Симулятор ядерного взрыва на карте онлайн

Как работает симулятор атомного взрыва NukeMap?

NUKEMAP — это то, что раньше называлось «мэшап». Он берет код, написанный другими — в данном случае Mapbox и Leaflet (первоначально Google Maps) — и использует его для несколько иных целей, чем предполагалось.

Для NUKEMAP после того, как пользователь укажет информацию о детонации, система вызывает библиотеку ядерных эффектов, написанную на Javascript. Эта библиотека выводит расстояния для различных эффектов бомбы. Затем эти расстояния преобразуются в координаты, которые может понять Google Maps API (круги фиксированного радиуса или более сложные полигоны), а затем отображаются через интерфейс Mapbox.

Оценщик летального поражения использует базу данных плотности окружающего населения для запроса количества людей, находящихся на различных расстояниях от эпицентра, и применяет модель к этим необработанным числам. Код работает на PHP и MySQL.

Как работает модель генератора эффектов?

Большинство уравнений мгновенных эффектов взяты из Э. Ройса Флетчера, Рэя В. Олбрайта, Роберта Ф. Д. Перрета, Мэри Э. Франклин, И. Джеральда Боуэна и Клейтона С. Уайта, «КОМПЬЮТЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ ЯДЕРНОЙ БОМБЫ (включая разработку логарифмической линейки и Curve Fits for Weapons Effects)» (CEX-62.2), книги Сэмюэля Гласстоуна и Филипа Дж. Долана «Действие ядерного оружия», издание 1964 года. Большинство из них были просто импортированы в Javascript, хотя пришлось внести много корректировок (и было обнаружено несколько опечаток).

Несколько уравнений взяты из моих собственных кривых подбора данных Сэмюэля Гласстоуна и Филипа Дж. Эффекты ядерного оружия, издание 1977 года. В частности, исходные кривые для значений на квадратный сантиметр, необходимых для различных ожогов, были значительно изменены в издании 1977 года, так что мои уравнения отражают это. Эффекты взрыва также были взяты из графиков в издании 1977 года.

В чем разница между воздушным взрывом и надводным взрывом в этом контексте?

Есть несколько различий между наземными и воздушными взрывами, которые эта модель пытается продемонстрировать (вы можете увидеть их, если установите воздушный взрыв с высотой «0», что не совсем то же самое в этой модели, что и поверхностный взрыв). По сути, модель, кажется, предполагает, что поверхностный взрыв приведет к уменьшению тепловой мощности, но с более широким огненным шаром (вероятно, наравне с полукруглыми фотографиями огненного шара на знакомых кадрах теста «Тринити»). Взрыв и радиация игнорируют эту настройку и рассматривают каждый выстрел как воздушный взрыв на некоторой высоте.

Есть несколько вариантов воздушного взрыва. Одним из них является «Максимальный радиус взрыва в воздухе для всех эффектов», который покажет, каким был бы максимальный размер каждого кольца эффектов, если бы идеализированная высота взрыва в воздухе для этого кольца эффектов был выбран. Это может немного ввести в заблуждение, потому что на самом деле показывает разброс по разным высотам (каждый из эффектов взрыва будет указывать оптимальную высоту взрыва).

Другой — «Оптимизировать для избыточного давления». Это означает, что для данного радиуса максимального избыточного давления (например, 5 фунтов на квадратный дюйм) код вычислит высоту взрыва оружия, которая максимизирует его. Причина существования таких оптимизированных высот заключается в том, что на определенных высотах детонации взрывная волна будет отражаться от земли и конструктивно взаимодействовать сама с собой. Это графически изображается в виде так называемой «кривой колена», которая показывает, как на определенных высотах возникает большая «выпуклость» в радиусе заданного избыточного давления.

Код NUKEMAP использует данные из диаграмм Гласстоуна и Долана (например, выше), которые были переведены в необработанные числа. Неизвестные точки интерполируются. В случае оптимизированного выбора NUKEMAP определит оптимальную высоту взрыва, а затем визуализирует эффекты, как если бы вы выбрали произвольную высоту взрыва (см. ниже).

Опция «Высота взрыва» позволяет установить произвольную высоту взрыва. Он будет масштабировать все эффекты, кроме огненного шара, каковы будут последствия для земли. Вообще говоря, радиус огненного шара имеет значение только для наземных эффектов, если бомба взорвана на надводной или околоповерхностной высоте. Для тепловых и радиационных эффектов он рассчитывает идеализированную сферу с максимальным эффектом, а затем использует наклонный диапазон, чтобы найти, где она будет пересекаться с землей.

