Грибовидное облако представляет собой характерное грибовидное огненное облако, состоящее из обломков, дыма и обычно конденсированного водяного пара, образовавшееся в результате сильного взрыва. Этот эффект чаще всего связан с ядерным взрывом , но любой достаточно энергичный взрыв или дефлаграция приведет к такому же эффекту. Они могут быть вызваны мощными обычными вооружениями , такими как термобарическое оружие , такое как ATBIP и GBU-43/B MOAB . Некоторые извержения вулканов и ударные явления могут образовывать естественные грибовидные облака.
Грибовидные облака возникают в результате внезапного образования большого объема газов с более низкой плотностью на любой высоте, вызывая нестабильность Рэлея-Тейлора . Плавучая масса газа быстро поднимается, в результате чего турбулентные вихри закручиваются вниз по ее краям, образуя временное вихревое кольцо , которое вытягивает центральный столб, возможно, с дымом, мусором, конденсированным водяным паром или их комбинацией, образуя « ножка гриба». Масса газа плюс увлеченный влажный воздух в конечном итоге достигают высоты, на которой ее плотность уже не ниже плотности окружающего воздуха; в этот момент он рассеивается, дрейфуя обратно вниз (см. Осадки ). Высота стабилизации сильно зависит от профилей температуры, точки росы и сдвига ветра в воздухе на начальной высоте и выше.
Хотя этот термин, по-видимому, был придуман в начале 1950-х годов, грибообразные облака, образовавшиеся в результате взрывов, описывались за столетия до атомной эры .
Современная акватинта неизвестного художника, изображающая франко-испанское нападение на Гибралтар в 1782 году, показывает, как одна из плавучих батарей атакующих сил взрывается грибовидным облаком после того, как британские защитники подожгли ее, выпустив раскаленную дробь .
В 1798 году Герхард Вит опубликовал подробный и иллюстрированный отчет об облаке в окрестностях Готы , которое «по форме мало чем отличалось от гриба». Облако наблюдал советник дипломатической миссии Лихтенберг несколькими годами ранее теплым летним днем. Оно было интерпретировано как метеорологическое облако неправильной формы и, похоже, вызвало бурю с дождем и громом из-за нового темного облака, образовавшегося под ним. Лихтенберг заявил, что позже наблюдал несколько похожие облака, но не столь примечательные. [1]
Взрыв в Галифаксе в 1917 году образовал грибовидное облако.
В 1930 году Олаф Стэплдон в своем романе «Последние и первые люди» представляет первую демонстрацию атомного оружия «облаками пара из кипящего моря… гигантским грибом из пара и обломков».
1 октября 1937 года газета «Таймс» опубликовала сообщение о нападении японцев на Шанхай , Китай , которое породило «огромный гриб дыма».
Во время Второй мировой войны в результате гибели японского линкора «Ямато» образовалось грибовидное облако. [2]
Облако атомной бомбы над Нагасаки , Япония , было описано в лондонской газете «Таймс» от 13 августа 1945 года как «огромный гриб дыма и пыли». 9 сентября 1945 года газета «Нью-Йорк Таймс» опубликовала рассказ очевидца взрыва в Нагасаки, написанный Уильямом Л. Лоуренсом , официальным корреспондентом Манхэттенского проекта , который сопровождал один из трех самолетов, совершивших бомбардировку. Он писал о бомбе, создавшей «столб пурпурного огня», из вершины которого вырос «гигантский гриб, который увеличил высоту столба в общей сложности до 45 000 футов». [3]
В 1946 году испытания ядерной бомбы в ходе операции «Перекресток» описывались как облако « цветной капусты », но присутствовавший репортер также говорил о «грибе, который теперь является общим символом атомного века ». Грибы традиционно ассоциировались как с жизнью, так и со смертью, пищей и ядом, что делало их более мощной символической связью, чем, скажем, облако «цветная капуста». [4]
Грибовидные облака образуются в результате многих видов крупных взрывов под действием гравитации Земли, но наиболее известны их появление после ядерных взрывов . Без гравитации или без плотной атмосферы побочные продукты взрыва оставались бы сферическими. Ядерное оружие обычно взрывается над землей (не при ударе, поскольку некоторая часть энергии будет рассеиваться из-за движений земли), чтобы максимизировать эффект от сферически расширяющегося огненного шара и взрывной волны . Сразу после детонации огненный шар начинает подниматься в воздух, действуя по тому же принципу, что и воздушный шар .
