原子爆弾は地球上で最も破壊力のある兵器だ。その影響は広範囲に及び、第二次世界大戦で用いられた広島や長崎に落とされた原爆は半径2kmの建物を全壊させる爆風を巻き起こす。しかし、爆心地の範囲外の人々にとっては、爆風によって発生する強力な風は受けるが、生き残ることができる可能性がある。（放射線による影響は別だ）
ニコシア大学（キプロス）の研究者たちは、コンピューター・モデルを用いて、核爆発による風が人体や危険時に身を隠す建物に与える影響を研究した。
この研究は、「Nuclear Explosion Impact on Humans Indoors（核爆発による屋内での人体への影響）」と名付けられ、「Physics of Fluids」誌に掲載されたが、その中で、高速で巻き起こる風がシェルターや人体にどのような影響を与えるかを深く考察している。核戦争の専門家は、核爆発の直後を「深刻な被害地域」「中程度の被害地域」「軽い被害地域」の3区分に分けている。
「深刻な被害地域」にいる人や建物は、ほとんどが消滅してしまう。「軽い被害地域」とは、命に別状がない程度の怪我で済むものだ。生命が最も不安定になるのは、「中程度の被害地域」である。放射線は持続するが、コンクリートの構造物、そして人間は生き残ることができる。本研究は、このゾーンに研究の重点が置かれている。
研究者によると、主な危険は、短期間、強力な核爆発による爆風の風洞となった構造物から生じる。
「屋内空間における人間の生存能力に対する主な危険は、建物の様々な開口部、例えば窓から侵入する極端な高速風となる。さらに、屋内での衝撃波の伝播は、壁と相互作用し、角、ドア、障害物の周りで偏向する。これらの相互作用は、チャネリング効果により、より高い圧力を誘発する可能性があり、その結果、傷害のリスクを増加させる。」と、研究では述べられている。
要するに、もし水平線上に核爆発が見えたら、今いる建物の裏側に移動し、ドアや窓、廊下からできるだけ離れるのが得策と言うことだ。この研究によると、廊下やドア、窓は、爆風が家屋内を移動する際に一時的に加速させる役割を果たすと言う。この影響は0.5秒程度と短いが、風の強さは人体にダメージを与えるほど大きい。廊下や窓、ドアの周辺では、その影響はより大きくなると言うことだ。
「窓際にいる場合は、建物内に逃げ込み、開口部のない部屋や部屋・廊下の隅に避難する必要があります。」と、著者のDimitris Drikakis教授はViceのインタビューで述べている。
この研究では、科学者たちがコンピューターモデルを使って、過圧、つまり核爆発後の爆風波の後に続く圧力のレベルをシミュレートした。シミュレーションに使われたのは750ktの核弾頭だ。
この威力では、中程度の破壊領域が爆発地点から約4kmの地点から48km以上にわたって広がることになる。米国が広島と長崎に落とした核弾頭の威力は約20ktだったが、それ以降、核兵器ははるかに強力になっている。米国とロシアの核兵器には750ktを超えるものもあり、研究者はロシアの大陸間弾道ミサイル（ICBM）「サタン2」を念頭に置いて研究を進めたという。
シミュレーションでは、750ktの爆風を想定し、その際の爆風波の圧力が1平方インチあたり1.3〜2.3kgであると考えた。この圧力では、人体への影響は非常に顕著になる。
研究では、「室内で立っている人に当たる力は、体積加速度数gに相当し、人を地面から持ち上げ、壁に投げつけることができる。3psiの過圧では80gの加速度に達し、5psiでは140gを超える加速度が発生する。しかし、部屋の内部には、気流速とそれに伴う力が減少する領域がある。」と説明されている。
今回、こういった研究が行われた経緯には、実際に核戦争の恐怖が高まっていることが背景にあると言う。ロシアのウクライナ戦争の激化、中国のICBM用地新設、アメリカのプルトニウム鉱山新設への意欲など、世界情勢は予断を許さない状況だ。
この研究の著者の一人であるDimitris Drikakis教授は、ウクライナ戦争が始まった後、研究チームはこの研究に取り掛かったという。
「この動機は、過去1年間のメディアにおける核戦争の可能性に関する議論から生まれたものです。さらに、爆発で倒壊していない建物内で人間が生存できる可能性がある中程度の損傷ゾーンで、風力が屋内の人間に及ぼす影響を示す先行研究はありませんでした。」と、Drikakis教授はViceのインタビューで述べている。
「我々は、核爆発の有害な影響に対する認識を高め、それを防ぐためにあらゆる努力をすべきです。この研究は、中程度の損傷域にある建物内であっても、核爆発によって運ばれる巨大な力を理解するのに役立ちます。」
論文
- Physics of Fluids: Nuclear explosion impact on humans indoors
参考文献
- Vice: Scientists Determine Best Place to Stand In Your House When a Nuke Hits
- EulekAlert: How to shelter from a nuclear explosion
研究の要旨
この研究では、中程度の被害地域内の建物内にいる人間に対する核爆発の影響を調査している。これらの影響は多くのパラメータに依存しており、よりよく理解する必要がある。また、核爆発の影響は、ほとんどの人が即死する壊滅的な破壊域よりも遠くまで広がる。しかし、この傷害は、建物内での人の位置や、爆風が室内に侵入するときの気流速度によって変化する。爆風波の効果は、指標となる再現しやすい屋内配置を検討する。爆風波の後流の風速は，屋内ではさらに高速に加速される。爆風から発生した超音速衝撃波は、開口部から室内に入ると膨張し、チャネリング効果が発生する。その結果、空気の多くは反対側の部屋のドアからではなく、廊下に向かって流れ、通路の奥の部屋では高い気流速度が発生することが分かった。室内に到達する風速は、ほとんどのコンクリート建築物が倒壊しない1平方インチあたり3ポンドと5ポンドの2つの爆風圧で計算されている。このデータから、室内の数カ所で発生する突風の速度が立っている人に与える力は、数Gの体積加速度に相当し、どんな人でも地面から持ち上げ、投げ飛ばすことが可能であることがわかった。そして、固体表面への衝撃が重傷や死亡につながるのだ。最後に、この結果から、人間が最も大きな風圧にさらされる危険を避けることができる、室内の優先的な場所が明らかになった。
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