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TNT 환산

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1. 개요

TNT 환산은 트라이나이트로톨루엔(TNT)의 폭발력을 기준으로 다른 폭발 물질이나 현상의 에너지를 나타내는 단위이다. TNT 1그램은 약 4,184 줄(1 킬로칼로리)의 에너지를 방출하는 것으로 정의되며, 킬로톤(kt), 메가톤(Mt) 등 다양한 단위를 사용한다. 이 단위는 핵무기의 위력, 핵무기 통제 조약, 소행성 충돌 등의 에너지 규모를 설명하는 데 활용된다. TNT 환산은 1945년 트리니티 실험에서 유래되었으며, 핵무기뿐만 아니라 대규모 재래식 폭발, 화산 폭발 등 다양한 현상의 에너지 크기를 비교하는 데 사용된다. 상대 폭발력 계수(RE factor)를 통해 TNT 대비 각 폭발물의 파괴력을 비교할 수 있다.

TNT 환산
일반 정보
TNT 화약 500톤의 폭발
TNT 화약 500톤의 폭발
종류에너지 단위
기호t
다른 기호ton of TNT (TNT 환산 톤)
단위
단위계비 SI 단위
물리량에너지
정의109 칼로리 (cal)
SI 단위4.184 × 109 줄(J) = 4.184 GJ
유래TNT 화약 1톤의 폭발력
SI 기본 단위≈
환산1 t =
1 t =
1 t =
설명
사용폭발 에너지 측정
관련 단위킬로톤, 메가톤
비고TNT 1톤 = 4.184 GJ
TNT 1 킬로톤 = 4.184 TJ
TNT 1 메가톤 = 4.184 PJ
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목차

2. 정의

TNT 1그램은 폭발 시 2673–6702 줄의 에너지를 방출한다. TNT 1톤은 1그램의 TNT가 4184J의 에너지를 방출한다고 임의로 표준화하여 정의한다. 이는 TNT 1그램의 에너지가 정확히 1 킬로칼로리가 되도록 정한 것이다.

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TNT 질량기호TNT 톤기호에너지질량 손실
TNT 그램gTNT 마이크로톤μt4.18446.55 pg
TNT 킬로그램kgTNT 밀리톤mt4.18446.55 ng
TNT 메가그램MgTNT 톤t4.184G46.55 μg
TNT 기가그램GgTNT 킬로톤kt4.18446.55 mg
TNT 테라그램TgTNT 메가톤Mt4.184P46.55 g
TNT 페타그램PgTNT 기가톤Gt4.184E46.55 kg

3. 유래

1945년 7월 16일, 미국에서 인류 최초의 원자폭탄 실험(트리니티 실험)이 실시되었으나, 이에 앞서 5월 17일 같은 장소에서 108ton의 TNT 화약으로 예비 실험이 이루어졌다. 이후 TNT 환산은 핵무기의 폭발력을 측정하는 단위로 쓰이게 되었다.

4. 역사적 배경

제2차 세계 대전 당시, 미국은 맨해튼 계획이라는 핵무기 개발 계획을 추진했고, 그 결과 트리니티 실험이 성공적으로 이루어졌다. 이후, 일본 히로시마와 나가사키에 각각 리틀 보이와 팻 맨이라는 원자폭탄이 투하되었으며, 이 폭탄들의 위력은 각각 TNT 15킬로톤, 20킬로톤으로 추정된다. 냉전 시대에는 미국과 소련을 중심으로 핵무기 개발 경쟁이 심화되었고, 수소폭탄과 같은 더욱 강력한 핵무기들이 개발되었다. 이 시기에는 핵무기의 위력을 나타내는 단위로 TNT 메가톤이 주로 사용되었다.

5. 다른 단위 변환

1 TNT 톤은 다음과 같은 다른 에너지 단위로 변환될 수 있다.

* 칼로리
* 줄
* 영국 열량 단위
* 피트-파운드
* 킬로와트시
* 전자볼트

6. 킬로톤과 메가톤

킬로톤(kt)은 4.184 테라줄(TJ)과 같은 에너지 단위이다. 1킬로톤의 TNT는 한 변이 8.46m인 정육면체의 TNT로 시각화할 수 있다.

