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ZND理論

索引 ZND理論

ZND理論(ZNDりろん、Zeldovich von Neumann Doering detonation model)とは、1940年代にジョン・フォン・ノイマンによって考え出された火薬の爆轟現象を予測する理論である。 同年代にソビエトのヤーコフ・ゼルドビッチも同様の理論を考え出し、ソビエトの核兵器開発に役立てたと言われている。 この理論では有限率化学反応を認め、爆発を発熱化学反応の地帯が続く無限に薄い非連続な衝撃波(実際には平均自由行程の数倍程度の厚み)としてモデル化し、衝撃波による熱量の増大が爆薬自身の断熱圧縮によるものであると捉え、実質的に、爆薬の持つ温度などの化学エネルギーも全て、前方へ衝撃波を伝播するために利用されることを示し、ZNDモデルとして理論化されている。 まとめると以下の4点を前提条件としている。.

26 関係: 原子爆弾平均自由行程平行移動化学反応マンハッタン計画ヤーコフ・ゼルドビッチランキン・ユゴニオの式ジョン・フォン・ノイマンソビエトソニックブームCJ理論火薬火薬学第二次世界大戦爆縮爆縮レンズ爆発爆轟熱力学燃焼工学衝撃波自由度核兵器流体力学断熱過程曲率

原子爆弾

長崎に投下された原子爆弾のキノコ雲1945年8月9日 広島型原爆(リトルボーイ)による被害者の一人。(1945年10月。日本赤十字病院において) 原子爆弾(げんしばくだん、原爆、atomic bomb)は、ウランやプルトニウムなどの元素の原子核が起こす核分裂反応を使用した核爆弾で、初めて実用化された核兵器でもある。原子爆弾は、核爆発装置に含まれる。水素爆弾を含めて「原水爆」とも呼ばれる。 核兵器は通常兵器と比較して威力が極めて大きいため、大量破壊兵器として核不拡散条約や部分的核実験禁止条約などで規制されており、核廃絶を求める主張もある。.

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平均自由行程

平均自由行程(へいきんじゆうこうてい、mean free path)または平均自由行路(へいきんじゆうこうろ)とは、物理学や化学のうち、気体分子運動論において、分子や電子などの粒子が、散乱源(同じ粒子の場合もあれば、異なる粒子の場合もある)による散乱(衝突)で妨害されること無く進むことのできる距離(これを自由行程という)の平均値のことを言う。粒子が平均自由行程だけ運動すると、平均として必ず他の粒子と1回衝突する。 平均自由行程は、その系の特性や粒子により異なってくる。そのため、一般的な場合、ランダムな速度を持った粒子が、散乱源に衝突するまでの距離として、次の式で表記される。 ただし、\ellは平均自由行程(単位m)で、n は散乱源の数密度(m-3)、σは散乱時の有効断面積(m2)である。粒子の速度がマクスウェル分布に従うと仮定される場合、平均自由行程は次式で表せる。.

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平行移動

ユークリッド幾何学における平行移動(へいこういどう、translation)は全ての 点を決まった方向に一定の距離だけ動かす写像である。 物理学における平行移動は並進運動 (translational motion) と呼ばれる。.

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化学反応

化学反応(かがくはんのう、chemical reaction)は、化学変化の事、もしくは化学変化が起こる過程の事をいう。化学変化とは1つ以上の化学物質を別の1つ以上の化学物質へと変化する事で、反応前化学物質を構成する原子同士が結合されたり、逆に結合が切断されたり、あるいは化学物質の分子から電子が放出されたり、逆に電子を取り込んだりする。広義には溶媒が溶質に溶ける変化や原子のある同位体が別の同位体に変わる変化、液体が固体に変わる変化MF2等も化学変化という。 化学変化の前後では、化学物質の分子を構成する原子の結合が変わって別の分子に変化する事はあるが、原子そのものが別の原子番号の原子に変わる事はない(ただし原子間の電子の授受や同位体の変化はある)。この点で原子そのものが別の原子に変化する原子核反応とは大きく異なる。 化学反応では反応前の化学物質を反応物(reactant)、反応後の化学物質を生成物(product)といい、その過程は化学反応式で表記される。例えば反応物である(塩酸)とNaOH(水酸化ナトリウム)が化学反応して生成物であるH2O(水分子)とNaCl(食塩)ができあがる状況を示した化学反応式は と表記される。.

