En mi opinión, el agua no es realmente lo que hay que centrarse en aquí. El verdadero depósito de energía fue parcialmente fundido del núcleo; el agua no era peligroso, ya que se celebró la energía, sino más bien porque tenía el potencial para actuar como un motor de calor y convertir la energía térmica en el núcleo en el trabajo. Por lo tanto, podemos calcular el máximo trabajo que podría ser extraído del núcleo (el uso de exergía) y utilizar esto como un límite superior en la cantidad de energía que puede ser liberada en una explosión de vapor. El cálculo de la exergía nos dirá la cantidad de energía de un ideal (reversible) proceso podría extraer del núcleo, y sabemos que a partir de la Segunda Ley de la Termodinámica que cualquier proceso real (como la explosión de vapor) debe extraer el menor.
Cálculo
El uso de exergía, el límite superior en la cantidad de trabajo que podrían ser extraídos del núcleo es
\begin{align}
W_\text{max,out} &= X_1 - X_2
\\
&= m(u_1 - u_2 -T_0(s_1-s_2)+P_0(v_1-v_2))
\end{align}
Si suponemos que el material del núcleo es un incompresible sólidos, básicamente con densidad constante, entonces
\begin{align}
W_\text{max,out} &= m(c (T_1 - T_2) -T_0 c \ln(T_1/T_2))
\end{align}
donde $T_0$ es la temperatura de los alrededores, $T_2$ es la temperatura después de la extracción de energía es completa, y $T_1$ es la temperatura inicial. En este punto, usted sólo tiene que elegir valores razonables para los parámetros clave, que no es necesariamente fácil. He utilizado:
- $T_1 = 2800\,^\circ\text{C}$ basado en las propiedades de la piel
- $T_2 = T_0$ como límite superior (la mayoría de la energía se extrae cuando el sistema llega a la temperatura de los alrededores)
- $T_0 = 25\,^\circ\text{C}$ basado en SATP
- $c = 300\,\text{J/(kg.K)}$ basado en las propiedades de la UO$_2$
- $m = 1000\,\text{tonnes}$ basado en el texto de su pregunta.
Esto le da a me $W_\text{max,out} = 6.23 \times 10^{11}\,\text{J}$ o 149 toneladas de TNT equivalente. Este es varios órdenes de magnitud menor que la de la "megatones" estimación de su pregunta, pero no está de acuerdo con su instinto de respuesta que "megatones" parece excesivamente altos. Una comprobación de validez es útil para confirmar que mi resultado es razonable...
Verificación De Cordura
Con los números que he usado, el sistema de pesas de 1 kilotón, y su energía es puramente térmica. Si consideramos que en lugar de 1 kilotón de TNT en SATP, la energía almacenada en el sistema sería puramente química. La energía química embalses en general de la energía más densa que la energía térmica embalses, por lo que esperamos que el kilotones de TNT para contener mucha más energía de la kilotones de caliente material de la base. Esto sugiere que la kilotones de caliente material de la base debe mantener lejos a menos de 1 kilotón de TNT equivalente, lo cual está de acuerdo con su intuición y mi cálculo.
Limitaciones
Uno de los factores que podrían aumentar el máximo de trabajo sería el hecho de que el núcleo fue parcialmente derretida. Mi cálculo descuidado ningún cambio en la energía interna o la entropía asociada con el núcleo de la solidificación de como fue traída a las condiciones ambientales; en realidad, el cambio de fase podría aumentar el máximo de trabajo disponible. La otra fuente de incertidumbre en mi respuesta es la masa del núcleo; esto probablemente podría ser deducida de una forma mucho más precisa de los documentos técnicos. Un factor final que yo no considerar es el de las reacciones químicas: si la interacción de la sangre, el agua, y el aire fresco (traídos por un físico inicial explosión de vapor) podría desencadenar espontánea de reacciones químicas, la energía disponible podría ser significativamente mayor.
Conclusión
Aunque abordar las limitaciones anteriormente, es probable que cambie el final de la cota superior, dudo que si lo hace, podría cambiar el obligado por el factor de diez mil necesario para dar una máxima de trabajo disponible en el megatón de la gama. También es importante recordar que, incluso si la contabilidad de estos factores, el aumento de la cota superior por un par de órdenes de magnitud, este cálculo da sólo un límite superior en el trabajo de explosividad; el real de la energía que se extrae en una explosión de vapor probablemente sería mucho menor. Por tanto, estoy bastante seguro de que los megatones de energía estimación es absurdo, como su intuición sugiere.
