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もし理系大学院の男子学生が核兵器の開発を命じられたら 水爆編

シリーズ最終の水爆編。 これで完結です。 もし理系大学院の男子学生が核兵器の開発を命じられたら 原理編 http://togetter.com/li/342456 もし理系大学院の男子学生が核兵器の開発を命じられたら 原爆編 続きを読む
テクノロジー ウラン 核兵器 開発 水爆 原爆 プルトニウム
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cladegifan @cladegifan
`マッチ`の製作を終わった。いよいよ本体を作る番だ。ここまではお遊び、ここからが正念場だ。久しぶりに筑波の友人を訪ねる。ウラン238とプルトニウム239に対する中性子の影響を調べるためだ。中性子の照射で、この2つがどの様な性質を示すのか、まずそれを知りたかった。
cladegifan @cladegifan
テラー・ウラム型のおさらいをしておこう。まず、起爆装置となる最初の原爆が爆発する。そこから放射された膨大な中性子やX線が3重の円筒構造の外層と芯にあたる ウラン238とプルトニウム239に降り注ぐ。これによって2つの`原爆`にスイッチが入る。結果、
cladegifan @cladegifan
閒に挟まれた重水素化リチウムに核融合が誘発され、爆発が起きる。これが基本的な原理だ。だから、まず、中性子が照射された場合の、ウラン238とプルトニウム239の挙動を調べなければならない。もちろん、これには限界がある。水爆起爆時に放射される中性子の量は膨大であり、
cladegifan @cladegifan
T波の施設で、それを再現することは出来ないが、数学的モデルの正当性、どのモデルが最も適切かについてある程度の手がかりが欲しかったからだ。別に核に関連したペーパー(論文)に限らないが、追試を避ける、要はテクニックを独占するため、意図的に論文に嘘を混ぜることは珍しくない(事実です)。
cladegifan @cladegifan
前に、(コンピュータ)シミュレーションは、多く偏微分方程式で書かれた数学的モデルを、数値的に解くことで行われると書いた。つまり、出発点になるのは数学的モデルだ。実は、これは1つではなく、TPOに応じて色々な物が使い分けられるのが普通だ。例としてトランジスタを挙げよう。
cladegifan @cladegifan
最も簡単なモデルは、小さい直流電流に関する物で、ベースから入力した電流に直流電流増幅率(hfe)を乗算した電流が、コレクタに現れるそれだけだ。これは、トランジスタを理想的な線形増幅素子として捉えたもので、実際、小直流電流に関しては問題無く使える。
cladegifan @cladegifan
しかし、シビアな状態、例えば極端な小電流や大電流の場合には使えない。何故なら、トランジスタに限らず、全ての自然界の物は例外なく非線形性を持っているからだ。これを利用したのがデジタル回路であり、当然、上記モデルはデジタル回路の設計には使えない。
cladegifan @cladegifan
トランジスタの物理、数学的モデルについては、 http://t.co/OsLO2FEV http://t.co/ajY2F1mF 等を参照して欲しい。一般に極端な状況で非線形性(Non-linearity)が露わになることが多い。`爆発`は、正にその典型だろう。
cladegifan @cladegifan
ウラン、プルトニウムが爆発に至る様な状況で使用出来る数学的モデルについての文献は、流石にほとんどない。国家機密に属するのか、それとも単に解らないのか?多分両方だろう。以前、アメリカやフランスが核(開発?)のためのシミュレーションソフトを開発したと話題になったことがある。
cladegifan @cladegifan
妙なインパクトがあったのか、2chのコメントでも良く見かけるし、驚いたのは、石原都知事が「京を使ってシミュレーションでもやって見せれば良い。それだけで威嚇になる!」とprime newsで発言していたこと。シミュレーションも有名になったものだと驚いたw。
cladegifan @cladegifan
これについても多々の誤解がある。良く言われるのが、「核実験をやりまくった国と違い、データがないから駄目!」ってやつ。これは一面正しく、一面間違っている。そのソフトがどういう物なのかは勿論知らない。使ったこと無いしねw。しかし、開発国が一番知りたい部分、つまり点火の条件については
cladegifan @cladegifan
多分、あまり役に立たない物だと想像している。少なくとも、データを持っていないことがこちらの不利になる可能性は低い。何故か?アメリカもフランスもおそらくデータを持っていないからだ。考えてみて欲しい。爆発のプロセスは、数千分の一秒といった極めて短い時間に起きる。
cladegifan @cladegifan
