Ядерный гриб: Почему ядерный взрыв имеет форму гриба

Как возникает ядерный «гриб» и почему у него такая характерная форма

Ядерный взрыв — это процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате неуправляемой цепной ядерной реакции деления или термоядерного синтеза. Каждый, кто хоть раз видел ядерный взрыв на видеороликах или фотографиях, знает, что обычно он похож на огромный гриб. Но почему?

Pixabay

Разбираемся, почему ядерный взрыв так похож на гриб и при чём тут восходящие потоки

Вообще, по своему происхождению ядерные взрывы являются либо продуктом деятельности человека на Земле и в околоземном космическом пространстве, либо природными процессами на некоторых видах звёзд. Искусственные ядерные взрывы — мощнейшее оружие, предназначенное для уничтожения крупных наземных и защищённых подземных военных объектов, скоплений войск и техники противника, а также полного подавления и уничтожения противоборствующей стороны: разрушения больших и малых населённых пунктов с мирным населением, стратегической промышленности, крупных транспортных узлов, деловых центров.

Сопутствующие ядерному взрыву явления варьируются в зависимости от местонахождения его центра. После инициирования реакции деления или синтеза за очень короткое время порядка долей микросекунд в ограниченном объёме выделяется огромное количество лучистой и тепловой энергии. Реакция обычно заканчивается после испарения и разлёта конструкции взрывного устройства вследствие огромной температуры и давления в точке взрыва. Визуально с большого расстояния эта фаза воспринимается как очень яркая светящаяся точка. Световое давление от электромагнитного излучения при реакции нагревает и вытесняет окружающий воздух от точки взрыва.

Образуется огненный шар и начинает формироваться скачок давления между воздухом, сжатым излучением, и невозмущённым, поскольку скорость перемещения фронта нагрева изначально многократно превосходит скорость звука в среде. После затухания ядерной реакции выделение энергии прекращается и дальнейшее расширение происходит за счёт разницы температур и давлений в области огненного шара и окружающего воздуха.

С определённого момента скорость перемещения скачка давления становится больше скорости расширения огненного шара, ударная волна отрывается от огненного шара, он превращается в облако и начинает подниматься вверх, увлекая с собой с поверхности пыль и грунт.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Вихрь поднятой пыли и частиц грунта с земли стремится к огненному шару, образуя ножку гриба. Развивается грибовидное облако, продолжающее расти в высоту и в диаметре. После выравнивания температур и давлений подъём пыли и частиц с земли прекращается, ножка гриба останавливается и оседает на землю, а шляпка превращается в тёмное облако, выпадающее осадками и рассеиваемое ветрами. Кстати, при высотном ядерном взрыве гриб не образуется, а при экзоатмосферном нет и облака — ему просто не из чего образовываться. Впрочем, описанные выше эффекты характерны для любого взрыва большой мощности.

Что делать после ядерного взрыва

На дворе, конечно, не Карибский кризис, но градус паранойи в воздухе резко повысился. И, хотя никто не обещает превратить другие страны в «ядерный пепел», поводов всё ещё достаточно. Последний из них — угрозы США в адрес России.

Атомная угроза уже порядком стёрлась из народной памяти. Едва ли кто-то сейчас ответит, что значит один длинный гудок и два коротких или где находится ближайшее бомбоубежище.

Ядерный гриб на горизонте стал чем-то вроде зомби-апокалипсиса — чистой фантастикой из книжек про сталкеров и третью мировую войну. Мы представили, как бы выживал после настоящего ядерного удара читатель такой литературы.

Первый день

«Угроза ядерной войны была для меня заманчивой перспективой. «Битвы с мародёрами», «выживание в радиоактивных лесах», «столкновения с мутантами» — это звучало даже круче, чем «зомби-апокалипсис». Я залез в Сеть, узнал, что в случае чего Вашингтон начнёт бомбить города в шесть часов вечера, и прочёл, какие продукты надо взять. Съездил на дачу и забрал дедушкины патроны — в случае апокалипсиса они станут самым ценным ресурсом. Кроме того, я купил через анонимный браузер пистолет. Также я купил подержанную машину, чтобы после взрыва уехать в лес».

Кадр из фильма © «Дорога». Режиссёр: Джон Хиллкоут, сценаристы: Джо Пенхалл, Кормак Маккарти / «Кинопоиск»

• Необходимость взять с собой оружие и патроны — один из самых распространённых мифов о ядерном апокалипсисе. Мародёры и уж подавно мутанты не более чем плод фантазии писателей. Если возьмёте с собой оружие и патроны, то с ними придётся расстаться на первом же блокпосту.
• Вместо того чтобы забивать рюкзак макаронами, возьмите как можно больше лекарств. Вам пригодятся антибиотики, инсулин и разнообразные средства по обработке ран. Учтите: реально эффективные антирадиационные средства заранее вы не добудете. Пить йод, как советует большинство руководств, тоже не стоит, разве что для самоуспокоения.