Ни одна из этих моделей не учитывает местность, экранирование зданий, атмосферное отражение (например, от инверсионных слоев) или атмосферную непрозрачность (например, существуют разные скорости теплового распространения в зависимости от влажности). Это связано с тем, что моделирование этих эффектов намного сложнее и требует точной информации о местности, зданиях и атмосфере, к которой у меня нет доступа (пока), и даже если бы я имел, это потребовало бы вычислительных ресурсов, превышающих ресурсы веб-браузера. Включение таких эффектов в будущую версию NUKEMAP является потенциальной целью, но существуют технические ограничения. Визуализированные эффекты NUKEMAP следует рассматривать как не основные данные.

Как работает модель Выпадения Осадков? Как следует интерпретировать контуры?

Когда ядерное оружие взрывается, оно производит мгновенное (немедленное) излучение, но оно также производит излучение, которое высвобождается в краткосрочной и долгосрочной перспективе. «Кратковременное» излучение, определяемое здесь как радиоактивные остатки взрыва, которые остаются активными в течение следующих нескольких недель или месяцев (в отличие от лет), которые «выпадают» из грибовидных облаков, известно как «осадки».

Очень сложно точно смоделировать радиоактивные осадки. Есть много важных переменных: высота взрыва, соотношение реакций деления и синтеза в бомбе (большинство термоядерных боеприпасов получают не менее 50% своей мощности за счет реакций деления), тип местности, на которой происходит взрыв или над (например, пустыни, коралловые рифы, населенные города), и, что немаловажно, погодные условия, включая направления ветра на различных высотах, на которых существуют облака (грибовидные облака поднимаются на высоту от 10 000 до 100 000 футов и подвергаются воздействию различных ветровых условий на этом расстоянии.)

Существует два основных подхода к моделированию последствий. Один из них — попытаться разработать модель, основанную на погодных условиях. Они сложны и требуют больших вычислительных ресурсов, но дают результаты, которые очень хорошо совпадают с результатами прошлых испытаний. Другие — это так называемые «масштабные модели», которые представляют собой графики, которые пытаются дать общее представление о приблизительных расстояниях различных уровней радиоактивного облучения, но не делают попыток реалистично смоделировать конкретные ветровые условия.

Модель выпадения радиоактивных осадков (Fallout NUKEMAP) является моделью масштабирования. Это не потому, что модели масштабирования обязательно являются лучшими, но есть вещи в их пользу. Во-первых, они очень просты в вычислительном отношении: не нужно знать подробные метеорологические данные о месте взрыва, и поэтому их можно очень легко обобщить на множество раз и в разных местах. Их ложность также вполне очевидна: люди не так легко спутают их контуры с вполне реальными оценками того, что должно произойти на самом деле, но поймут их как грубые указания. Наконец, есть хорошие уже существующие модели масштабирования, доступные для использования, в то время как подробные модели погоды, как правило, труднее получить, и перспективы их быстрой работы даже в современных веб-браузерах не так ясны.

Модель масштабирования, используемая в NUKEMAP, основана на работе Карла Ф. Миллера, который много публиковал о радиоактивных осадках в 1960-х годах на основе информации, полученной в результате американских атмосферных ядерных испытаний (которые закончились в 1963 году после подписания Договора об ограниченном запрещении ядерных испытаний). Его «Упрощенная система масштабирования радиоактивных осадков» (SFSS) была впервые описана в следующем отчете: Карл Ф. Миллер, «Осадочные и радиологические контрмеры, том 1», проект Стэнфордского исследовательского института № IM-4021 (январь 1963 г.). Копия, доступная в Интернете, была отсканирована с трудночитаемой копии микрофильма. Более четкая версия соответствующих уравнений доступна здесь, которую я скопировал из оригинальной копии отчета, хранящейся в Национальной медицинской библиотеке. Как видите, даже оригинал читается с трудом. Другая версия была перепечатана в Werner Grune, et al., «Evaluation of Fallout Contament of Water Supplies», Final Technical Report, Contract No. OCD-PS-64-62, OCD Subtask 3131B (1 октября 1963 г. — 15 мая 1965 г.), Управление гражданской обороны, Министерство обороны, Вашингтон, округ Колумбия, Часть IV, «Краткое изложение и анализ модели Fallout Миллера». Этот гораздо легче читать, он вносит некоторые поправки в исходную модель Миллера и объясняет ее немного по-другому, что также было полезно. Моя реализация SFSS в Javascript и Google Maps была разработана путем переключения между этими несколькими источниками. Министерство обороны, Вашингтон, округ Колумбия, Часть IV, «Обзор и анализ модели Fallout Миллера». Этот гораздо легче читать, он вносит некоторые поправки в исходную модель Миллера и объясняет ее немного по-другому, что также было полезно. Моя реализация SFSS в Javascript и Google Maps была разработана путем переключения между этими несколькими источниками. Министерство обороны, Вашингтон, округ Колумбия, Часть IV, «Обзор и анализ модели Fallout Миллера». Этот гораздо легче читать, он вносит некоторые поправки в исходную модель Миллера и объясняет ее немного по-другому, что также было полезно. Моя реализация SFSS в Javascript и Google Maps была разработана путем переключения между этими несколькими источниками.

