Грибное облако

редактировать
Восходящее облако от вулкана Редут в результате извержения 21 апреля 1990 года. Шлейф грибовидной формы поднялся из лавин горячего мусора ( пирокластических потоков ), которые каскадом спускались с северного склона вулкана. Гриб от атомной бомбардировки в Нагасаки, Япония, 9 августа 1945 года.

Гриб является отличительной гриб -образного flammagenitus облака мусора, дым и обычно конденсируются водяной пар в результате больших взрыва. Эффект чаще всего ассоциируется с ядерным взрывом, но любая достаточно энергичная детонация или горение вызовут тот же эффект. Они могут быть вызваны мощным обычным оружием, таким как термобарическое оружие, включая ATBIP и GBU-43 / B Massive Ordnance Air Blast. Некоторые извержения вулканов и столкновения могут создавать естественные грибовидные облака.

Грибные 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 его краям, образуя временное вихревое кольцо, которое втягивает центральный столб, возможно, с дымом, обломками, конденсированным водяным паром или их комбинацией, чтобы сформировать " ножка гриба ». Масса газа плюс увлеченный влажный воздух в конечном итоге достигает высоты, на которой он уже не имеет более низкой плотности, чем окружающий воздух; в этот момент он рассеивается, дрейфуя обратно вниз (см. радиоактивные осадки ). Высота стабилизации сильно зависит от профилей температуры, точки росы и сдвига ветра в воздухе на начальной высоте и выше.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Ранние отчеты, происхождение термина
  • 2 Физика
  • 3 Ядерные грибовидные облака
    • 3.1 Состав облаков
    • 3.2 Радиоизотопы
    • 3.3 Флуоресцентное свечение
    • 3.4 Эффекты конденсации
  • 4 См. Также
  • 5 ссылки
  • 6 Библиография
  • 7 Внешние ссылки

Ранние отчеты, происхождение термина

Вью дю siège де Гибралтар и др взрыва дез батареи flottantes Вид на Осаде Гибралтара и взрыва плавучей батареи, художник неизвестен, c.1782

Хотя этот термин, похоже, был придуман в начале 1950-х годов, грибовидные облака, образовавшиеся в результате взрывов, описывались за столетия до атомной эры.

Современная акватинта, сделанная неизвестным художником во время франко-испанского нападения на Гибралтар в 1782 году, показывает, как одна из плавучих батарей атакующих сил взрывается грибовидным облаком после того, как британские защитники подожгли ее, сделав горячий выстрел.

Грибовидное облако на гравюре из книги Герхарда Вьетха Physikalischer Kinderfreund (1798 г.)

В 1798 году Герхард Вьет опубликовал подробный иллюстрированный отчет об облаке в окрестностях Готы, которое «по форме напоминало гриб». Несколько лет назад тёплым летним днем ​​это облако наблюдал советник дипломатической миссии Лихтенберг. Это было интерпретировано как неправильное метеорологическое облако и, похоже, вызвало бурю с дождем и громом из нового темного облака, которое образовалось под ним. Лихтенберг заявил, что позже наблюдал несколько похожих облаков, но ни одного такого замечательного.

Один из них произвел взрыв в Галифаксе в 1917 году.

1 октября 1937 года «Таймс» опубликовала отчет о нападении японцев на Шанхай в Китае, в результате которого возник «огромный гриб дыма».

Во время Второй мировой войны описания грибовидных облаков были относительно обычным явлением.

Облако атомной бомбы над Нагасаки, Япония, было описано в лондонской газете «Таймс» от 13 августа 1945 года как «огромный гриб из дыма и пыли». 9 сентября 1945 года газета New York Times опубликовала отчет очевидца взрыва в Нагасаки, написанный Уильямом Л. Лоуренсом, официальным газетным корреспондентом Манхэттенского проекта, который сопровождал один из трех самолетов, совершивших бомбардировку. Он писал о бомбе, производящей «столб пурпурного огня», из вершины которого вырос «гигантский гриб, увеличивший высоту столба до 45 000 футов».

Позже, в 1946 году, испытания ядерной бомбы в ходе операции «Перекресток» описывались как «облако из цветной капусты », но присутствующий репортер также говорил о «грибе, который теперь является общим символом атомного века ». Грибы традиционно ассоциировались как с жизнью, так и со смертью, едой и ядом, что делает их символической связью более сильной, чем, скажем, облако «цветной капусты».

Физика

Внутри поднимающегося грибовидного облака: более плотный воздух быстро проникает в нижний центр тороидального огненного шара, который бурно смешивается с уже знакомым облаком.