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マンハッタン計画

マンハッタン計画(マンハッタンけいかく、Manhattan Project)は、第二次世界大戦中、ナチス・ドイツなどの一部枢軸国の原子爆弾開発に焦ったアメリカ、イギリス、カナダが原子爆弾開発・製造のために、科学者、技術者を総動員した計画である。計画は成功し、原子爆弾が製造され、1945年7月16日世界で初めて原爆実験を実施した。さらに、広島に同年8月6日・長崎に8月9日に投下、合計数十万人が犠牲になり、また戦争後の冷戦構造を生み出すきっかけともなった。 科学部門のリーダーはロバート・オッペンハイマーがあたった。大規模な計画を効率的に運営するために管理工学が使用された。 なお、計画の名は、当初の本部がニューヨーク・マンハッタンに置かれていたため、一般に軍が工区名をつける際のやり方に倣って「マンハッタン・プロジェクト」とした。最初は「代用物質開発研究所 (Laboratory for the Development of Substitute Materials)」と命名されたが、これを知った(後にプロジェクトを牽引することになる)レズリー・グローヴスが、その名称は好奇心を掻き立てるだけであるとして新たに提案したのが採用されたものである。.

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ヤーコフ・ゼルドビッチ

ヤーコフ・ボリソヴィチ・ゼルドヴィチ(露:Я́ков Бори́сович Зельдо́вич、英:Yakov Borisovich Zel'dovich、1914年3月8日 – 1987年12月2日)は、ソビエト連邦の物理学者である。ソビエトの核兵器の開発に重要な役割をはたし、核物理学、素粒子物理学、天体物理学、相対性理論の分野で重要な業績をあげた。.

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ランキン・ユゴニオの式

ランキン・ユゴニオの式(ランキン・ユゴニオのしき、Rankine-Hugoniot equation)、またはランキン・ユゴニオ関係式とは、垂直衝撃波の通過前後における物理量の関係を表す次の式のことである: & \frac.

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ジョン・フォン・ノイマン

ョン・フォン・ノイマン(ハンガリー名:Neumann János(ナイマン・ヤーノシュ、)、ドイツ名:ヨハネス・ルートヴィヒ・フォン・ノイマン、John von Neumann, Margittai Neumann János Lajos, Johannes Ludwig von Neumann, 1903年12月28日 - 1957年2月8日)はハンガリー出身のアメリカ合衆国の数学者。20世紀科学史における最重要人物の一人。数学・物理学・工学・計算機科学・経済学・気象学・心理学・政治学に影響を与えた。第二次世界大戦中の原子爆弾開発や、その後の核政策への関与でも知られる。.

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ソビエト

ビエト(ロシア語:Совет サヴィェート)とは、ロシア革命時において、社会主義者の働きかけもありながらも主として自然発生的に形成された労働者・農民・兵士の評議会(理事会)。もしくはそれらの(名目上の)後継組織であるソビエト連邦の議会。ラテン文字表記は英語では「Soviet」が一般的。日本語カタカナ表記としては「ソビエト」や「ソヴィエト」が比較的よく用いられるが、まれに「ソヴェト」「ソヴェート」「ソビエット」という表記もある。.

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ソニックブーム

ニックブーム(sonic boom)とは、主に戦闘機などの超音速飛行により発生する衝撃波が生む、轟くような大音響のこと。衝撃波以外の原因で生じる単発的な大音響を含める場合もある。 地上で観測される轟音は衝撃波が減衰したものと、地上の物体を衝撃波が広範囲に鳴動させて発生するものが主体で、空中の飛行機内などでは轟くような音にならない(何かがぶつかったように聞こえる)。.

