大の地下核実験となった。 [24]
効果
地下核実験の影響は、爆発の深さや爆発力、周囲の岩石の性質などの要因によって異なる可能性がある。 [25]実験が十分な深さで行われた場合、実験は封じ込められた状態にあると言われ、ガスやその他の汚染物質が環境に放出されることはない。[25]対照的に、装置が不十分な深さに埋められた場合（「埋設不足」）、爆発によって岩石が噴出され、噴出物に囲まれた陥没クレーターが形成され、高圧ガスが大気中に放出される可能性がある（結果として生じるクレーターは通常、円錐形の輪郭を持ち、直径と深さは数十から数百ヤードの範囲になることがある[26]）。
装置をどのくらい深く埋めるべきかを決定する際に使用される数値の1つは、スケールド埋設深度、またはバースト（SDOB）です[25]この数値は、埋設深度を放射能の3乗根で割って計算されます。封じ込めを確実にするためには、この数値は1キロトンあたり300フィート（100メートル）以上である必要があると推定されています。[25] [27]
核爆発のエネルギーは 1マイクロ秒で放出される。その後の数マイクロ秒で、試験ハードウェアと周囲の岩石が蒸発し、温度は数百万度、圧力は数百万気圧になる。[25]数ミリ秒以内に、高圧ガスと蒸気の泡が形成される。熱と膨張する衝撃波により、周囲の岩石が蒸発するか、またはさらに遠くまで溶けて、溶融空洞が形成される。[26]衝撃によって引き起こされる動きと高い内部圧力により、この空洞は外側に広がり、圧力が十分に低下して、上にある岩石の重量とほぼ同等のレベルになり、それ以上成長できなくなるまで、数十分の1秒以上続く。[26]すべての爆発で観察されるわけではないが、周囲の岩石には 4 つの異なるゾーン（溶融空洞を含む）があることが報告されている。空洞の半径の約 2 倍の破砕ゾーンは、以前の完全性をすべて失った岩石で構成されている。空洞の半径の約 3 倍のひび割れゾーンは、放射状および同心円状の亀裂がある岩石で構成されている。最後に、不可逆ひずみの領域は圧力によって変形した岩石で構成されます。[26]次の層は弾性変形のみを受け、ひずみとそれに続く解放が地震波を形成します。数秒後、溶融岩が空洞の底に集まり始め、空洞の内容物が冷却し始めます。衝撃波後の反発により、空洞の周りに圧縮力が蓄積され、応力封じ込めケージと呼ばれ、亀裂が密閉されます。[28]
数分から数日後、熱が十分に放散し、蒸気が凝縮して空洞内の圧力が表土を支えるのに必要なレベル以下に下がると、空洞より上の岩石が空洞内に落ち込む。地層の降伏強度や特性など、さまざまな要因に応じて、この崩壊が地表まで広がることがある。そうなると、沈下クレーターが形成される。[26]このようなクレーターは通常、ボウル型で、直径約100フィートから半マイル以上のサイズに及ぶ。[26]ネバダ核実験場では、スケールド埋没深度（SDOB）が150未満で実施されたテストの95パーセントで地表崩壊が発生したのに対し、SDOBが180未満で実施されたテストでは約半数で発生した。[26]空洞の半径r（フィート）は、降伏強度y（キロトン）の3乗根に比例し、 r = 55 * ; 8キロトンの爆発では半径110フィート（34メートル）の空洞が形成される。[28]
![{\displaystyle {\sqrt[{3}]{y}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ab9483e263c52c959955e085a1f93502b8014cb4)
その他の地表の特徴としては、乱れた地面、圧力隆起、断層、水の動き（地下水位の変化を含む）、落石、地盤沈下などが挙げられる。[26]空洞内のガスのほとんどは水蒸気で構成されており、温度が下がり水蒸気が凝縮するとその体積は劇的に減少する。しかし、凝縮せずに気体のまま残るガス（主に二酸化炭素と水素）もある。二酸化炭素は炭酸塩の熱分解によって生成され、水素は核兵器と周辺機器からの鉄と他の金属の反応によって生成される。土壌中の炭酸塩と水の量、および利用可能な鉄は、試験サイトの封じ込めを評価する際に考慮する必要がある。水で飽和した粘土質の土壌は、構造の崩壊やガス抜きを引き起こす可能性がある。硬い基盤岩は爆発の衝撃波を反射し、構造の弱化やガス抜きを引き起こす可能性がある。非凝縮性ガスは土壌の細孔に吸収されたままになる可能性がある。しかし、そのようなガスが大量にあれば、核分裂生成物を地面に押し出すのに十分な圧力を維持できる。[28]
空洞から放射能が漏れ出すことを格納容器の破損という。蒸気やガスの圧力によって起こる、多量で急速な核分裂生成物の制御不能な放出をベントという。このような破損の例としてベインベリー試験がある。低圧でゆっくりと制御不能に放出される放射能を漏出という。これらはエネルギーがほとんどないか全くなく、目に見えないため、機器で検出する必要がある。後期漏出は、爆発から数日または数週間後に、おそらく大気圧の低下（いわゆる大気ポンピング）によって助けられ、孔や亀裂を通じた拡散によって非凝縮性ガスが放出される。試験トンネルにアクセスする必要がある場合は、制御されたトンネルパージが実行される。ガスは濾過され、空気で希釈され、風によって人口密度の低い地域に拡散されるときに大気中に放出される。試験の運用面から生じる少量の放射能漏出は運用上の放出と呼ばれ、例えば、爆発場所の掘削中、コアサンプル採取中、または爆発ガスのサンプル採取中に発生することがある。放射性核種の組成は放出の種類によって異なります。大規模な即時放出では核分裂生成物のかなりの部分（最大10％）が放出されますが、後期の漏出には最も揮発性の高いガスのみが含まれます。土壌は反応性化学物質を吸収するため、土壌を通過して大気中に濾過される核種は希ガス、主にクリプトン85とキセノン133のみです。[28]
放出された核種は生体蓄積を受ける可能性がある。放牧牛の乳にはヨウ素131、 ストロンチウム90、セシウム137などの放射性同位元素が濃縮されているため、牛乳は便利で感度の高い放射性降下物の指標となる。動物の軟部組織はガンマ線放射体について、骨や肝臓はストロンチウムとプルトニウムについて、血液、尿、軟部組織はトリチウムについて分析される。[28]