Один из способов проанализировать движение после того, как горячий газ достаточно очистил землю, - это «пузырь сферической шапки», [5] , поскольку это дает согласие между скоростью подъема и наблюдаемым диаметром.
По мере подъема образуется неустойчивость Рэлея-Тейлора , и воздух втягивается вверх и в облако (аналогично восходящему потоку дымохода ) , создавая сильные воздушные потоки, известные как «послеветренные ветра», в то время как внутри головы облака горячие газы вращаются в тороидальной форме. Когда высота детонации достаточно мала, эти попутные ветры будут притягивать грязь и мусор из-под земли, формируя ножку грибовидного облака.
После того, как масса горячих газов достигает равновесного уровня , подъем прекращается, и облако начинает сплющиваться до характерной грибовидной формы, чему обычно способствует рост поверхности из-за затухающей Турбулентности.
Ядерные взрывы, произведенные высоко над землей, возможно, не создадут грибовидные облака со стеблем. Сами вершины облаков состоят из высокорадиоактивных частиц , в первую очередь продуктов деления и аэрозолей других оружейных остатков, и обычно разносятся ветром, хотя погодные условия (особенно дождь) могут привести к проблематичным ядерным осадкам . [6]
Взрывы значительно ниже уровня земли или глубоко под водой (например, глубинные ядерные бомбы) также не образуют грибовидных облаков, поскольку в этих случаях взрыв вызывает испарение огромного количества земли и воды, создавая пузырь, который затем разрушается в на себе; в случае менее глубокого подземного взрыва образуется кратер проседания . Взрывы под водой, но вблизи поверхности, создают столб воды, который, разрушаясь, образует форму, напоминающую цветную капусту, которую легко принять за грибовидное облако (как, например, на известных фотографиях испытания Crossroads Baker ). Подземные взрывы на небольшой глубине создают грибовидное облако и базовую волну — два разных облака. Количество радиации, выбрасываемой в атмосферу, быстро уменьшается с увеличением глубины детонации.
При приземных и приземных воздушных взрывах количество мусора, поднимаемого в воздух, быстро уменьшается с увеличением высоты взрыва. На высоте взрыва примерно 7 метров на 1/3 килотонны кратер не образуется и, соответственно , образуется меньше пыли и мусора. Высота снижения выпадения осадков, выше которой первичные радиоактивные частицы состоят в основном из мелкой конденсации огненных шаров, составляет примерно 55 метров/килотонну 0,4 . [6] Однако даже на таких высотах всплеска выпадение осадков может образовываться за счет ряда механизмов.
Распределение радиации в грибовидном облаке зависит от мощности взрыва, типа оружия, соотношения термоядерного синтеза и деления, высоты взрыва, типа местности и погоды. Как правило, при взрывах малой мощности около 90% радиоактивности приходится на головку гриба и 10% на ножку. Напротив, взрывы мощностью в мегатонны, как правило, имеют большую часть радиоактивности в нижней трети грибовидного облака. [8]
В момент взрыва образуется огненный шар. Поднимающаяся примерно сферическая масса горячих раскаленных газов меняет форму из-за атмосферного трения и охлаждает свою поверхность энергетическим излучением, превращаясь из сферы в сильно вращающийся сфероидальный вихрь. Нестабильность Рэлея -Тейлора формируется, когда нижний холодный воздух первоначально выталкивает газы нижнего огненного шара в форму перевернутой чашки. Это вызывает турбулентность и вихрь, который засасывает больше воздуха в свой центр, создавая внешние попутные ветры и охлаждая себя. Скорость его вращения снижается по мере охлаждения и может полностью прекратиться на более поздних этапах. Испаренные части оружия и ионизированный воздух охлаждаются до видимых газов, образуя раннее облако; раскалённое добела ядро вихря становится жёлтым, затем тёмно-красным, затем теряет видимый накал. При дальнейшем охлаждении большая часть облака заполняется по мере конденсации атмосферной влаги. По мере того как облако поднимается и остывает, его плавучесть уменьшается, а подъем замедляется.
Если размер огненного шара сравним с высотой по шкале плотности атмосферы , весь подъем облака будет баллистическим, пролетая над большим объемом сверхплотного воздуха на высоты, превышающие конечную высоту стабилизации. Огненные шары значительно меньшего размера создают облака, подъем которых регулируется плавучестью.
