爆風半径計算機
さまざまな爆発シナリオの爆風半径、過圧効果、安全距離を計算します。
爆薬量、起爆高度、爆心からの距離、爆発タイプ、安全係数を入力すると、実証済みの爆発物理に基づいて過圧、火球半径、危険区域の境界を算出します。
爆風半径計算機
さまざまな爆発シナリオの爆風半径、過圧効果、安全距離を計算します。
爆風半径計算機について
爆薬が起爆すると、極めて短時間に莫大なエネルギーが放出され、急速に膨張する高圧気体の殻、すなわち爆風が生じます。この波の破壊範囲を理解することは、安全計画、軍事用途、事故調査、解体工学において不可欠です。爆風半径計算機は、Hopkinson–Cranz の立方根則と Brode の経験的過圧モデルを用いて、任意距離での爆風効果を推定します。
Hopkinson–Cranz 則（立方根スケーリングとも呼ばれます）は、同じ形状と組成を持つ異なる規模の爆薬から生じる爆風は、装薬量の立方根で距離をスケーリングすると幾何学的に相似になると述べます。換算距離は Z = R / W^(1/3) と定義され、R は実距離（メートル）、W は TNT 換算質量（キログラム）です。Z が同じなら、絶対的な爆薬量に関係なく同じピーク過圧が得られます。これが、換算距離がすべての経験的爆風モデルで基本となる独立変数である理由です。
ここで用いるピーク過圧モデルは Brode（1955）の式です：P_s = P_atm × (0.84/Z + 0.27/Z² + 0.70/Z³)、ここで P_atm = 101.325 kPa は標準大気圧です。この式は Z > 0.1 m/kg^(1/3) の範囲で良好な近似を与え、安全計算に関連する遠方場から中間場をカバーします。火球の近傍（Z < 0.1）では過大評価になり、極遠方場（Z > 100）では音響近似の方が適切です。
有効爆薬量は起爆幾何に応じて調整されます。地表爆発では地面反射によって半球状の衝撃波が上半球に集中するため、実質的に爆薬量が増加し、W_eff = 1.8 × W となります。空中爆発は球対称に放射し、W_eff = W です。地下爆発は一部のエネルギーが土壌に結合するため、空気爆風成分の W_eff ≈ 0.7 × W となります。
Brode モデルから導かれる主な損傷閾値は、Z ≈ 1.4 m/kg^(1/3) が 100 kPa（1 気圧の過圧、無防護の人に致命的）、Z ≈ 3.0 が 34.5 kPa（5 psi、爆風安全基準で一般的な危険区域境界）、Z ≈ 12 が約 7 kPa（1 psi、窓ガラス破損や軽微な構造損傷の閾値）です。火球半径は実験データから r_fireball ≈ 3.9 × W^(1/3) メートルと推定されます。
安全係数は、設計余裕を確保するためにすべての重要半径に乗じます。爆薬の貯蔵・取扱いに関する規格（例：DoD 6055.9、NATO AASTP-1）では、居住建築物に対して 1.5〜2.0 の安全係数が通常求められます。実際の用途では、必ず適用法規を確認し、認定爆薬技術者に相談してください。
爆風半径の例
下の表は、代表的な爆発シナリオにおける過圧と安全距離を示しています。
| パラメータ | 主な結果 | シナリオ |
|---|---|---|
| 100 kg TNT, 地表爆発, R=50 m, SF=1.5 | Z ≈ 8.86 m/kg^(1/3), P_s ≈ 10.1 kPa（中程度）, R_danger ≈ 25 m | 軍用爆薬装薬 |
| 500 kg TNT, 地表爆発, R=100 m, SF=2.0 | Z ≈ 10.4 m/kg^(1/3), P_s ≈ 8.5 kPa（中程度）, R_danger ≈ 57 m | 制御された建物解体 |
| 50 kg TNT, 空中爆発, h=20 m, R=30 m, SF=1.0 | Z ≈ 9.79 m/kg^(1/3), P_s ≈ 9.1 kPa（中程度）, R_danger ≈ 11 m | 空中起爆シナリオ |
爆風半径計算機の使い方
- TNT 換算で爆薬量を入力します。TNT 以外の爆薬を使う場合は、実際の質量に TNT 換算係数を掛けてください（例：C-4 ≈ 1.34、ANFO ≈ 0.82）。
- 起爆高度をメートル単位で入力します。地表爆発なら 0 を入力してください。
- 過圧を評価したい爆心からの距離をメートル単位で入力します。
- 爆発タイプを選択します。Surface は地表爆発（地面反射で増強）、Air burst は高所での起爆、Underground は地下爆発です。
- 安全係数（最小 1.0、安全重視の用途では 1.5〜2.0 推奨）を設定し、［計算］をクリックして過圧、火球半径、危険区域半径を確認します。
よくある質問
換算距離とは何ですか。なぜ有用なのですか。
換算距離 Z = R / W^(1/3) は、異なる規模の装薬から得られる爆風データを 1 本の曲線にまとめる無次元（または次元付き）の量です。爆風伝播の物理は放出エネルギーの立方根でスケールするため、同じ Z なら装薬の絶対規模に関係なく同じピーク過圧が生じます。これにより、小規模試験データをより大きな爆薬量へ外挿できます。
地表爆発と空中爆発の違いは何ですか。
地表爆発は地面上、またはごく近くで起こります。反射衝撃波はほぼ直ちに入射波と合流し、実質的に実際の爆薬量の約 1.8 倍に相当する半球状爆風を形成します。空中爆発は高度で起こり、入射球面波が地面に達するとより遅い反射波が生じ、遠距離でマッハステムを形成します。総エネルギーは同じでも、空間分布が異なります。
ピーク過圧は実際には何を意味しますか。
ピーク過圧とは、爆風中で周囲大気圧（101.325 kPa）を上回る最大瞬間圧力です。7 kPa（1 psi）では窓が割れ、飛散ガラスで負傷するおそれがあります。34.5 kPa（5 psi）では住宅構造に大きな損傷が生じます。100 kPa（1 気圧）ではコンクリートや組積造が崩壊し、無防護の人は致命的な肺・耳の損傷を受けます。
Brode の過圧式はどの程度正確ですか。
Brode 式は Z = 0.2 〜 50 m/kg^(1/3) の範囲で、安全計画に適した概算精度を提供します。精密な工学設計には、より広い範囲をカバーし、より大きなデータセットでフィットされた Kingery-Bulmash 多項式（1984）が標準です。非常に近距離の効果（Z < 0.2）には、流体力学シミュレーションコードが必要です。
TNT 換算係数とは何ですか。
爆薬ごとに 1 kg あたりの放出エネルギーは異なります。TNT 換算係数は、すべての爆薬を TNT の性能（4.610 MJ/kg）に正規化するものです。一般的な換算値は、ANFO ≈ 0.82、PETN ≈ 1.27、C-4（RDX 系）≈ 1.34、TATP ≈ 0.88、黒色火薬 ≈ 0.50 です。実際の装薬質量に換算係数を掛けると、この計算機の入力値になります。
この計算機は核兵器にも使えますか。
大規模な通常爆薬や小型戦術核装置では、Hopkinson-Cranz スケーリングと Brode モデルにより合理的な初期推定が可能です。ただし、核爆発には熱放射、核放射線、電磁パルス効果があり、これらは通常爆発には存在しないため、別個のモデルが必要です。本計算機を核効果推定の唯一の根拠として使用しないでください。