Грибные облака образуются в результате многих видов больших взрывов под действием земной гравитации, но наиболее известны они своим появлением после ядерных взрывов. Без силы тяжести или без плотной атмосферы побочные газы взрывчатого вещества остались бы сферическими. Ядерное оружие обычно взрывается над землей (не при ударе, потому что некоторая часть энергии рассеивается движением земли), чтобы максимизировать эффект расширяющегося сферически огненного шара и взрывной волны. Сразу после взрыва огненный шар начинает подниматься в воздух, действуя по тому же принципу, что и воздушный шар.

Один из способов анализа движения после того, как горячий газ достаточно очистил землю, - это «сферический колпачок пузыря», так как это дает согласие между скоростью подъема и наблюдаемым диаметром.

Взрыв в замке Браво мощностью 15 мегатонн на атолле Бикини, 1 марта 1954 года, видны многочисленные кольца конденсации и несколько ледяных шапок.

Когда он поднимается, образуется неустойчивость Рэлея-Тейлора, и воздух втягивается вверх и в облако (подобно восходящему потоку в дымоходе ), создавая сильные воздушные потоки, известные как « послезавтра », в то время как внутри головы облака горячие газы вращаются по тороидальной форме. Когда высота взрыва достаточно мала, эти попутные ветры будут втягивать грязь и мусор с земли под землей, чтобы сформировать стержень грибовидного облака.

После того, как масса горячих газов достигает равновесного уровня, подъем прекращается, и облако начинает сглаживаться до характерной грибовидной формы, чему обычно способствует рост поверхности из-за затухающей турбулентности.

Ядерные грибовидные облака

Ядерные взрывы, произведенные высоко над землей, могут не создать грибовидные облака со стеблем. Главы самих облаков состоят из высоко радиоактивных частиц, в первую очередь продуктов деления и других обломки оружия, аэрозоли, и обычно разносятся ветром, хотя характер погоды (особенно дождь) может привести к проблематичным радиоактивным осадкам.

Взрывы значительно ниже уровня земли или глубоко под водой (например, ядерные глубинные заряды) также не создают грибовидных облаков, поскольку в этих случаях взрыв вызывает испарение огромного количества земли и воды, создавая пузырь, который затем схлопывается в на себя; в случае менее глубокого подземного взрыва образуется кратер проседания. Взрывы под водой, но у поверхности создают столб воды, который при обрушении образует форму, похожую на цветную капусту, которую легко принять за грибовидное облако (например, на хорошо известных снимках теста Crossroads Baker ). Подземные взрывы на малой глубине создают грибовидное облако и базовую волну, два разных отчетливых облака. Количество радиации, выбрасываемой в атмосферу, быстро уменьшается с увеличением глубины детонации.

При наземных и приповерхностных воздушных взрывах количество подбрасываемого в воздух мусора быстро уменьшается с увеличением высоты взрыва. На лопнувших высотах приблизительно 7  м / килотонный 1 / 3, А кратер не образуется, и, соответственно, меньшее количество пыли и мусора производится. Высота уменьшения выпадения осадков, выше которой первичные радиоактивные частицы состоят в основном из тонкой конденсации огненного шара, составляет приблизительно 55  метров / килотонн 0,4. Однако даже на такой высоте взрыва выпадение осадков может быть вызвано рядом механизмов.

Размер грибовидного облака как функция урожайности.

Распределение излучения в грибовидном облаке меняется в зависимости от мощности взрыва, типа оружия, отношения термоядерного синтеза, высоты взрыва, типа местности и погоды. Как правило, при взрывах малой мощности около 90% радиоактивности приходится на шляпку гриба и 10% - на стебель. Напротив, взрывы мегатонного диапазона обычно имеют большую часть своей радиоактивности в нижней трети грибовидного облака.

В момент взрыва образуется огненный шар. Восходящая, примерно сферическая масса горячих раскаленных газов меняет форму из-за атмосферного трения и охлаждает свою поверхность за счет энергетического излучения, превращаясь из сферы в сильно вращающийся сфероидальный вихрь. Неустойчивости Рэлея-Тейлора формируется как под холодный воздух сначала толкает нижние болидных газы в перевернутой форме чашки. Это вызывает турбулентность и вихрь, который всасывает больше воздуха в свой центр, создавая внешний вторичный ветер и охлаждая себя. Скорость его вращения снижается по мере охлаждения и может полностью остановиться на более поздних этапах. Испаренные части оружия и ионизированный воздух охлаждаются до видимых газов, образуя раннее облако; раскаленный вихрь ядро становится желтым, а затем темно - красный, затем теряет видимый накал. При дальнейшем охлаждении основная масса 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 шкалы плотности атмосферы, весь подъем облаков будет баллистическим, преодолевая большой объем избыточного воздуха до больших высот, чем конечная высота стабилизации. Огненные шары значительно меньшего размера создают облака с подъемом, регулируемым плавучестью.