Модель осадков Миллера работает, предполагая, что шлейф радиоактивных осадков является результатом как облака, так и ствола. По своей вытянутой форме он похож на грибовидное облако, наложенное на предметное стекло и размазанное.

Итак, в чем ценность часовой модели H+1? Он не слишком плохо совпадает с окончательными контурами общей дозы шлейфа радиоактивных осадков, и поэтому его можно рассматривать как идеализированное понимание того, какая средняя доза радиации в час будет с подветренной стороны от взрыва. Это предназначено Миллером и мной, чтобы дать представление о приблизительном размере зараженной области после ядерного взрыва, что имеет как педагогическую, так и планировочную ценность, даже если это немного сбивает с толку с точки зрения движения фактического облако.

Если вы хотите преобразовать дозу H+1 в «дозу на земле», используйте функцию «Местоположение зонда». Это позволит вам выбрать точку на земле с подветренной стороны от облака и даст гораздо больше информации, основанной на скорости ветра, времени воздействия и потенциальном укрытии, о том, каково будет воздействие на землю.

Обратите внимание, что эта модель предназначена исключительно для моделирования поверхностного, а не воздушного взрыва. Воздушные взрывы вносят свой вклад в долговременные выпадения осадков (например, в общую радиоактивность атмосферы или количество цезия-127, которое в конечном итоге попадает в рацион человека на очень и очень больших расстояниях), но, в общем и целом, вносят лишь незначительный вклад в кратковременные выбросы. -срочные местные выпадения. По-видимому, это имеет место даже в случае воздушных взрывов очень большой мощности, содержащих значительное количество продуктов деления. Граница между «взрывом в воздухе» и «взрывом на поверхности» в таком рассмотрении заключается в том, касается ли огненный шар земли, поскольку это притягивает значительное количество тяжелых частиц (например, грязи, кораллов, зданий, людей) в поднимающийся огненный шар, и эти тяжелые частицы значительно влияют на «выпадение». Когда огненный шар не коснется земли, кажется, что огненный шар поднимается достаточно высоко и достаточно быстро, чтобы основная часть продуктов его деления не выпадала намного позже, когда они потеряли большую часть своей радиоактивности. (Энергия излучения обратно пропорциональна времени — в этом смысл измерений «периода полураспада». Чем более радиоактивно активен данный изотоп, тем быстрее уменьшается его количество. Это не означает, что вся радиоактивная опасность быстро рассеивается, но характер опасности для короткоживущих частиц высокой энергии отличается от долгоживущих частиц средней энергии. Первые представляют собой немедленную острую радиационную опасность, например, они могут вызвать у вас лучевую болезнь и нанести вред через несколько часов. или недели — а последние представляют собой долговременную, хроническую радиационную опасность — например, они могут вызвать у вас рак и нанести вам вред через несколько лет или десятилетий.)

Как работает модель летальных случаев?

Модель летальных случаев запрашивает очень большую и очень детализированную базу данных населения окружающей среды, известную как LandScan Global Population 2011. База данных была разработана Национальной лабораторией Ок-Риджа и лицензирована компанией EastView. Особая благодарность Центру истории физики Американского института физики за покупку этой базы данных для моего использования. «Окружающее население» здесь означает среднее количество людей в течение 24 часов в районе. Во многих отношениях это лучше, чем данные переписи населения, потому что обычно они измеряют только то, где люди живут, а не то, куда они ходят, когда их нет дома.