Достигнув тропопаузы , нижней части области сильной статической устойчивости, облако имеет тенденцию замедлять свой подъем и распространяться. Если она содержит достаточную энергию, ее центральная часть может продолжать подниматься в стратосферу, как аналог стандартной грозы. [9] Масса воздуха, поднимающаяся из тропосферы в стратосферу, приводит к образованию акустических гравитационных волн , практически идентичных тем, которые создаются интенсивными, проникающими в стратосферу грозами . Менее масштабные взрывы, проникающие в тропопаузу, генерируют волны более высокой частоты, классифицируемые как инфразвуковые .
Взрыв поднимает большое количество влажного воздуха с малых высот. По мере подъема воздуха его температура падает, и водяной пар сначала конденсируется в виде капель воды, а затем замерзает в виде кристаллов льда. Фазовые изменения высвобождают скрытое тепло , нагревая облако и поднимая его на еще большую высоту.
Грибовидное облако проходит несколько этапов формирования. [10]
На форму облака влияют местные атмосферные условия и характер ветра. Распространение осадков представляет собой преимущественно шлейф с подветренной стороны . Однако если облако достигнет тропопаузы , оно может распространиться против ветра, поскольку скорость его конвекции выше скорости окружающего ветра. В тропопаузе форма облака примерно круглая и распростертая.
Первоначальный цвет некоторых радиоактивных облаков может быть красным или красновато-коричневым из-за присутствия диоксида азота и азотной кислоты , образующихся из первоначально ионизированного азота , кислорода и атмосферной влаги. В высокотемпературной, высокорадиационной среде взрыва также образуется озон . Подсчитано, что каждая мегатонна урожая производит около 5000 тонн оксидов азота. [12] Также были описаны желтые и оранжевые оттенки. Этот красноватый оттенок позже затеняется белым цветом водяных/ледяных облаков, конденсирующихся из быстротекущего воздуха по мере остывания огненного шара, а также темным цветом дыма и мусора, засасываемых восходящим потоком. Озон придает взрыву характерный запах, напоминающий коронный разряд . [13]
Капли конденсированной воды постепенно испаряются, что приводит к кажущемуся исчезновению облака. Однако радиоактивные частицы остаются во взвешенном состоянии в воздухе, а невидимое теперь облако продолжает оставлять осадки на своем пути.
В результате воздушных взрывов образуются белые, испачканные стебли, а в результате наземных взрывов образуются стебли от серого до коричневого цвета, поскольку грибовидное облако засасывает большое количество пыли, грязи, почвы и мусора. При наземных взрывах образуются темные грибовидные облака, содержащие облученный материал из земли, помимо бомбы и ее корпуса, и, следовательно, образуется больше радиоактивных осадков с более крупными частицами, которые легко оседают локально.
Детонация более высокой мощности может поднять оксиды азота от взрыва достаточно высоко в атмосферу, чтобы вызвать значительное истощение озонового слоя .
Двойной гриб с двумя уровнями может образоваться при определенных условиях. Например, выстрел Buster-Jangle Sugar образовал первую головку самого взрыва, за которой последовала еще одна, вызванная теплом горячего, только что образовавшегося кратера. [14]
Сами осадки могут выглядеть как сухие, похожие на пепел хлопья или частицы, слишком мелкие, чтобы их можно было увидеть; в последнем случае частицы часто оседают под дождем. Большие количества новых, более радиоактивных частиц, осаждающихся на коже, могут вызвать бета-ожоги , часто проявляющиеся в виде обесцвеченных пятен и повреждений на спинах подвергшихся воздействию животных. [15] Осадки от испытаний в замке Браво имели вид белой пыли и получили прозвище « Снег Бикини» ; крошечные белые хлопья напоминали снежинки , прилипали к поверхности и имели соленый вкус. 41,4% осадков в результате испытания «Операция Вигвам» состояли из непрозрачных частиц неправильной формы, чуть более 25% частиц с прозрачными и непрозрачными участками, примерно 20% микроскопических морских организмов и 2% микроскопических радиоактивных нитей неизвестного происхождения. [14]
Облако содержит три основных класса материалов: остатки оружия и продукты его деления, материал, полученный с земли (существенно только для высот взрыва ниже высоты уменьшения выпадения осадков, которая зависит от мощности оружия) и водяной пар. Основная часть радиации, содержащейся в облаке, состоит из продуктов ядерного деления ; Продукты нейтронной активации из материалов оружия, воздуха и наземных обломков составляют лишь незначительную долю. Активация нейтронов начинается во время нейтронного взрыва в момент самого взрыва, и дальность этого нейтронного взрыва ограничена поглощением нейтронов при их прохождении через атмосферу Земли.