地下核実験の結果として地震が発生するのではないかとの懸念が当初からあったが、実際に発生したという証拠はない。 [25]しかし、断層の動きや地盤の亀裂は報告されており、爆発は空洞の崩壊や煙突の形成の結果と考えられる一連の余震に先行することが多い。断層の動きによって放出された地震エネルギーが爆発自体のエネルギーを超えたケースもいくつかある。[25]
国際条約
1963年8月5日にモスクワで米国、ソ連、英国の代表者によって署名された部分的核実験禁止条約は、大気圏内、宇宙空間、水中での核実験を禁止することに合意した。[6]ソ連政府は現地査察の必要性を懸念したため、地下実験は禁止対象から除外された。[6]最終的に108カ国が条約に署名したが、中国は大きな例外となった。[29]
1974年、米国とソ連は、150キロトンを超える出力の地下核実験を禁止する閾値核実験禁止条約（TTBT）に署名した。 [30] 1990年代までには、地下核実験を監視および検出する技術が成熟し、1キロトン以上の実験を高い確率で検出できるようになり、1996年には国連の主導で包括的核実験禁止条約を策定するための交渉が開始された。[29]その結果生まれた包括的核実験禁止条約は、 1996年に米国、ロシア、英国、フランス、中国によって署名された。[29]しかし、1999年に米国上院が条約を批准しないと決定したため、必要な44の「付属書2」国のうち8か国がまだ批准しておらず、国連法としては発効していない。
監視
1940年代後半、米国は空気サンプルを用いて大気圏内核実験を検知する能力の開発を開始し、このシステムは1949年にソ連による最初の核実験を検知することができた。[30]その後10年間でこのシステムは改良され、地下核実験を検知するための地震監視ステーションのネットワークが確立された。[30] 1970年代半ばの閾値核実験禁止条約の策定により、核実験の威力と結果として生じる地震のマグニチュードの関係についての理解が深まった。[30]
1990年代半ばに包括的核実験禁止の交渉が始まったとき、国際社会は個々の核兵器国（特に米国）の検出能力に頼ることに消極的で、代わりに国際的な検出システムを望んだ。[30]その結果生まれた国際監視システム（IMS）は、321の監視ステーションと16の放射性核種研究所のネットワークで構成されている。[31] 50の「主要」地震ステーションが国際データセンターに継続的にデータを送信し、120の「補助」ステーションが要求に応じてデータを送信する。得られたデータは、震源地を特定し、地下核爆発と地震の地震シグネチャを区別するために使用される。[30] [32]さらに、80の放射性核種ステーションが地下爆発によって放出された放射性粒子を検出する。特定の放射性核種は核実験の明確な証拠を構成し、希ガスの存在は地下爆発が起こったかどうかを示すことができる。[33]最後に、11の水中音響ステーション[34]と60の超低周波音響ステーション[35]が水中と大気中のテストを監視します。
ギャラリー
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バスタージャングルおじさん -
ティーポットエッス -
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ボウラインスクーナー -
ネバダ核実験場の陥没クレーター
参照
注釈と参考文献
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- ^ 一部の情報源では、後の実験を「最初の」実験としている。アドゥシキン（2001）は、そのような実験を「1つの地下掘削（トンネル、立坑、掘削孔）内で1つ以上の核爆弾をほぼ同時に爆発させる」と定義し、アンクル実験を最初の実験としている。
- ^ 一部の情報源では、このテストをジャングル・アンクル（例：Adushkin、2001年）またはプロジェクト・ウィンドストーム（例：DOE/NV-526、1998年）と呼んでいる。バスター作戦とジャングル作戦は当初別々の作戦として構想され、ジャングルは当初ウィンドストームと呼ばれていたが、原子力委員会は1951年6月19日に計画を1つの作戦に統合した。Gladeck、1986年を参照。
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さらに読む
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- 1968 年のエドワード・テラー著「核爆発の建設的利用」の IAEA によるレビュー。
外部リンク
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- 核の追求[永久リンク切れ ]、原子科学者会報、2003 年 9 月/10 月号
- http://www.unscear.org/unscear/en/publications.html
- https://web.archive.org/web/20041218041325/http://www.ingv.it/~roma/SITOINGLESE/research_projects/CTBTO/explosions.html
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- http://www.atomictraveler.com/UndergroundTestOTA.pdf
- http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1215_web.pdf
- ソ連の核爆発の平和利用計画、MD Nordyke、UCRL-ID-12441O Rev 2
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