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CJ理論

CJ理論 CJ理論(CJりろん、Chapman-Jouguet condition)とは、デヴィッド・レナード・チャップマン(David Leonard Chapman, 1869年–1958年)とジャック・ジュグエ(Jacques Charles Emile Jouguet, 1871年–1943年)が提唱した流体力学と熱力学に基づく一次元の定常爆轟波に関する理論である。チャップマンは1899年、ジュグエは1906年に論文を発表している。 現在でも爆薬の計算には広く用いられている最も一般的な爆轟理論である。 CJ理論では爆薬中を伝わる爆轟波の構造は図のようになっていると考えられている。爆薬の中に衝撃波が入射すると爆薬が反応を開始して衝撃波の背後に反応帯が出来る。この反応が一応、終わったとみなされる点がC-J点 (Chapman-Jouguet Point) である。衝撃波の先端からC-J点までの距離を反応帯の幅としている。 爆薬の爆轟により空気中にも衝撃波が投射される。そのため、爆発生成ガス中には逆に希薄波が発生し、希薄波の内部では圧力が低下するために反応が弱められる。爆薬中の衝撃波面と希薄波に囲まれた部分を爆轟頭と言う。.

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火薬

無煙火薬 火薬(かやく)は、熱や衝撃などにより急激な燃焼反応をおこす物質(爆発物)のことを指す。狭義には最初に実用化された黒色火薬のことであり、ガン・パウダーの英名通り、銃砲に利用され戦争の歴史に革命をもたらした。また江戸時代には焔硝(えんしょう)の語がよくつかわれ、昭和30年代頃までは、玩具に使われる火薬を焔硝と言う地方も多かった。 GHSにおける火薬類とは、Explosives(爆発物)のことである。.

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火薬学

火薬学(かやくがく、Explosives Engineering)は、火薬類の分類や取り扱い、法令などに関する学問である。.

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第二次世界大戦

二次世界大戦(だいにじせかいたいせん、Zweiter Weltkrieg、World War II)は、1939年から1945年までの6年間、ドイツ、日本、イタリアの日独伊三国同盟を中心とする枢軸国陣営と、イギリス、ソビエト連邦、アメリカ 、などの連合国陣営との間で戦われた全世界的規模の巨大戦争。1939年9月のドイツ軍によるポーランド侵攻と続くソ連軍による侵攻、そして英仏からドイツへの宣戦布告はいずれもヨーロッパを戦場とした。その後1941年12月の日本とイギリス、アメリカ、オランダとの開戦によって、戦火は文字通り全世界に拡大し、人類史上最大の大戦争となった。.

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爆縮

縮(ばくしゅく、implosion)は、全周囲からの圧力で押しつぶされる破壊現象のこと。 なお英語におけるimplosionはexplosion(爆発)という単語のex-(外へ)という接頭辞をin-(内へ)に置き換えた造語である。.

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爆縮レンズ

縮レンズ(ばくしゅくレンズ)とは、原子爆弾に核分裂反応を発生させるための技術のひとつである。爆発をレンズのように収斂させるためで、レンズと直接の関係はない。.

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爆発

(ばくはつ、explosion)とは、.

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爆轟

轟(ばくごう、detonation)とは、気体の急速な熱膨張の速度が音速を超え衝撃波を伴いながら燃焼する現象である。.

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熱力学

熱力学(ねつりきがく、thermodynamics)は、物理学の一分野で、熱や物質の輸送現象やそれに伴う力学的な仕事についてを、系の巨視的性質から扱う学問。アボガドロ定数個程度の分子から成る物質の巨視的な性質を巨視的な物理量(エネルギー、温度、エントロピー、圧力、体積、物質量または分子数、化学ポテンシャルなど)を用いて記述する。 熱力学には大きく分けて「平衡系の熱力学」と「非平衡系の熱力学」がある。「非平衡系の熱力学」はまだ、限られた状況でしか成り立たないような理論しかできていないので、単に「熱力学」と言えば、普通は「平衡系の熱力学」のことを指す。両者を区別する場合、平衡系の熱力学を平衡熱力学、非平衡系の熱力学を非平衡熱力学 と呼ぶ。 ここでいう平衡 とは熱力学的平衡、つまり熱平衡、力学的平衡、化学平衡の三者を意味し、系の熱力学的(巨視的)状態量が変化しない状態を意味する。 平衡熱力学は(すなわち通常の熱力学は)、系の平衡状態とそれぞれの平衡状態を結ぶ過程とによって特徴付ける。平衡熱力学において扱う過程は、その始状態と終状態が平衡状態であるということを除いて、系の状態に制限を与えない。 熱力学と関係の深い物理学の分野として統計力学がある。統計力学は熱力学を古典力学や量子力学の立場から説明する試みであり、熱力学と統計力学は体系としては独立している。しかしながら、系の平衡状態を統計力学的に記述し、系の状態の遷移については熱力学によって記述するといったように、一つの現象や定理に対して両者の結果を援用している 。しかしながら、アインシュタインはこの手法を否定している。.

