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ZND理論りろん

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア(Wikipedia)』

ZND理論りろん(ZNDりろん、Zeldovich von Neumann Doering detonation model)とは、1940年代ねんだいジョン・フォン・ノイマンによってかんがされた火薬かやくばくとどろき現象げんしょう予測よそくする理論りろんである。

同年代どうねんだいソビエトヤーコフ・ゼルドビッチ同様どうよう理論りろんかんがし、ソビエトの核兵器かくへいき開発かいはつ役立やくだてたとわれている。

この理論りろんでは有限ゆうげんりつ化学かがく反応はんのうみとめ、爆発ばくはつ発熱はつねつ化学かがく反応はんのう地帯ちたいつづ無限むげんうす連続れんぞく衝撃波しょうげきは実際じっさいには平均へいきん自由じゆう行程こうていすうばい程度ていどあつみ)としてモデルし、衝撃波しょうげきはによる熱量ねつりょう増大ぞうだい爆薬ばくやく自身じしん断熱だんねつ圧縮あっしゅくによるものであるととらえ、実質じっしつてきに、爆薬ばくやく温度おんどなどの化学かがくエネルギーもすべて、前方ぜんぽう衝撃波しょうげきは伝播でんぱするために利用りようされることをしめし、ZNDモデルとして理論りろんされている。 まとめると以下いかの4てん前提ぜんてい条件じょうけんとしている。

  1. ながれはいち次元じげん
  2. 衝撃波しょうげきはめん連続れんぞくにジャンプしている。これは各種かくしゅ輸送ゆそう現象げんしょうねつ伝導でんどう放射ほうしゃ拡散かくさん粘性ねんせい)を無視むししたため
  3. 衝撃波しょうげきは通過つうかするまえ反応はんのう速度そくどは0。通過つうかしたのち反応はんのう速度そくど有限ゆうげん。そしてぎゃく反応はんのうこらない
  4. 化学かがく組成そせい以外いがいのすべてのねつ力学りきがくてき変数へんすう局所きょくしょてきねつ力学りきがく平衡へいこうたっしている。

非常ひじょう大雑把おおざっぱうと、衝撃波しょうげきはとおるとき圧力あつりょくp1連続れんぞくてきにpHまで急上昇きゅうじょうしょうする。 分子ぶんしはまず、並進へいしん自由じゆう励起れいきされ、こうガスは平衡へいこうたか並進へいしん温度おんどTtたっし、回転かいてん振動しんどうなどの自由じゆう分配ぶんぱいされTHまでがり平衡へいこうたっする。つぎ発熱はつねつすくない連鎖れんさ反応はんのうすすみ、その発熱はつねつ反応はんのう移行いこう温度おんど若干じゃっかん上昇じょうしょうしTBとなる。

だい世界せかい大戦たいせんなかマンハッタン計画けいかくなか原爆げんばくばくちぢみレンズつくるには従来じゅうらいCJ理論りろんでは精密せいみつばくちぢみ制御せいぎょ計算けいさんすることが困難こんなんであった。 とくばくちぢみレンズはばくそくことなる複数ふくすう種類しゅるい爆薬ばくやくわせて使つかうため、より高度こうど精密せいみつ演算えんざん方法ほうほう理論りろんもとめられたところから開発かいはつされた。

CJ理論りろんくらべて大変たいへん複雑ふくざつ計算けいさんりょうおお方式ほうしきであるため、コンピューターのかった当時とうじはその計算けいさんには膨大ぼうだい労力ろうりょくようしたとわれ、原爆げんばくひとつをつくるのに有能ゆうのう数学すうがくしゃチームそうがかりでも、計算けいさんだけで10ヶ月かげつようしたとわれている。

1920年代ねんだい後半こうはんにはばくとどろきなみ実際じっさいには計算けいさんもとめられているようないち次元じげんではなく複雑ふくざつさん次元じげん構造こうぞうつことがしめされていたが1950年代ねんだいになるとさん重点じゅうてん複雑ふくざつさん次元じげん構造こうぞうであることが判明はんめいしてきた。

1940年代ねんだい以降いこうにはこれよりも発展はってんしたじゅんさん次元じげんてきノズル理論りろん湾曲わんきょく波面はめん理論りろんなどが登場とうじょうしているが、 ZNDモデルは一定いってい速度そくど伝播でんぱする定常ていじょうばくとどろきかんしては十分じゅうぶん精度せいど近似きんじするもとめることが可能かのうであり、現在げんざいでもばくとどろき計算けいさんにはCJ理論りろんならんで、ZND理論りろんひろもちいられている。

この理論りろん核兵器かくへいき製造せいぞう必須ひっすであるが、特別とくべつ機密きみつ事項じこうというわけではなく、理論りろんそのものは大学だいがくなどで火薬かやくがく研究けんきゅうおしえられており、論文ろんぶん著書ちょしょ公開こうかいされている。ただし、非常ひじょう難解なんかいであるため実用じつようできるほどのばくちぢみレンズつくれる人材じんざいるかどうかはまったくのべつ問題もんだいである。きょくりつをもち、変化へんかする衝撃波しょうげきはあつかいはZND理論りろんかぎらずきわめて難解なんかいである。

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