Большую часть радиации создают продукты деления. Термоядерное оружие производит значительную часть своей мощности за счет ядерного синтеза . Продукты термоядерного синтеза обычно нерадиоактивны. Поэтому степень образования радиационных осадков измеряется в килотоннах деления. Царь -бомба , которая производила 97% своей мощности в 50 мегатонн за счет термоядерного синтеза, была очень чистым оружием по сравнению с тем, что обычно можно было бы ожидать от оружия такой мощности (хотя она все же производила 1,5 мегатонны своей мощности за счет деления), поскольку его термоядерный тампер был изготовлен из свинца, а не из урана-238; в противном случае его мощность составила бы 100 мегатонн, 51 из которых - за счет деления. Если бы он был взорван на поверхности или вблизи поверхности, его осадки составили бы четверть всех осадков от всех испытаний ядерного оружия, вместе взятых.
Первоначально огненный шар содержит высокоионизированную плазму, состоящую только из атомов оружия, продуктов его деления и атмосферных газов прилегающего воздуха. По мере охлаждения плазмы атомы реагируют, образуя мелкие капли, а затем твердые частицы оксидов. Частицы объединяются в более крупные и осаждаются на поверхности других частиц. Более крупные частицы обычно происходят из материала, попавшего в облако. Частицы устремились, пока облако еще достаточно горячее, чтобы расплавить их и смешаться с продуктами деления по всему объему. Более крупные частицы получают расплавленные радиоактивные материалы, осевшие на их поверхности. Частицы, попавшие в облако позже, когда его температура будет достаточно низкой, существенно не загрязняются. Частицы, образующиеся только из самого оружия, достаточно мелкие, чтобы оставаться в воздухе в течение длительного времени, широко рассеиваться и разбавляться до неопасного уровня. Взрывы на больших высотах, которые не уносят наземные обломки или которые уносят пыль только после достаточного охлаждения и поэтому радиоактивная доля частиц невелика, вызывают гораздо меньшую степень локализованных выпадений, чем взрывы на меньшей высоте с образованием более крупных радиоактивных частиц.
Концентрация продуктов конденсации одинакова для мелких частиц и для осажденных поверхностных слоев более крупных частиц. На килотонну урожая образуется около 100 кг мелких частиц. Объем и, следовательно, активность мелких частиц почти на три порядка меньше объема осажденных поверхностных слоев на более крупных частицах.
Для высотных взрывов основными процессами образования частиц являются конденсация и последующая коагуляция . При низовых и наземных взрывах с участием частиц грунта основным процессом является осаждение на инородных частицах.
Взрыв на малой высоте создает облако с пылевой нагрузкой 100 тонн на мегатонну мощности. При взрыве на земле образуются облака, в которых примерно в три раза больше пыли. При наземном взрыве примерно 200 тонн грунта на килотонну мощности расплавляется и вступает в контакт с радиацией. [11]
Объем огненного шара одинаков для поверхностной и атмосферной детонации. В первом случае огненный шар представляет собой полусферу, а не сферу, соответственно большего радиуса. [11]
Размеры частиц варьируются от субмикрометровых и микрометровых (создаются в результате конденсации плазмы в огненном шаре) до 10–500 микрометров (поверхностный материал, взволнованный взрывной волной и поднятый попутным ветром), до миллиметра и выше (выбросы кратера). . Размер частиц вместе с высотой, на которую они переносятся, определяет продолжительность их пребывания в атмосфере, поскольку более крупные частицы подвергаются выпадению сухих осадков . Более мелкие частицы также могут быть унесены осадками либо из влаги, конденсирующейся в самом облаке, либо из облака, пересекающегося с дождевым облаком . Осадки, выносимые дождем, называются выпадением , если они убираются во время формирования дождевых облаков, или смывом , если они поглощаются уже сформировавшимися падающими каплями дождя. [16]
Частицы воздушных взрывов имеют размер менее 10–25 микрометров, обычно в субмикрометровом диапазоне. Они состоят в основном из оксидов железа , с меньшей долей оксида алюминия , а также оксидов урана и плутония . Частицы размером более 1–2 микрометров имеют очень сферическую форму, что соответствует испарению материала, конденсирующегося в капли, а затем затвердевающего. Радиоактивность равномерно распределена по объему частицы, что делает общую активность частиц линейно зависимой от объема частицы. [11] Около 80% активности приходится на более летучие элементы, которые конденсируются только после того, как огненный шар значительно остынет. Например, у стронция-90 будет меньше времени для конденсации и объединения в более крупные частицы, что приведет к большей степени смешивания объема воздуха и более мелких частиц. [17] Частицы, образовавшиеся сразу после взрыва, малы: 90% радиоактивности приходится на частицы размером менее 300 нанометров. Они коагулируют со стратосферными аэрозолями. Коагуляция более интенсивна в тропосфере, а на уровне земли наибольшая активность наблюдается в частицах размером от 300 нм до 1 мкм . Коагуляция компенсирует процессы фракционирования при образовании частиц, выравнивая изотопное распределение.