День второй

Кадр из фильма © «Книга Илая». Режиссёры: Альберт Хьюз, Аллен Хьюз, сценаристы Гэри Уитта / «Кинопоиск»

«На горизонте появился огромный ядерный гриб. Я полюбовался им из окна своего дома, затем быстро схватил рюкзак и спустился в гараж. Включил машину и погнал в леса — выживать».

Ценные советы:

• Вам едва ли пригодится транспорт. И в лесу вы от взрыва (и последующих радиоактивных осадков) точно не укроетесь. Если после взрыва вы окажетесь вдали от зоны поражения, то машина, конечно, поможет. Однако заранее приготовленный автомобиль в гараже вашего дома — вещь не самая полезная. В первые часы после взрыва лучше отсидеться дома. Если стёкла уцелели, то просто вывесите сигнал о помощи и ждите. Ждать нужно где-то трое суток — за это время существенно снизится радиоактивный фон.
• Стены дома неплохо ослабляют радиационное загрязнение. Подготовьте максимально закрытую одежду и попробуйте оценить ситуацию. Не стоит паниковать. Включите телевизор и постарайтесь понять, что произошло: взрыв на АЭС, теракт или началась третья мировая война. После этого дожидайтесь спасателей или военных. Только они на самом деле знают, что нужно делать. Памяткам, которые бродят по Сети десятилетиями, и руководствам с форумов сталкеров лучше не верить. Действительные руководства есть только у военных, и для гражданских они непригодны.
• На «гриб» лучше не засматриваться — можно заработать ожог сетчатки глаза.
• Не особо рассчитывайте на мобильную связь: если начнётся третья мировая война, то доступа к ней, скорее всего, не будет.

Кадр из фильма © «Дорога». Режиссёр: Джон Хиллкоут, сценаристы: Джо Пенхалл, Кормак Маккарти / «Кинопоиск»

Ценные советы:

• Подойдут далеко не все станции метро. Вам нужны станции глубокого залегания, которые оборудованы задвигаемыми дверями и хорошей системой вентиляции. Среди глубоких станций можно отметить «Адмиралтейскую» в Санкт-Петербурге и станцию «Парк Победы» в Москве. Метро и впрямь может оказаться полезнее бомбоубежища, так как его регулярно инспектируют. Но долго отсиживаться в подземке тоже не рекомендуется. Когда спадёт фон, постарайтесь покинуть зону поражения. При этом лучше перемещаться под землёй — пребывание на поверхности сократите до минимума.
• Ещё раз: не надо никуда ехать или бежать. Попытайтесь выяснить, в какой зоне взрыва вы оказались.

Кадр из фильма © «Дорога». Режиссёр: Джон Хиллкоут, сценаристы: Джо Пенхалл, Кормак Маккарти / «Кинопоиск»

Ценные советы:

• Не ждите, что ваша жизнь в бомбоубежище будет наполнена драматическими событиями. Кухня, туалет, спальня — вот ваш маршрут на ближайшие пару недель.
• Главное развлечение — это, разумеется, информация извне. Бомбоубежища оборудованы (если повезёт) пунктами связи.
• Несмотря на нервную обстановку, по бомбоубежищу лучше не бегать, чтобы не повышать выработку углекислого газа.

Кадр из фильма © «Дорога». Режиссёр: Джон Хиллкоут, сценаристы: Джо Пенхалл, Кормак Маккарти / «Кинопоиск»

День десятый

«Мы впервые поднялись на поверхность. Теперь-то уж точно должны начаться приключения: поиск еды, охота, схватки с мародёрами».

• Если вам всё же придётся искать пропитание, то делайте это как можно дальше от зоны поражения. Речь идёт о ста километрах от эпицентра ядерного взрыва. Забудьте об охоте на кошек и собак — чем проще еда, тем меньше в ней нуклидов. Поэтому лучше обойтись растительной пищей. Но вообще, конечно, разумнее не добывать еду, а есть исключительно консервы.
• Лучше оставаться с военными как можно дольше. Военные будут собирать автобусы для экстренной эвакуации людей. После переброски в палаточный лагерь вам нужно будет сменить одежду и пройти обеззараживание. Если доза полученной радиации слишком велика, вас отправят в госпиталь. Кроме того, вам необходимо получить антирадиационные средства.
• В случае начала третьей мировой за вами придут из военкомата. Остальные будут дожидаться переброски в тыл.
• В случае одиночного взрыва вас ожидает переброска в детские лагеря и дома отдыха на временное размещение.

Фото © Shutterstock

Можно ли выжить в ядерной войне?