메가톤(Mt)은 4.184 페타줄(PJ)과 같은 에너지 단위이다.

TNT 환산 킬로톤과 메가톤은 전통적으로 핵무기의 에너지 출력, 즉 파괴력을 설명하는 데 사용되어 왔다. TNT 환산은 다양한 핵무기 통제 조약에 나타나며, 소행성 충돌 시 방출되는 에너지를 특징짓는 데 사용되었다.

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TNT 질량기호TNT 톤기호에너지질량 손실
TNT 기가그램GgTNT 킬로톤kt(4.184 테라줄)46.55 mg
TNT 테라그램TgTNT 메가톤Mt(4.184 페타줄)46.55 g

7. 핵무기 위력 비교

히로시마에 투하된 리틀 보이는 약 15ktonTNT의 위력을, 나가사키에 투하된 팻 맨은 약 20ktonTNT의 위력을 가졌다. 역사상 가장 강력했던 핵무기는 소련이 1961년에 실험한 차르 봄바로, 50MtonTNT의 위력을 기록했다.

현대 핵무기는 과거에 비해 소형화, 경량화되었지만 여전히 파괴적인 위력을 지니고 있다. 예를 들어, 미국의 W88 핵탄두는 470ktonTNT의 위력을 갖는 것으로 알려져 있다.

8. 비핵 폭발 사례

TNT 환산은 핵무기뿐만 아니라 대규모 재래식 폭발이나 소행성 충돌과 같은 자연 현상의 위력을 나타내는 데에도 사용된다. 2022년 훙가 통가-훙가 하파이 해저 화산 폭발은 TNT 환산으로 61메가톤의 에너지를 방출한 것으로 추정된다.

9. 상대 폭발력 계수 (RE factor)

상대 폭발력 계수(RE factor)는 폭발물의 파괴력을 트리니트로톨루엔(TNT)의 파괴력과 비교하는 지표이다. RE 계수는 폭발물이 TNT와 동등한 상대적 질량을 나타내며, RE 계수가 클수록 TNT보다 더 강력한 폭발력을 가진다.

이를 통해 엔지니어는 TNT에 특화되어 개발된 발파 공식을 적용할 때 다양한 폭발물의 적절한 질량을 결정할 수 있다. 예를 들어, 목재 절단 공식이 1 kg의 TNT 화약을 요구하는 경우, 옥타니트로큐베인의 RE 계수가 2.38이므로, 동일한 작업을 수행하려면 1.0/2.38 (또는 0.42) kg만 필요하다. 펜타에리트리톨 테트라니트레이트(PETN)을 사용하면 엔지니어는 1 kg의 TNT와 동일한 효과를 얻기 위해 1.0/1.66 (또는 0.60) kg이 필요하다. ANFO 또는 질산 암모늄을 사용하면 각각 1.0/0.74 (또는 1.35) kg 또는 1.0/0.32 (또는 3.125) kg이 필요하다.

하지만 폭발물에 대한 단일 RE 계수를 계산하는 것은 불가능하며, 이는 특정 경우 또는 용도에 따라 다르다. 한 쌍의 폭발물이 주어지면 충격파 출력을 2배로 증가시킬 수 있지만(이는 측정 장비의 거리에 따라 달라짐) 직접적인 금속 절단 능력의 차이는 한 유형의 금속에서 4배 더 높고 다른 유형의 금속에서 7배 더 높을 수 있다. 성형 폭약이 있는 두 폭발물 간의 상대적 차이는 훨씬 더 클 것이다.

