계산 방법: 시뮬레이터는 핵폭발 효과를 어떻게 계산하나
시뮬레이터가 지도에 그리는 모든 것은 공개되어 있는, 기밀 해제된 핵무기 효과 모델로 계산됩니다. 이 페이지는 그 숫자가 어디서 나왔고 어떤 가정 위에 서 있는지 설명합니다.
주요 출처
핵심 참고 문헌은 새뮤얼 글래스톤과 필립 J. 돌런의 The Effects of Nuclear Weapons(3판, 1977)입니다. 한때 미국 정부의 공식 자료였던 핵 효과 데이터의 표준 편람으로, 오래전에 기밀이 해제되어 누구나 볼 수 있습니다. 보조적인 관계식은 E. 로이스 플레처의 척도화 연구, 미국 기술평가국의 The Effects of Nuclear War(1979), 그리고 알렉스 웰러스타인의 NUKEMAP 프로젝트가 널리 알린 공개 방정식에서 가져왔습니다.
폭풍 과압
폭풍 피해는 과압을 psi(제곱인치당 파운드) 단위로 나타냅니다. 거리는 위력의 세제곱근에 비례해 늘어납니다(홉킨슨–크란츠 척도 법칙). 즉 위력이 8배인 폭탄이라도 각 압력 반경은 2배만 넓어집니다. 시뮬레이터의 기본 반경은 널리 검증된 피해 기준에 맞춰져 있습니다. 20 psi — 철근 콘크리트 건물이 파괴되고 사망률이 100%에 가까움. 5 psi — 대부분의 주택이 붕괴. 1 psi — 유리창이 깨져 부상을 일으킴. 공중 폭발의 경우, 원하는 과압의 반경이 최대가 되도록 폭발 고도를 최적화할 수 있습니다.
열복사
열복사 반경은 열 펄스가 특정 확률로 1도·2도·3도 화상을 일으키거나 마른 나무에 불을 붙일 만큼의 에너지(cal/cm²)를 전달하는 경사 거리를 보여줍니다. 필요한 에너지는 위력이 커져도 천천히 늘어나는데, 큰 폭발일수록 펄스를 더 오래 내보내기 때문입니다. 이 모델은 대기 시정이 비교적 좋다고 가정합니다. 안개, 구름, 그림자는 실제 결과를 크게 바꿉니다.
전리 방사선
방사선 반경은 초기 중성자와 감마선의 방출로 즉발 선량(rem)이 전달되는 거리를 보여줍니다. 500–600 rem의 선량은 집중 치료 없이는 대개 치명적입니다. 위력이 큰 무기에서는 치명적인 폭풍·열복사 반경이 즉발 방사선 반경을 훨씬 넘어서기 때문에, 이 효과는 히로시마급의 작은 무기에서 가장 중요합니다.
낙진
낙진 띠는 지표 폭발을 기준으로 계산합니다(화구가 땅에 닿지 않는 공중 폭발은 국지적 낙진을 거의 만들지 않습니다). 입력값은 위력, 핵분열 비율, 풍속과 풍향이며, 출력은 폭발 1시간 후(「H+1」) 기준의 시간당 rad 단위 선량률 등고선입니다. 공개 문헌에 설명된 SIMFIC 방식의 단순화 모델을 따릅니다. 실제 낙진은 훨씬 더 어지럽습니다. 고도별 바람, 비, 지형에 따라 달라지기 때문입니다.