Можно, если знать где укрыться.

Нет, последствия ядерных ударов будут катастрофическими.

Не хочу даже об этом думать.

Доверюсь судьбе — пусть будет как будет.

Американский план Б: Что скрывается за угрозами ядерной дубинки США

Мари Медведева

• Статьи
• третьямировая
• Военная техника
• Наука и Технологии

Комментариев: 4

Для комментирования авторизуйтесь!

Почему атомные бомбы образуют грибовидные облака?

Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Взрыв в День Бейкера на атолле Бикини на Маршалловых островах, записанный автоматической камерой на соседнем острове. Обратите внимание на грибовидное облако, образовавшееся сразу после взрыва. (Изображение предоставлено: Архив Беттмана/Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Когда взрывается бомба, энергия выбрасывается без разбора во всех направлениях. Так почему вместо расширяющегося огненного шара ядерные взрывы приводят к грибовидным облакам?

Хотя выброс энергии изначально формирует сферу горячего воздуха, это только начало истории, по словам Кэти Лундквист, исследователя вычислительной техники из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии. Поскольку горячий воздух поднимается вверх, большая часть сферы в средней колонке — там, где должна быть сердцевина яблока — испытывает большую плавучесть, чем края.

«Сфера имеет форму, у вас есть самый большой столб жидкости с низкой плотностью в середине, поэтому он поднимается быстрее всего», как середина кекса, поднимающегося в духовке, сказал Лундквист. (Хотя в просторечии мы склонны использовать термины «флюид» и «жидкость» взаимозаменяемо, для ученых термин «флюид» может относиться как к жидкости, так и к газу; у обоих нет фиксированной формы, они могут течь и могут быть описаны одним и тем же набором математических уравнений, согласно Лундквисту.

)

Связанный: Сколько атомов находится в наблюдаемой Вселенной?

Хотя вся сфера поднимается, поскольку эта средняя колонна поднимается с большей скоростью, более холодный воздух за пределами сферы начинает «стремиться под поднимающимся пузырем», — сказал Лундквист в интервью Live Science.

Это приводит к тому, что поднимающийся пузырек искажается в форму тора или пончика. А поскольку молекулы горячего воздуха быстро перемещаются в возбужденном состоянии, отталкиваясь друг от друга с высокой скоростью, они создают между собой такое большое пространство, что образуют почти вакуум. «Это струя материала, которая всасывается в вакуум, который выталкивается вверх и образует грибовидное облако вверху и более плоскую область внутри тора внизу», — сказал Лундквист. Эта струя, всасывающая грязь и мусор, формирует ножку гриба, даже когда она входит в шляпку гриба.

На этой диаграмме показано направление движения жидкости после ядерного взрыва. (Изображение предоставлено Wikimedia Commons; (CC SA 1.0) )

Ядерные бомбы, сброшенные во время войны, и научные эксперименты показывают, что грибовидные облака могут образовываться на Земле, но как насчет космоса ? Если бы Луна была взорвана, возникло бы грибовидное облако? Лундквист сказал, что ответ «нет».

«Вам нужна атмосфера, чтобы они могли иметь этот жидкий материал», например воздух, сказала она. «Это не произойдет в вакууме». Безвоздушная среда Луны не могла бы исказить первоначальную сферу в тор, и не было бы никакой разницы в плотности воздуха, чтобы всосать этот столб материала, чтобы вырастить облако.

Родственный: Маршалловы острова в 10 раз более «радиоактивны», чем Чернобыль

Так же, как существуют разные виды грибов, существуют разновидности грибовидных облаков. В зависимости от взрывной мощности бомбы и высоты, на которой она взрывается, образовавшееся грибовидное облако будет иметь разные характеристики.

Взрывы, подобные тем, что произошли над Хиросимой и Нагасаки , Япония, в развязке Второй мировой войны, состояли из двух основных частей. Одна часть состояла из волн белого облака наверху, состоящего из продуктов испарения самой бомбы и конденсации воды из окружающего воздуха. Другая часть представляла собой ствол из коричневого материала и обломков, торчащий из земли. Но они не совсем контактировали, как вы можете видеть на фотографии ниже.

Атака ядерной бомбы на Нагасаки, Япония, 8 августа 1945 года. (Изображение предоставлено Photo12/Universal Images Group через Getty Images) коричневый ниже этого», — сказал Лундквист. Шапка и ствол этих облаков не соприкасались, потому что бомбы взорвались высоко, почти на высоте 2000 футов (610 метров) над землей. И хотя они наносили сокрушительные повреждения, они были довольно слабыми по сравнению с более поздним оружием, взрывая с силой около 20 килотонн в тротиловом эквиваленте или меньше9.0011 в соответствии с номером Министерства энергетики США. (На другом конце спектра советская Царь-бомба имела мощность 50 000 килотонн в тротиловом эквиваленте.) в классический профиль гриба, сказал Лундквист.