Короче говоря, пространственный запрос выполняется в базе данных всякий раз, когда запрашиваются потери. База данных выдает информацию о том, сколько людей живет в пределах нескольких радиусов от эпицентра. Эта информация затем используется для создания списка жертв и раненых, согласно данным, содержащимся в отчете Агентства гражданской готовности Министерства обороны США за 1973 год под названием «Руководство по атаке на окружающую среду DCPA», позже перепечатанном в отчете Управления технологий по оценке 1979 года «Последствия ядерной войны».

Как вы можете видеть, он в первую очередь полагается на эффект взрыва (фунты на квадратный дюйм) в качестве показателя для расчета травм и смертельных исходов.

У этой модели есть ограничения. Для некоторых мест, особенно очень низких или очень высоких, воздействие взрыва менее важно, чем тепловое или радиационное воздействие. Сама модель также не учитывает тот факт, что густонаселенные городские районы обладают эффектом «защиты» от воздействия взрыва — те здания, которые находятся ближе всего к эпицентру, несут на себе большую часть удара взрыва. Также не совсем понятно, на чем основаны эти оценки OTA.

Так что цифры могут быть завышены. Они также могут быть слишком низкими. Не принимая во внимание намного больше переменных, чем может учитывать модель, таких как тип местности, тип здания, ожидаемая реакция населения, подвергшегося бомбардировке, и радиоактивные осадки, трудно сделать что-то большее, чем жесты в цифрах, которые будут затронуты ядерным взрывом. взрыв. Я не пытаюсь сказать: «Это слишком сложно, поэтому любая модель не хуже любой другой». Но при выборе модели я остановился на той, которую можно было относительно просто реализовать, учитывая имеющиеся у меня данные, и которая была подкреплена по крайней мере одним серьезным источником. Поэтому я настоятельно рекомендую вам относиться к этим цифрам с долей скептицизма — они дают некоторое представление о том, сколько людей живет в достаточно непосредственной близости от выбранного эпицентра.

Я видел некоторые другие официальные оценки смертельных случаев и раненых, согласно которым число (особенно раненых) намного превышало оценки, данные здесь по модели несчастных случаев, и я видел некоторые другие официальные оценки последствий взрыва, согласно которым ниже в зависимости от типа здания. Я не собираюсь преувеличивать или преуменьшать эффекты.

Как работает модель «гуманитарного воздействия»?

Модель «гуманитарного воздействия» работает с использованием API Google Places для поиска отмеченных мест рядом с эпицентром. (Этот же алгоритм использует Google Maps всякий раз, когда вы спрашиваете, сколько ресторанов находится поблизости от того места, где вы оказались.) Его точность на 100 % зависит от качества информации Google. То есть… он не идеален.

Суть модели «гуманитарного воздействия» состоит в том, чтобы подчеркнуть некоторые побочные последствия ядерного взрыва и указать, каким образом службы поддержки (например, больницы и пожарные депо) сами пострадают от ядерной атаки.

ПРИМЕЧАНИЕ. Модель гуманитарного воздействия временно отключена из-за моего перехода с платформы Google. Я могу вернуть его в будущем.

Как работает модель грибовидного облака?

Обратите внимание, что поскольку Google объявил устаревшим API Google Планета Земля, динамическая визуализация грибовидного облака больше недоступна.

Динамика модели грибовидного облака взята в основном из книги Карла Ф. Миллера «Осадки и радиологические контрмеры, том 1», проект Стэнфордского исследовательского института № IM-4021, январь 1963 г. Миллер в свое время считался одним из ведущих экспертов по Моделирование поведения грибовидного облака. Некоторая информация также получена из кривой, соответствующей различным цифрам (в частности, скорости подъема облаков) в Samuel Glasstone and Philip J. Dolan, The Effects of Nuclear Weapons, 1977 edn.

Для облака 3D-моделирования (KMZ), учитывая ограничения API Google Earth (вы можете перемещать, вращать и масштабировать модели, но не манипулировать ими каким-либо иным образом), мне пришлось немного придумать, чтобы все выглядело правильно с эстетической точки зрения. Но многие параметры, такие как скорость подъема, изменяющийся размер верхней части облака и окончательный размер облака, берутся непосредственно из моделей, полученных на основе данных ядерных испытаний.

Оригинальный симулятор ядерного взрыва NukeMap