지형과 건물
지도의 모든 반경은 평평하고 트인 땅을 기준으로 계산되며, 고전적인 참고 모델들도 같은 방식으로 만들어졌습니다. 실제 지형은 그림을 바꿉니다. 열 섬광은 직진하므로 능선이나 튼튼한 건물 뒤에 있는 것은 화상에서 보호되고, 화구를 마주 보는 노출된 비탈은 더 심하게 당합니다. 폭풍파는 장애물을 돌아가지만, 그래도 언덕은 반대편에서 폭풍파를 약화시키며, 계곡과 길게 뻗은 직선 도로는 폭풍파를 한 방향으로 몰아줄 수 있습니다. 나가사키가 교과서적인 예입니다. 폭탄은 우라카미 계곡 위에서 터졌고, 주변 언덕이 파괴의 상당 부분을 가둔 덕에 언덕 뒤편의 도심은 반경만으로 예상되는 것보다 훨씬 적은 피해를 입었습니다. 고층 건물이 빽빽한 지역은 그 나름의 차폐와 잔해를 더합니다. 반경은 이상화된 평평한 도시에 대한 규모 추정치로 받아들이시고, 골목 단위의 피해 지도로는 여기지 마십시오.
이 일부를 보여주기 위해 지도는 폭발 때마다 지형 그늘을 그립니다. 공개 고도 데이터를 사용해 시뮬레이터는 화구에서 720개의 광선을 쏘아 — 실제 폭발 고도에서, 지구 곡률까지 반영해 — 화상 반경 안에서 화구가 보이지 않는 모든 지점을 파란 빗금으로 표시합니다. 시선이 닿지 않으면 열 섬광에 의한 화상도 없습니다. 건물은 포함되지 않는데, 전 세계 건물 높이 데이터가 존재하지 않기 때문입니다. 큰 능선 깊숙한 뒤편에 숨은 지역(시선이 지표보다 150 m 넘게 아래로 지나가는 곳)은 폭풍 반경 안에서 빨간 빗금으로 표시하여, 그곳의 폭풍파가 아마 더 약할 것이라는 정성적 힌트를 줍니다. 폭풍 반경 자체는 원형을 유지하는데, 충격파가 실제 지형을 어떻게 휘감는지 계산하려면 완전한 물리 시뮬레이션이 필요하기 때문입니다. 키이우나 히로시마 대부분처럼 평평한 땅에서는 그늘이 거의 사라집니다 — 당연히 그래야 합니다.
사상자 추정
폭발 때마다 시뮬레이터는 사망자와 부상자 수를 추정합니다. 피해 반경 안의 1제곱킬로미터마다 거주 인구를 GHS-POP 2025 인구 격자(30각초, 약 1 km; 유럽위원회 공동연구센터, Global Human Settlement Layer, CC BY 4.0)로 세고, 미국 기술평가국의 연구 The Effects of Nuclear War(1979)에 실린 과압별 사상률을 적용합니다. 12 psi 이상에서는 약 98% 사망, 5–12 psi에서는 50% 사망·40% 부상, 2–5 psi에서는 5% 사망·45% 부상, 1–2 psi에서는 약 25% 부상입니다. 즉발 방사선이 중(重)폭풍 구역 밖까지 미치는 작은 무기의 경우, 500 rem 반경 안에 있는 사람의 최소 절반을 사망으로 계산합니다.
이 숫자는 대략적인 자릿수 추정이지 예측이 아닙니다. 인구 격자는 사람들이 어디에 사는지를 보여줄 뿐이므로, 낮 시간에 업무 지구를 노린 공격은 훨씬 더 많은 사람에게 영향을 줄 것입니다. 대피소, 화염 폭풍, 방사성 낙진, 의료 체계 붕괴는 모델에 들어 있지 않습니다.
지형 그늘을 켜면 추정치는 1제곱킬로미터 단위로 보정됩니다. 화구가 보이지 않는 사람들은 섬광 화상을 면하므로, 화상 몫에 해당하는 만큼 사상률이 낮아집니다 — 히로시마와 나가사키의 추정치에 맞춰 사망의 약 4분의 1, 부상의 약 3분의 1입니다. 큰 능선 깊숙한 뒤편의 사람들은 한 단계 바깥의 폭풍 구역으로 계산합니다. 그러면 범례에 두 숫자가 모두 표시됩니다. 실제로는 높은 고도의 공중 폭발에서는 효과가 작고, 언덕이 많은 도시의 낮은 폭발에서는 더 크게 나타납니다. 대부분의 사람은 여전히 화구를 마주 보는 계곡에 살기 때문입니다.