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몇 가지 상대 폭발력 계수 예시
폭발물, 등급밀도
(g/ml)		폭발
속도 (m/s)		상대
폭발력
질산 암모늄 (AN + <0.5% H2O)0.882,7000.32
뇌홍4.424,2500.51
화약(75% KNO3 + 19% C + 6% S, 고대 저폭발물)1.654000.55
HDN1.305,0700.60
다이니트로벤젠 (DNB)1.506,0250.60
HMTD(헥사민 과산화물)0.884,5200.74
ANFO(94% AN + 6% 연료 유)0.924,2000.74
요소 질산염1.674,7000.77
TATP (아세톤 과산화물)1.185,3000.80
토벡스 엑스트라 (AN 수성 젤) 상업 제품1.335,6900.80
하이드로마이트 600 (AN 수성 에멀젼) 상업 제품1.245,5500.80
ANNMAL (66% AN + 25% NM + 5% Al + 3% C + 1% TETA)1.165,3600.87
아마톨(50% TNT + 50% AN)1.506,2900.91
니트로구아니딘1.326,7500.95
트리니트로톨루엔(TNT)1.606,9001.00
헥사니트로스틸벤 (HNS)1.707,0801.05
니트로우레아1.456,8601.05
트리토날(80% TNT + 20% 알루미늄)1.706,6501.05
니켈 히드라진 질산염 (NHN)1.707,0001.05
아마톨(80% TNT + 20% AN)1.556,5701.10
니트로셀룰로스(13.5% N, NC; 일명 발화면)1.406,4001.10
니트로메탄 (NM)1.136,3601.10
PBXW-126 (22% NTO, 20% RDX, 20% AP, 26% Al, 12% PU의 시스템)1.806,4501.10
디에틸렌 글리콜 디니트레이트 (DEGDN)1.386,6101.17
PBXIH-135 EB (42% HMX, 33% Al, 25% PCP-TMETN의 시스템)1.817,0601.17
PBXN-109 (64% RDX, 20% Al, 16% HTPB의 시스템)1.687,4501.17
트리아미노트리니트로벤젠 (TATB)1.807,5501.17
피크르산 (TNP)1.717,3501.17
트리니트로벤젠 (TNB)1.607,3001.20
테트리톨(70% 테트릴 + 30% TNT)1.607,3701.20
다이너마이트, 노벨 (75% NG + 23% 규조토)1.487,2001.25
테트릴1.717,7701.25
토르펙스(일명 HBX, 41% RDX + 40% TNT + 18% Al + 1% 왁스)1.807,4401.30
조성 B(63% RDX + 36% TNT + 1% 왁스)1.727,8401.33
조성 C-3(78% RDX)1.607,6301.33
조성 C-4(91% RDX)1.598,0401.34
펜토라이트(56% PETN + 44% TNT)1.667,5201.33
셈텍스 1A (76% PETN + 6% RDX)1.557,6701.35
헥살(76% RDX + 20% Al + 4% 왁스)1.797,6401.35
RISAL P (50% IPN + 28% RDX + 15% Al + 4% Mg + 1% Zr + 2% NC)1.395,9801.40
히드라진 질산염1.598,5001.42
혼합물: 24% 니트로벤젠 + 76% TNM1.488,0601.50
혼합물: 30% 니트로벤젠 + 70% 사산화 질소1.398,2901.50
니트로글리세린(NG)1.597,7001.54
메틸 질산염(MN)1.217,9001.54
옥톨(80% HMX + 19% TNT + 1% DNT)1.838,6901.54
니트르트리아졸론(NTO)1.878,1201.60
DADNE (1,1-디아미노-2,2-디니트로에텐, FOX-7)1.778,3301.60
젤리나이트(92% NG + 7% 니트로셀룰로스)1.607,9701.60
플라스틱 젤® (치약 튜브: 45% PETN + 45% NG + 5% DEGDN + 4% NC)1.517,9401.60
조성 A-5 (98% RDX + 2% 스테아르산)1.658,4701.60
에리트리톨 테트라니트레이트(ETN)1.728,2061.60
헥소젠 (RDX)1.788,6001.60
PBXW-11 (96% HMX, 1% HyTemp, 3% DOA)1.818,7201.60
펜트라이트(PETN)1.778,4001.66
에틸렌 글리콜 디니트레이트(EGDN)1.498,3001.66
MEDINA (메틸렌 디니트로아민)1.658,7001.70
트리니트로아제티딘 (TNAZ)1.859,5971.70
옥토젠(HMX B 등급)1.869,1001.70
헥사니트로벤젠(HNB)1.979,3401.80
헥사니트로헥사아자이소우르치탄 (HNIW; 일명 CL-20)1.979,5001.90
DDF (4,4’-디니트로-3,3’-디아제노푸로잔)1.9810,0001.95
헵타니트로큐베인(HNC)1.929,200N/A
옥타니트로큐베인(ONC)1.9510,6002.38
옥타아자큐베인(OAC)2.6915,000>5.00