핵폭발효과와 위력
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핵무기가 폭발하면 즉시 나타내는 파괴효과와 천천히 나타나는 파괴효과의 두 가지 영향을 나타납니다.
○ 초기(즉발) 효과 : 폭풍, 열, 이온화 방사선
⇒ 핵폭발 후 몇 초에서 몇 분 이내에 뚜렷한 파괴 효과를 나타냅니다..
○ 잔류(지연) 효과 : 방사성 낙진과 기타 환경영향
⇒ 수 시간에서 수 백년 동안 손상을 입히며 폭발 장소에서 멀리 떨어진 곳까지 영향을 미칩니다.
(핵폭발 시 방출되는 에너지의 형태별 방출율)
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방출에너지(소형핵무기 100kt이내)
초기효과(1분이내)=열(35%), 폭풍(60%),이원화 방사선5%(80% gamma,20% neutrons)
잔류효과(수백년)=방사능 낙진
방출에너지(대형핵무기 1MT이상)
초기효과(1분이내)=열(45%),폭풍(50%),이온화방사성5%(80% gamma,20% neutrons)
잔류효과=방사능낙진(1분 이내 방출된 에너지의5～10% 정도)
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1)초기효과
소규모 폭발(2.5kt정도)의 경우 3가지 즉발효과는 거의 비슷합니다. 1km 범위에서는 치명적인 손상을 입습니다. 다음 식에 의하여 각각의 효과에 의한 파괴 반경을 추산할 수 있습니다..
○ 열 효과 반경 : Y0.41
○ 폭풍효과 반경 : Y0.33
○ 방사선 효과 반경 : Y0.19
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여기서, Y는 2.5kt 단위의 폭발력(kt단위의 폭발력을 2.5로 나눈 값)이고, 효과 반경 지점에서의 각 효과의 강도는 각각,
- 열 효과 : 3도화상(8cal/㎠)
- 폭풍효과 : 4.6 PSI(0.32 kg/㎠)
- 방사선효과 : 500 rem
열, 폭풍, 이온화 방사선의 강도는 기본적으로 폭탄효율(폭발력)에 비례하나, 이들 에너지가 공기와 목표물에 미치는 영향은 폭발력의 크기에 직선적으로 비례하지 않습니다.
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○ 전자기펄스(EMP : Electromagnetic Pulse) 효과
- 핵폭발에 의한 고온과 높은 에너지의 방사선은 다량의 이온을 형성한다. 적당한 조건에서 강한 이온의 흐름과 전자기기장은 EMP를 를 발생시키며 이는 멀리 떨어진 곳에서도 감지할 수 있습니다.
- 생물체는 이에 무감각하지만, 전자기기들은 일시적 또는 영구적인 사용불능 상태가 될 수 있습니다.
- EMP의 발생은 폭발 고도에 크게 영향을 받습니다. 지표면이나 고도 4,000 md이하에서는 상당한 EMP가 발생하고, 고도 30,000 m 이상에서는 매우 강한 EMP가 발생합니다.
- 그러나 이들 영역 중간에서는 거의 EMP가 발생하지 않는다. 그 이유는 발생한 EMP가 폭발 시 생성되는 감마선의 영향으로 비대칭적인 흡수를 당하기 때문입니다.
- EMP의 형성은 매우 강렬하나 매우 짧습니다. 폭발에너지의 약 0.3%가 EMP에너지로 변화하나 그 지속시간은 약 10-8초(10 nanoseconds) 정도입니다.
2)지연효과
핵분열은 약 40가지 다른 방법으로 일어나기 때문에 약 80개의 다른 동위원소가 생성된다. 핵분열 결과 약 36개원소의 300여 가지 서로 다른 동위원소가 생성된다. 이들 중 상당수의 동위원소는 강한 방사선을 갖고 있으며 이들 방사성 동위원소의 반감기가 긴(수십년) 것도 있기 때문에 오랜 기간 환경에 영향을 미칩니다
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(※ 핵폭발 화구에서 생성된 열 방사에 의하여 화상을 입히는 거리)
1도화상 20kt=4.3km, 1Mt = 18km, 10Mt=52km,
2도화상 20kt=3.2km, 1Mt=14.4km, 10Mt=45km,
3도화상 20kt= 2.7km, 1Mt=12km , 10Mt=39km,
( ※ 폭풍으로 인한 손상과 부상 )
일반적으로 도시지역에서 0.35 kg/㎠(5 psi) 이상의 압력(overpressure)이 가해지면 완전히 파괴되고 0.21 kg/㎠(3 psi) 이상의 압력이 가해지면 심각한 손상을 입습니다. 폭풍으로 인한 유동압력(dynamic pressure)은 같은 크기의 overpressure 보다 훨씬 강력한 손상을 입힙니다. 0.35 kg/㎠(5 psi)의 압력은 풍속으로 258 km/hr(162mph)에 풍속에 해당합니다.
- 0.07 kg/㎠(1 psi) : 유리문을 파괴하고 파편으로 가벼운 부상을 입힌다.
- 0.21 kg/㎠(3 psi) : 주택 구조물을 무너트리고 심각한 부상과 재난을 유발할 수 있다.
- 0.35 kg/㎠(5 psi) : 대부분의 건물을 무너트리고, 광범위한 부상과 재난 발생
- 0.7 kg/㎠(10 psi) : 보강콘크리트 건물을 심각하게 손상을 입히거나 무너트리고 대부분의 사람이 사망
- 1.4 kg/㎠(20 psi) : 육중한 큰크리트 건물이 심각한 손상을 입거나 무너지며, 사람은 거의 100% 사망
폭발 규모에 따른 압력 반경은 다음 식으로 계산 됩니다.
압력반경 = Y0.33 x 상수
여기서 Y 는 폭발력(kt 단위)이고 거리는 km 단위이며 상수는 각각
- 0.07 kg/㎠(1 psi) : 2.2 - 0.21 kg/㎠(3 psi) : 1.0
- 0.35 kg/㎠(5 psi) : 0.71 - 0.7 kg/㎠(10 psi) : 0.45
- 1.4 kg/㎠(20 psi) : 0.28 입니다............................................
※이온화 방사선에 의한 살상 효과는 핵무기의 폭발력이 커질수록 의미가 없어집니다. 예를 들어 10 Mt 규모 폭발이 있을 경우에 5,000m 거리에서 방사선 피폭량은 치사량에 미치지 못하는데, 같은 경우 3도화상을 입히는 거리는 무려 약 29 km에 달하기 때문입니다.
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출처-한국원자력통제기술원
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