Достигнув тропопаузы, нижней границы области сильной статической устойчивости, облако имеет тенденцию замедлять свой подъем и расширяться. Если он содержит достаточно энергии, его центральная часть может продолжать подниматься в стратосферу как аналог стандартной грозы. Масса воздуха, поднимающаяся из тропосферы в стратосферу, приводит к образованию акустических гравитационных волн, практически идентичных тем, которые создаются интенсивными грозами, пронизывающими стратосферу. Взрывы меньшего масштаба, пронизывающие тропопаузу, генерируют волны более высокой частоты, классифицируемые как инфразвук.

Взрыв поднимает большое количество влажного воздуха с меньших высот. Когда воздух поднимается, его температура падает, и его 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.

Эволюция ядерного грибовидного облака; 19 уз на высоте 120 м • уз - 1 ⁄ 3. Неваляшка-окунь. Песчаная почва пустыни Невада «засорена» интенсивной вспышкой света, излучаемой мгновенным событием сверхкритичности ; этот «эффект попкорнинга» приводит к тому, что больше почвы поднимается в ствол грибовидного облака, чем было бы в противном случае, если бы устройство было размещено над более типичной поверхностью или почвой.

Грибовидное облако проходит несколько фаз формирования.

  • Раннее время, первые ≈20 секунд, когда образуется огненный шар и продукты деления смешиваются с веществом, которое вырывается из земли или выбрасывается из кратера. Конденсация испаренной земли происходит в первые несколько секунд, наиболее интенсивно при температурах огненного шара 3500–4100 К.
  • Фаза подъема и стабилизации, от 20 секунд до 10 минут, когда поднимаются горячие газы и выпадают ранние крупные осадки.
  • Поздно, примерно до 2 дней спустя, когда частицы в воздухе разносятся ветром, осаждаются под действием силы тяжести и уносятся осадками.

На форму облака влияют местные атмосферные условия и характер ветра. Выпадение осадков происходит преимущественно с подветренным шлейфом. Однако, если облако достигает тропопаузы, оно может распространяться против ветра, потому что его скорость конвекции выше, чем скорость 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, образованных из первоначально ионизированного азота, кислорода и атмосферной влаги. Озон также образуется в высокотемпературной и высокорадиационной среде взрыва. Подсчитано, что каждая мегатонна урожая дает около 5000 тонн оксидов азота. Также описаны желтые и оранжевые оттенки. Этот красноватый оттенок позже затеняется белым цветом водяных / ледяных облаков, конденсирующихся из быстро текущего воздуха, когда огненный шар охлаждается, и темного цвета дыма и мусора, всасываемых восходящим потоком. Озон придает взрыву характерный запах, похожий на запах коронного разряда.

Капли конденсированной воды постепенно испаряются, что приводит к исчезновению облака. Однако радиоактивные частицы остаются взвешенными в воздухе, а теперь невидимое облако продолжает оседать на своем пути.

Ствол облака от серого до коричневого в результате прорыва земли, так как грибовидное облако засасывает большое количество пыли, грязи, почвы и мусора. Воздушные взрывы производят белые, парящие стебли. Взрывы земли образуют темные грибовидные облака, содержащие облученный материал с земли в дополнение к бомбе и ее оболочке, и, следовательно, вызывают больше радиоактивных осадков с более крупными частицами, которые легко осаждаются локально.

Более высокий выход-детонационный может нести оксиды азота из лопнуть достаточно высоко в атмосфере, чтобы вызвать значительное истощение из озонового слоя.

Двойной гриб с двумя уровнями может быть сформирован при определенных условиях. Например, выстрел Бастера-Джангл Sugar сформировал первую головку от самого взрыва, за которой последовала еще одна, образовавшаяся от тепла горячего, только что образовавшегося кратера.