При наземных и маловысотных выбросах облако содержит также испаренные, расплавленные и расплавленные частицы грунта. Распределение активности по частицам зависит от их образования. Частицы, образовавшиеся в результате испарения-конденсации, обладают активностью, равномерно распределенной по объему, как частицы воздушного взрыва. В более крупных расплавленных частицах продукты деления диффундируют через внешние слои, а расплавленные и нерасплавленные частицы, которые недостаточно нагрелись, но вступили в контакт с испаренным материалом или уловленными каплями до их затвердевания, имеют относительно тонкий слой высокоактивного материала, осажденный на их поверхность. Состав таких частиц зависит от характера почвы, обычно это стекловидный материал, образованный из силикатных минералов. Размеры частиц зависят не от урожайности, а от характера почвы, так как они основаны на отдельных зернах почвы или их скоплениях. Присутствуют два типа частиц: сферические, образовавшиеся в результате полного испарения-конденсации или, по крайней мере, плавления почвы, с активностью, распределенной равномерно по объему (или с 10–30% объема неактивного ядра для более крупных частиц размером 0,5–2 мм). ), а также частицы неправильной формы, образовавшиеся по краям огненного шара в результате слияния частиц почвы, причем активность отложилась в тонком поверхностном слое. Количество крупных частиц неправильной формы незначительно. [11] Частицы, образовавшиеся в результате взрывов над океаном или в нем, будут содержать короткоживущие радиоактивные изотопы натрия и соли из морской воды . Расплавленный кремнезем является очень хорошим растворителем оксидов металлов и легко удаляет мелкие частицы; взрывы над почвами, содержащими кремнезем, будут производить частицы со смешанными по объему изотопами. Напротив, коралловый мусор, основанный на карбонате кальция , имеет тенденцию адсорбировать радиоактивные частицы на своей поверхности. [17]
Элементы подвергаются фракционированию во время образования частиц из-за их различной летучести . Тугоплавкие элементы ( Sr , Y , Zr , Nb , Ba , La , Ce , Pr , Nd , Pm ) образуют оксиды с высокими температурами кипения ; они осаждаются быстрее всего и во время затвердевания частиц при температуре 1400 ° C считаются полностью конденсированными. Летучие элементы ( Kr , Xe , I , Br ) при этой температуре не конденсируются. Промежуточные элементы имеют температуры кипения (или их оксидов), близкие к температуре затвердевания частиц ( Rb , Cs , Mo , Ru , Rh , Tc , Sb , Te ). Элементы в огненном шаре присутствуют в виде оксидов, если только температура не превышает температуру разложения данного оксида. Менее тугоплавкие изделия конденсируются на поверхности затвердевших частиц. Изотопы с газообразными предшественниками затвердевают на поверхности частиц, образуясь в результате распада.
Самые крупные и, следовательно, наиболее радиоактивные частицы выпадают в результате выпадения осадков в первые несколько часов после взрыва. Частицы меньшего размера переносятся на большую высоту и опускаются медленнее, достигая земли в менее радиоактивном состоянии, поскольку изотопы с самым коротким периодом полураспада распадаются быстрее всего. Мельчайшие частицы могут достигать стратосферы и оставаться там неделями, месяцами и даже годами и посредством атмосферных течений покрывать целое полушарие планеты. Более высокая опасность, кратковременные и локализованные осадки выпадают в основном с подветренной стороны от места взрыва, в сигарообразной зоне, при условии ветра постоянной силы и направления. Боковые ветры, изменения направления ветра и осадки являются факторами, которые могут существенно изменить характер выпадения осадков. [18]
Конденсация капель воды в грибовидном облаке зависит от количества ядер конденсации . Слишком большое количество ядер конденсации фактически препятствует конденсации, поскольку частицы конкурируют за относительно недостаточное количество водяного пара.