その極めて短時間に、高い時間分解能で外殻の中の状況を計測出来る計器なんてものがあるとは思えない。それに、データをどうやって取り出すのか。電波は役に立たない。当たり前だ、中は電磁波嵐なんだから。光ファイバーでも繋ぐか?しかし、これも現実的とは思えない。
cladegifan @cladegifan
結局、起爆という最もクリティカルな状況において、豊富なデータを取り出すことは、現在でも不可能なんじゃないかと思う。まして、最後の核実験は、1996年である(中国  http://t.co/4m1rgAny  フランス  http://t.co/YDZYj1nz
cladegifan @cladegifan
その当時の技術で、起爆時に外殻の中で何が起こっているのか、正確に知る術は無かった様に思う。むしろ、優秀な数学、物理モデルを利用した有能なソフトを開発したと考えるのが妥当だろう。もちろん、そういうソフトが入手出来れば楽出来るんだろうけどね。
cladegifan @cladegifan
フランス(アメリカ?)の指定するスパコン買って、バイナリーで提供して貰えば....。リバースエンジニアリングはやらないって契約で。いや、インストとオペレーションは全てフランスの技術者がやって、こちらは計算して欲しいデータを渡すだけでってどう?今、EU金に困ってるし..。
cladegifan @cladegifan
まあ、流石にそれは無理だろうと思ったので、ここへ来た。僕自身は場の量子論を知っている程度で物性は授業を受けただけ。物性ってのは、場の量子論のいわば応用編なんだけど、モデル作成やら近似やらで独特のテクニックというか、職人的な感覚が必要になる。残念ながら素人が手を出せる領域ではない
cladegifan @cladegifan
ので依頼に来たわけだ。もちろん、彼は事情を知っている。個人的にだが、物性と量子化学はどちらも、なんとなく馴染めない。あれは職人の世界だよなーと思ったりするわけだな。でまあ、取り敢えず他人のフンドシで相撲をとりつつ、更に相撲を取るため研究室に戻る。
cladegifan @cladegifan
原子炉の設計用に販売、開発された日本中のソフトが届いていた。あまり役に立つとは思えないが、色々試してみる。実は、原子力とシミュレーションは非常に相性が良いのだ。理由は、先ほどの説明で既にお解りだと思う。実験が難しく、コストがかかるから。
cladegifan @cladegifan
福島見ていてもお解りの様に、原子炉内部がどうなっているのか、靴を何重にも履いた上から足を掻く様にしか解らない。だから、それを知る手段として、シミュレーションとい手段が非常に有用になるわけだ。しかし、これらはあくまで原子炉用である。先に書いた様に、
cladegifan @cladegifan
核爆発という極端な状況をシミュレート出来るとは思えない。と、PCにメールが入る。開けてみると暗号メールだ。decryptしてやると、「D社のSEです。以前、超臨界状態も含めた広範な状態に対応出来るモデルを思いつき、ソフトに搭載しました。論文にもまとめたのですが、危険ということで
cladegifan @cladegifan
ストップがかかり、外部への発表は控えさせられました。ソフトでも、あるレベルを超えるとハングする様にトラップを仕掛けました。バイナリーの解析を防ぐため、暗号化もかけてあります。論文と、オリジナルのソースは、安全のため直接教授にお渡ししました。パッチを添付してありますので、
cladegifan @cladegifan
それを当てて下さい。制約が解除され、多分、核の設計にも利用出来る様になると思います。御検討をお祈りしています」。ありがたい。早速、T派の知人に連絡をとり、手元に届き次第またそちらへ行くと連絡。さて、次は、本丸核融合だ。水爆では、重水素(D)と三重水素(T)の反応を利用する。
cladegifan @cladegifan
DT反応がメインとなるのだが、これは、低い温度で反応し,反応率も高いからなのだが、ことは単純では無い。一般に重水素その物では無く、リチウムで固化した重水素リチウムを用いる。中性子によってリチウムがトリチウムがトリチウムに変わり、Tとなる。そこで、DT反応が起きるとされている
cladegifan @cladegifan
わけだが、疑問もある。中性子は質量のある粒子であり、従ってスピードが遅い。1eVの中性子速度 = 1.4 × 104 m/sec 程度である。 http://t.co/pvVdi8t3 それに比較し、X線は速い。何しろ最速、光の速度である。だから、中性子が到着する前に加熱圧縮を
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コメント

言葉使い @tennteke 2012年7月22日
後で読む。なんか面白そう。>>もし理系大学院の男子学生が核兵器の開発を命じられたら 水爆編
ごん@大阪北摂 @thorzen2 2012年8月26日
一連の『もし高校科学部/理系大願員』のシリーズを映画化希望
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