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燃焼工学

燃焼工学(ねんしょうこうがく、)は、燃焼に関する工学の一分野である。熱工学に近接しているが、燃焼現象を化学的・物理学的側面から捉え、エネルギー効率の向上、燃焼機器の改良などに役立てることなどを目的としている。.

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衝撃波

衝撃波(しょうげきは、shock wave)は、主に流体中を伝播する、圧力などの不連続な変化のことであり、圧力波の一種である。.

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自由度

自由度(じゆうど、degree of freedom)とは、一般に、変数のうち独立に選べるものの数、すなわち、全変数の数から、それら相互間に成り立つ関係式(束縛条件、拘束条件)の数を引いたものである。数学的に言えば、多様体の次元である。「自由度1」、「1自由度」などと表現する。 自由度は、力学、機構学、統計学などで使用され、意味は上記の定義に準じるが、それぞれの具体的に示唆する処は異なる。.

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核兵器

核兵器(かくへいき、nuclear weapon)は、核分裂の連鎖反応、または核融合反応で放出される膨大なエネルギーを利用して、爆風、熱放射や放射線効果などの作用を破壊に用いる兵器の総称。原子爆弾、水素爆弾、中性子爆弾等の核爆弾(核弾頭)とそれを運搬する運搬兵器で構成されている。 核兵器は生物兵器、化学兵器と合わせてNBC兵器(又はABC兵器)と呼ばれる大量破壊兵器である。一部放射能兵器も含めて核兵器と称する場合があるが、厳密には放射能兵器を核兵器に分類するのは誤りである。 核兵器は、人類が開発した最も強力な兵器の一つであり、その爆発は一発で都市を壊滅させる事も可能である。そのような威力ゆえに、20世紀後半に配備数が増えるにつれ核戦争の脅威が想定されるようになり、単なる兵器としてだけではなく、国家の命運、人類の存亡にも影響するものとして、開発・配備への動きのみならず、規制・廃棄の動きなど様々な議論の対象となってきた。また、実戦使用されたのがアメリカ合衆国による、第二次世界大戦における二発(広島・長崎)のみであり、使用ではなく、主に配備による抑止力として、その意義が評価されている側面を持つ。 核兵器は核分裂を主とする原子爆弾と核融合を主とする水素爆弾の大きく二つに分類される。原子爆弾は大威力化に限界があり、水素爆弾の方が最大威力は大きくすることができる。また、兵器の形態としても、開発当初は大型航空爆弾のみであったが、プルトニウム型の場合高度な製造技術を必要とする反面、小型化が可能でありミサイルや魚雷の弾頭、砲弾までも様々なものが開発されている。.

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流体力学

流体力学(りゅうたいりきがく、fluid dynamics / fluid mechanics)とは、流体の静止状態や運動状態での性質、また流体中での物体の運動を研究する、力学の一分野。.

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断熱過程

断熱過程(だんねつかてい、)とは、外部との熱のやりとり(熱接触)がない状況で、系をある状態から別の状態へと変化させる熱力学的な過程である。.

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曲率

曲率(きょくりつ、)とは曲線や曲面の曲がり具合を表す量である。 例えば、半径 r の円周の曲率は 1/r であり、曲がり具合がきついほど曲率は大きくなる。この概念はより抽象的な図形である多様体においても用いられる。曲面上の曲線の曲率を最初に研究したのは、ホイヘンスとされ、ニュートンの貢献もさることながら、オイラーは曲率の研究に本格的に取り組んだ。その他モンジュ、ベルヌーイ、ムーニエなども研究した。.

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