Химическая реакционная способность элементов и их оксидов, свойства адсорбции ионов и растворимость соединений влияют на распределение частиц в окружающей среде после осаждения из атмосферы. Биоаккумуляция влияет на распространение радиоизотопов выпадений в биосфере .
Основной опасностью выпадения осадков является гамма-излучение короткоживущих радиоизотопов, на которые приходится основная часть активности. В течение 24 часов после взрыва уровень выпадения гамма-излучения падает в 60 раз. Радиоизотопы с более длительным сроком службы, обычно цезий-137 и стронций-90 , представляют долгосрочную опасность. Интенсивное бета-излучение частиц выпадения может вызвать бета-ожоги у людей и животных, вступивших в контакт с выпадениями вскоре после взрыва. Проглоченные или вдыхаемые частицы вызывают внутреннюю дозу альфа- и бета-излучения, что может привести к долгосрочным последствиям, включая рак .
Нейтронное облучение самой атмосферы производит небольшое количество активации, в основном в виде долгоживущего углерода-14 и короткоживущего аргона -41. Элементами, наиболее важными для наведенной радиоактивности морской воды, являются натрий -24, хлор , магний и бром . Для наземных взрывов опасными элементами являются алюминий -28, кремний -31, натрий-24, марганец -56, железо -59 и кобальт-60 .
Корпус бомбы может быть важным источником нейтронно-активируемых радиоизотопов. Поток нейтронов в бомбах, особенно термоядерных устройствах, достаточен для высокопороговых ядерных реакций . Индуцированные изотопы включают кобальт-60, 57 и 58, железо-59 и 55, марганец-54, цинк-65, иттрий-88 и, возможно, никель-58 и 62, ниобий-63, гольмий-165, иридий-191, и недолговечные марганец-56, натрий-24, кремний-31 и алюминий-28. Могут присутствовать европий - 152 и 154, а также два ядерных изомера родия -102. Во время операции Hardtack вольфрам -185, 181 и 187 и рений -188 были произведены из элементов, добавленных в качестве индикаторов в корпуса бомб, чтобы можно было идентифицировать осадки, образующиеся в результате конкретных взрывов. В качестве индикаторов упоминаются также сурьма -124, кадмий -109 и кадмий-113м. [11]
Наиболее значимыми источниками радиации являются продукты деления первичной стадии деления, а в случае оружия деления-синтеза-деления - деления тампера урана стадии термоядерного синтеза. При термоядерном взрыве выделяется гораздо больше нейтронов на единицу энергии по сравнению с чисто делительным выходом, влияющим на состав продуктов деления. Например, изотоп урана-237 является уникальным маркером термоядерного взрыва, поскольку он образуется в результате (n,2n)-реакции из урана-238 , при этом минимальная необходимая энергия нейтронов составляет около 5,9 МэВ. Значительные количества нептуния-239 и урана-237 являются индикаторами взрыва деления-синтеза-деления. Также образуются небольшие количества урана-240, а захват большого количества нейтронов отдельными ядрами приводит к образованию небольших, но обнаруживаемых количеств высших трансурановых элементов , например эйнштейния -255 и фермия -255. [11]
Одним из важных продуктов деления является криптон-90 , радиоактивный благородный газ . Он легко диффундирует в облаке и дважды распадается на рубидий-90, а затем на стронций-90 с периодом полураспада 33 секунды и 3 минуты. Инертность благородного газа и быстрая диффузия ответственны за обеднение местных выпадений Sr-90 и соответствующее обогащение Sr-90 удаленных выпадений. [19]
Радиоактивность частиц уменьшается со временем, при этом разные изотопы значимы в разные промежутки времени. Для продуктов активации почвы алюминий-28 вносит наиболее важный вклад в течение первых 15 минут. Марганец-56 и натрий-24 следуют примерно до 200 часов. Железо-59 следует через 300 часов, а через 100–300 дней существенным вкладом становится кобальт-60.
