Yüzeye Yakın Patlamalar İçin Nükleer Silah Etkilerine Yeni Bir Bakış
Bir Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) ekibi, Dünya yüzeyine yakın nükleer silah patlamalarının etkilerinde ve görünür verimlerinde nasıl komplikasyonlar yarattığına daha yakından baktı. Düşük patlama yüksekliklerine sahip olaylardan elde edilen verileri ilişkilendirme girişimleri, sert yüzeylerden geri dönen güçlü patlama dalgalarının teorik tedavisini iyileştirme ihtiyacını ortaya çıkardı.
Bu, ilk olarak 1940’larda GI Taylor tarafından geliştirilen atmosferdeki güçlü şokların temel teorisinin genişletilmesine yol açtı. Çalışma, Laboratuvar ekibinin yüzeye yakın patlamalar için nükleer silah etkilerine ilişkin temel anlayışında bir gelişmeyi temsil ediyor. Sonuçlar, bir nükleer patlamanın ürettiği şok dalgasının, bir yüzeyden yansıdığında temel bir ölçeklendirme yasasını takip etmeye devam ettiğini ve bu da ekibin, kentsel ortamlar da dahil olmak üzere çeşitli durumlarda patlamanın yaratacağı hasarı daha doğru bir şekilde tahmin etmesine olanak tanıdığını gösteriyor.
Bulunan bulgular, Royal Society Publishing’in Bildirileri A, Andy Cook, Joe Bauer ve Greg Spriggs tarafından yazılmıştır. “Bir Patlama Dalgasının Çok Yoğun Bir Patlamayla Yansıması” adlı çalışma da yayının kapağında yer alıyor.
Makale, Taylor’ın patlama dalgasının geometrik benzerliğinin ideal bir yüzeyden yansımanın ötesinde devam ettiğini gösteriyor. Yüzeye çarptığında, patlama dalgasının küresel simetrisi kaybolur, ancak silindirik simetrisi devam eder. Ayna benzeri bir yüzeyin varlığında eksen simetrisinin, geometrik benzerliğin ve düzlemsel simetrinin korunması, patlama yüksekliği (HOB) ve yüzeydeki şok varış zamanı ile ölçeklendiğinde tüm akış çözümlerinin çökmesine neden olur. Herhangi bir verim, HOB ve ortam hava yoğunluğu için ölçeklendirilmiş püskürtme hacmi, hem yansımadan önce hem de sonra tüm ölçeklenen zamanlar için tek bir evrensel yörüngeyi takip eder.
Takım kullandı Miranda kodu ve Ruby süper bilgisayarı, teoriyi sayısal simülasyonlarla karşılaştırmak ve Miranda’nın ideal bir atmosferde güçlü bir patlama dalgası için Taylor’ın benzerlik çözümünü yeniden ürettiğini doğruladı.
Cook, “Veri toplamadan ve sonuçları toplamadan önce, yanıt değişmeyene kadar ızgarayı rafine ederek yakınsama çalışmaları yaptık” dedi. “Ardından farklı nükleer verimler, patlama yükseklikleri ve ortam hava yoğunlukları için yakınsanmış çözünürlükte bir dizi simülasyon gerçekleştirdik. Ölçeklendirilmiş patlama hacminin her durumda aynı boyutsuz eğriye düştüğünü bulduk. Simülasyonlar, birkaç milimetreden birkaç kilometreye kadar olan ölçekleri kapsıyordu. En büyük simülasyonlar 3.136 işlemci kullandı ve bir hafta boyunca çalıştı.”
Stratejik Sonuç Değerlendirmesi (SCA) hava püskürtme ekibi, ideal olmayan ortamlarda nükleer patlamaları simüle etmek için Miranda kodunu kullanır. “İdeal olmayan hava patlaması” Nevada çölünden daha karmaşık olan herhangi bir şeyi ifade eder, örneğin dağlık arazide veya su üzerinde veya yağmur veya kar varlığında patlamalar. Bu ortamlar, patlama dalgasını, doğru simülasyonlarla karakterize edilmesi gereken operasyonel açıdan önemli şekillerde değiştirir. Yüksek kaliteli patlama simülasyonları, silah tasarımcılarının belirli senaryolar için belirli tasarımların etkinliğini değerlendirmelerini sağlar.
Ekip, Dünya yüzeyine yakın nükleer silah patlamalarını anlamanın ulus için önemli olduğunu söyledi.
Spriggs, “Yüksek verimli bir cihazın hasarını çok çeşitli durumlarda, özellikle kentsel ortamlarda doğru bir şekilde tahmin etme yeteneğine sahip olmak, ulusal güvenliğimiz için büyük önem taşıyor” dedi. “Bu bilgi, Amerika Birleşik Devletleri’nin saldırıya uğraması veya son Beyrut patlaması gibi feci bir kaza olması durumunda, hasarı önceden hesaplamamızı ve acil müdahale personeline rehberlik etmemizi sağlıyor.”
Araştırma, Spriggs’in baş araştırmacı olarak görev yaptığı LLNL’deki Silahlar ve Kompleks Entegrasyon Müdürlüğü bünyesindeki Laboratuar Tasarım Fiziği Bölümü tarafından barındırılan “Film Tarama ve Yeniden Analiz Projesi” tarafından toplanan onlarca yıllık verilerden doğdu. Çalışma ayrıca LLNL’nin Laboratuvar Yönlendirmeli Araştırma ve Geliştirme Programı ve Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi’nin Görev Etkinliği Programı tarafından da desteklenmiştir.
Spriggs, “Nükleer patlamaların farklı ortamlardaki etkileri hakkında ne kadar çok şey bilirsek, yanıt vermeye o kadar hazırlıklı olacağız” dedi. “Bu yeni sonuçlar, çevre ile etkileşime giren nükleer patlamalar için daha doğru ve eksiksiz bir teorinin temelini oluşturuyor. Eski atmosferik test filmlerinden toplanan çok sayıda başka efekt henüz açıklanmadı.”
Referans: Andrew W. Cook, Joseph D. Bauer ve Gregory D. Spriggs, 2 Haziran 2021, “Bir patlama dalgasının çok yoğun bir patlamayla yansıması”, Kraliyet Cemiyeti Bildirileri.
DOI: 10.1098 / rspa.2021.0154