СВЯЗАННЫЕ ЗАГАДКИ

Лундквист и ее коллеги из лаборатории изучают эти эффекты, чтобы в случае ядерного кризиса они могли «знать, где находятся радиоактивные частицы, чтобы правильно предсказать радиоактивные осадки, а затем дать рекомендации по управлению последствиями, которые защитить здоровье населения».

Хотя угроза ядерного конца света

реальна, совокупные арсеналы мира содержат почти 10 000 ядерных бомб по сравнению с более чем 60 000 в 1980-х годах, согласно Бюллетеню ученых-атомщиков .

Первоначально опубликовано на Live Science.

Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.

Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров.

1. 1

   Редкий железный клад эпохи викингов возрастом 1000 лет найден в подвале в Норвегии разрешение радиолокационных спутников

2. 3

   На первый взгляд «пустой» могильный холм скрывает 1200-летний корабль викингов 5

   5

   Загадочные «раскрашенные люди» Шотландии давно ушли, но их ДНК продолжает жить. Совершенно новый минерал

3. 2

   Первый в истории крупный план супермассивной черной дыры, обостренной до «полного разрешения» от ИИ, и результаты потрясающие

4. 3

   Таинственные давно нет, но их ДНК живет на

5. 4

   Познакомьтесь со «Страшной Барби», черной дырой, убивающей звезду самым ярким образом из возможных

6. 5

   FDA одобрило первую таблетку, сделанную из человеческих экскрементов

   90 080

Какими процессами определяется странная форма грибовидного облака после ядерного, термоядерного или крупного химического взрыва?

Науки | Задайте вопрос экспертам

• 21 октября 1999 г.

• Поделиться на Facebook

• Поделиться на Twitter

• Поделиться на Reddit

• Поделиться на LinkedIn

• 9000 4 Отправить по электронной почте

• Печать

Дэвид Дирборн, физик из Лоуренса Ливерморский национальный Лаборатория, отвечает:

«Вопреки распространенному заблуждению, форма грибовидного облака не зависит от ядерной или термоядерной составляющей; как вы заметили, массированная детонация химических взрывчатых веществ произвела бы то же самое эффект.

«Грибообразное облако образуется, когда взрыв создает очень горячий пузырь газа. В случае ядерного взрыва бомба излучает взрыв рентгеновские лучи, ионизирующие и нагревающие окружающий воздух; этот горячий пузырь газ известен как огненный шар. Горячий воздух плавучий, поэтому он быстро поднимается и расширяется. Поднимающееся облако создает мощный восходящий поток, который поднимает пыль, образующая ножку грибовидного облака.

«Самая горячая центральная часть огненного шара создает вращательное движение поскольку он взаимодействует с внешними частями. Термическая нестабильность, называемая Неустойчивости Кельвина-Гельмгольца возникают на границе раздела огненный шар и соседний прохладный воздух. Если вы посмотрите фильм о ядерной детонации, вы можете видеть, как увлеченный материал закручивается наружу как результат.

«Все атомные бомбы имеют выпуклость и стержень, но действительно огромные, плоские облака, те самые, которые можно описать только как грибы, приходят от очень мощных взрывов, вызванных термоядерным оружием (водородные бомбы). Огненный шар от водородной бомбы поднимается так высоко, что поражает тропопауза, граница между тропосферой и стратосфера. В тропопаузе наблюдается сильный градиент температуры, что предотвращает сильное смешивание двух слоев атмосферы. горячий пузырь огненного шара сначала расширяется и поднимается вверх. К тому времени пузырь поднялся от уровня моря до тропопаузы, уже не жарко достаточно, чтобы прорваться через границу. (Другими словами, пузырь сталкивается с материалом, который имеет больше энергии, чем он есть, так что это не дольше плавучий.) В этот момент огненный шар выравнивается; это не может больше расширяться вверх, поэтому он расширяется в сторону в преувеличенно шляпка гриба. То же самое происходит с большим летом грозовое облако, когда они поднимаются до тропопаузы, производя характерная уплощенно-наковаленчатая форма.

«Тем, кто хочет узнать больше о грибовидных облаках и других явления атомной бомбы, возможно, стоит взглянуть на книгу The Effect of Nuclear Weapons, составленный и отредактированный Сэмюэлем Гласстоуном и Филипом Дж. Долан (Министерство обороны США и Министерство энергетики США, 1977 г.).

Читать далее

Информационный бюллетень

Будьте умнее. Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.

Регистрация

Поддержка научной журналистики

Откройте для себя науку, которая изменит мир. Изучите наш цифровой архив с 1845 года, включая статьи более 150 лауреатов Нобелевской премии.