Радиоактивные частицы могут переноситься на значительные расстояния. Радиация от испытания Тринити была смыта ливнем в Иллинойсе . Это было сделано и прослежено, когда компания Eastman Kodak обнаружила, что рентгеновские пленки затуманиваются картонной упаковкой , произведенной на Среднем Западе . Неожиданные ветры разнесли смертельные дозы осадков Касл-Браво над атоллом Ронгелап , вынудив его эвакуировать. Пострадал и экипаж японского рыболовного судна Daigo Fukuryu Maru , находившегося за пределами прогнозируемой опасной зоны. Стронций-90, обнаруженный во всем мире, позже привел к заключению Договора о частичном запрещении испытаний . [17]
Интенсивное излучение в первые секунды после взрыва может вызвать наблюдаемую ауру флуоресценции — сине -фиолетово-фиолетовое свечение ионизированного кислорода и азота , выходящее на значительное расстояние от огненного шара, окружающее головку формирующегося грибовидного облака. [20] [21] [22] Этот свет легче всего увидеть ночью или в условиях слабого дневного света. [6] Яркость свечения быстро уменьшается с течением времени с момента взрыва, становясь едва заметным через несколько десятков секунд. [23]
Ядерные грибовидные облака часто сопровождаются недолговечными паровыми облаками, известными также как « облака Вильсона », конденсационные облака или паровые кольца. «Отрицательная фаза», следующая за положительным избыточным давлением за фронтом ударной волны, вызывает внезапное разрежение окружающей среды. Эта область низкого давления вызывает адиабатическое падение температуры, в результате чего влага из воздуха конденсируется в движущейся наружу оболочке, окружающей взрыв. Когда давление и температура возвращаются к норме, облако Вильсона рассеивается. [24] Ученые, наблюдавшие за ядерными испытаниями операции «Перекресток» в 1946 году на атолле Бикини, назвали это переходное облако «облаком Вильсона» из-за его визуального сходства с камерой Вильсона ; Камера Вильсона использует конденсацию от быстрого падения давления, чтобы отмечать следы электрически заряженных субатомных частиц . Аналитики более поздних испытаний ядерной бомбы использовали более общий термин «конденсатное облако», а не «облако Вильсона».
Такой же конденсат иногда можно увидеть над крыльями реактивных самолетов на малой высоте в условиях повышенной влажности. Верхняя часть крыла представляет собой изогнутую поверхность. Искривление (и увеличение скорости воздуха) вызывает снижение давления воздуха, как это предусмотрено законом Бернулли . Это снижение давления воздуха вызывает охлаждение, и когда воздух охлаждается выше точки росы , водяной пар конденсируется из воздуха, образуя капли воды, которые становятся видимыми в виде белого облака. С технической точки зрения «облако Вильсона» также является примером особенности Прандтля – Глауэрта в аэродинамике. [ нужна цитата ]
На форму ударной волны влияет изменение скорости звука с высотой, а температура и влажность различных слоев атмосферы определяют появление облаков Вильсона. Конденсационные кольца вокруг огненного шара или над ним являются часто наблюдаемой особенностью. Кольца вокруг огненного шара могут стать устойчивыми и превратиться в кольца вокруг поднимающегося стебля. Взрывы более высокой мощности вызывают интенсивные восходящие потоки воздуха, при которых скорость воздуха может достигать 300 миль в час (480 км/ч). Вовлечение более влажного воздуха в сочетании с соответствующим падением давления и температуры приводит к образованию юбок и колоколов вокруг стебля. Если капли воды станут достаточно большими, образуемая ими облачная структура может стать достаточно тяжелой, чтобы опуститься; таким образом можно создать восходящий стебель с нисходящим колоколом вокруг него. Наслоение влажности в атмосфере, ответственное за появление колец конденсации, а не сферического облака, также влияет на форму артефактов конденсации вдоль ножки грибовидного облака, поскольку восходящий поток вызывает ламинарный поток . Тот же эффект над вершиной облака, где расширение поднимающегося облака выталкивает слой теплого, влажного воздуха с малых высот вверх в холодный воздух на больших высотах, сначала вызывает конденсацию водяного пара из воздуха и затем заставляет полученные капли замерзать, образуя ледяные шапки (или ледяные шапки ), похожие по внешнему виду и механизму образования на шарфовые облака .
Получающиеся в результате составные структуры могут стать очень сложными. Облако Касл-Браво на разных этапах своего развития имело 4 конденсационных кольца, 3 ледяных шапки, 2 юбки и 3 колокола.
