일반적으로 핵무기의 에너지는
폭풍 50%, 열 35%, 잔류방사선(낙진) 10%
초기방사선 4%, EMP 1%
순으로 분산됩니다.
핵무기를 어느 고도에서 터뜨리느냐에 따라
저 구성비가 달라질 수 있습니다.
보통 그 기준은 1~10km 정도입니다.
10km이상에서 핵무기를 터뜨리면,
잔류방사선은 크게 줄어드는 대신,
에너지의 대부분이 폭풍과 열로 분산됩니다.
참고로 EMP비중도 1%보다 좀더 늘어나는데, 이것은 대기와의 접촉이 많아져 EMP가 좀더 잘 생성되기 때문입니다.
(* EMP는 핵폭발 감마선이 산소 질소와 충돌, 콤프턴 효과로 대기가 플라즈마화되어 지구자기장 영향받아 나선운동하여 방출되는 전자기파)
1~10km 범위에서 핵무기를 터뜨리면, 에너지 분포가 맨 위에서 본 그래프와 대체로 비슷한 형태가 됩니다.
일반적으로 살상력을 높이려고 할때 이쪽 범위에서 터뜨리곤 합니다.
지상과 근접한 위치에서 핵무기를 터뜨리면 상당량의 에너지가 잔류방사선(낙진)을 만드는 데 쓰입니다. 그래도 폭풍과 열은 여전히 에너지의 대다수를 차지하지만요.
<2. 핵무기의 위력 계산>
결과적으로 핵무기의 위력을 어림잡아 계산하여 파악하고자 한다면
ㅡ 열효과의 피해거리 계산
ㅡ 폭풍으로 인한 충격파의 피해거리 계산
이 두 가지를 알면 충분하다는 말이 되겠습니다.
* 2.1 열효과의 피해거리 계산공식
열로 인한 피해를 계산한다는 것은 화재도 있고 화상도 있고, 그 외에 열로 인한 다양한 피해가 있습니다만,
화재는 워낙 불안정성이 크지요.
비교적 정확하게 계량할 수 있는거라 하면
화상 여부입니다.
"특정위력 핵무기의 폭발위치에서 몇 km 떨어져 있어야 1도화상일지, 3도화상일지 알 수 있는걸까?"
계산공식은 이렇게 됩니다.
<열효과 피해범위 계산공식>
1도화상 피해거리[km] = Y^(0.38) × 1.20
2도화상 피해거리[km] = Y^(0.40) × 0.87
3도화상 피해거리[km] = Y^(0.41) × 0.67
* Y는 핵탄두의 위력.
단위는 TNT kt(티엔티 킬로톤)
TNT를 생략하고 kt이라고 쓸 수 있다.
예를 들어봅시다.
ex) 2017년 북한의 6차 핵실험에 사용된 핵무기의 위력은 60kt으로 추측됩니다.
이 핵무기가 폭발할 경우,
근방에 있는 사람이 폭발로부터의 거리에 따라
얼마만큼 화상을 입을지 계산해봅시다.
1도화상 피해거리[km] = Y^(0.38) × 1.20 이므로,
60^(0.38) × 1.20 = 5.69km
2도화상 피해거리[km] = Y^(0.40) × 0.87 이므로,
60^(0.40) × 0.87 = 4.47km
3도화상 피해거리[km] = Y^(0.41) × 0.67 이므로,
60^(0.41) × 0.67 = 3.59km
그러므로 저 북한 핵무기가 폭발했을 때,
폭발지점으로부터
3.59km 안에 있으면 적어도 3도 화상
4.47km 안에 있으면 적어도 2도 화상
5.69km 안에 있으면 적어도 1도 화상
...을 입는 것입니다.
* 2.2 폭풍으로 인한 충격파의 피해거리 계산공식
폭풍이 유발하는 충격파로 인한 피해를 계산한다는 것은, 태풍과 비교해보면 그 위력을 대략적으로 가늠할 수 있습니다.
바람이라는 건 저기압, 고기압같은 대기의 압력차이로 인해 생성되는 것이며
태풍의 눈 같이 극단적인 저기압이 있을 경우 주변에 영향을 주면서 바람이 세차게 붑니다.
때문에 대략적으로 기압차를 확인해보면 태풍에 비교하여 얼만큼인지 위력을 추정할 수 있는겁니다.
계산공식은 이렇게 됩니다.
<충격파 피해범위 계산공식>
충격파 피해거리[km] = Y^(0.33) × 압력상수
* Y는 핵탄두의 위력.
* 압력상수는 다음과 같다.
경파(輕破) - 2.2(1psi)
중파(中破) - 1.0(3psi), 0.71(5psi)
완파(完破) - 0.45(10psi), 0.28(20psi)
* 1psi = 1(파운드/인치²) = 68.95hPa
예를 들어봅시다.
ex) 방금 위에서 확인한 북한 60kt핵무기로 예를 들어보자면,
충격파 피해거리[km] = Y^(0.33) × 압력상수
60^(0.33) = 3.86 이므로,
20psi 충격파는 3.86 × 0.28 = 1.08km까지 도달
10psi 충격파는 3.86 × 0.45 = 1.74km까지 도달
5psi 충격파는 3.86 × 0.71 = 2.74km까지 도달
3psi 충격파는 3.86 × 1.0 = 3.86km까지 도달
1psi 충격파는 3.86 × 2.2 = 8.49km까지 도달
1psi급 충격파의 위력이 잘 와닿지 않을 수 있겠는데,
일반적인 대기의 1기압은 1013hPa입니다.
상당히 강력했던 태풍 매미의 중심기압이 910hPa 이었습니다.
그리고 둘 간의 압력차이는 103hPa이고
이는 1.5psi와 같습니다.
즉, 1psi정도만 해도 태풍만큼 꽤 강한 바람을 일으키는 충격파임을 알 수 있습니다.
그런데 10psi 짜리 충격파가 1.74km너머까지도 도달한다 하니... 위력이 아주 강한 것이죠.
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