Сами осадки могут выглядеть как сухие, похожие на пепел хлопья или частицы, слишком мелкие, чтобы их можно было увидеть; в последнем случае частицы часто выпадают из-за дождя. Большое количество новых, более радиоактивных частиц, оседающих на коже, может вызвать бета-ожоги, часто проявляющиеся в виде обесцвеченных пятен и поражений на спине подвергшихся воздействию животных. Осадки от теста Castle Bravo имели вид белой пыли и были названы снегом Bikini ; крошечные белые хлопья напоминали снежинки, прилипали к поверхности и имели солоноватый привкус. 41,4% осадков в результате испытания Operation Wigwam 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.

Состав облака

Грибовидное облако от Buster-Jangle Charlie дает урожай 14 килотонн (при 143 м • кт - 1 ⁄ 3) на начальной стадии формирования стебля. Тороидальный огненный шар виден вверху, облако конденсации формируется в середине из-за интенсивных восходящих потоков влажного воздуха, а формирующийся частичный стержень можно увидеть ниже. Облако имеет красновато-коричневый оттенок оксидов азота.

Облако содержит три основных класса материалов: остатки оружия и продуктов его деления, материал, полученный с земли (имеет значение только для высот взрыва ниже высоты снижения радиоактивных осадков, которая зависит от мощности оружия) и водяной пар. Основная часть излучения, содержащегося в облаке, состоит из продуктов ядерного деления ; Продукты активации нейтронов из оружейных материалов, воздуха и наземных обломков составляют лишь небольшую часть. Активация нейтронов начинается во время нейтронной вспышки в момент самого взрыва, и диапазон этой нейтронной вспышки ограничен поглощением нейтронов, когда они проходят через атмосферу Земли.

Большая часть излучения создается продуктами деления. Значительную часть мощности термоядерного оружия составляет ядерный синтез. Продукты термоядерного синтеза обычно нерадиоактивны. Таким образом, степень образования радиоактивных осадков измеряется в килотоннах деления. Царь Бомба, который произвел 97% его 50-мегатонны выхода из слияния, была очень чистое оружием по сравнению с тем, что, как правило, следует ожидать от оружия его выхода (хотя она по- прежнему получает 1,5 мегатонны его выхода из деления), а тампер термоядерного синтеза был изготовлен из свинца вместо урана-238; в противном случае его мощность составила бы 100 мегатонн, из которых 51 - деление. Если бы он был взорван на поверхности или вблизи нее, его выпадение составило бы целую четверть всех осадков от каждого испытания ядерного оружия, вместе взятого.

Первоначально огненный шар содержит высокоионизированную плазму, состоящую только из атомов оружия, продуктов его деления и атмосферных газов прилегающего воздуха. Когда плазма охлаждается, атомы реагируют, образуя мелкие капли, а затем твердые частицы оксидов. Частицы сливаются с более крупными и осаждаются на поверхности других частиц. Более крупные частицы обычно происходят из материала, устремленного в облако. Частицы устремились, пока облако еще было достаточно горячим, чтобы их расплавить, и они смешиваются с продуктами деления по всему объему. Более крупные частицы получают расплавленные радиоактивные материалы, осаждаемые на их поверхности. Частицы, попавшие в облако позже, когда его температура достаточно низкая, не становятся значительно загрязненными. Частицы, образующиеся только от самого оружия, достаточно мелкие, чтобы оставаться в воздухе в течение длительного времени, и становятся широко рассредоточенными и разбавленными до безопасных уровней. Взрывы на большой высоте, которые не проникают в обломки земли или которые собирают пыль только после достаточного охлаждения, и где радиоактивная фракция частиц поэтому мала, вызывают гораздо меньшую степень локализованных осадков, чем взрывы на более низкой высоте с более крупными радиоактивными частицами.

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 нанесенных поверхностных слоев на более крупные частицы.

При взрывах на большой высоте основными процессами образования частиц являются конденсация и последующая коагуляция. При низковысотных и наземных взрывах с участием частиц грунта основным процессом является осаждение на инородных частицах.

При взрыве на малой высоте образуется облако с запылением в 100 тонн на мегатонну урожая. При взрыве с земли образуются облака, в которых примерно в три раза больше пыли. При наземном взрыве примерно 200 тонн почвы на килотонну урожая плавятся и вступают в контакт с радиацией.

Объем огненного шара одинаков для поверхностной и атмосферной детонации. В первом случае огненный шар представляет собой полусферу вместо сферы с соответственно большим радиусом.

Размеры частиц варьируются от субмикронных и микрометровых (образуются в результате конденсации плазмы в огненном шаре) до 10–500 микрометров (поверхностный материал, взволнованный взрывной волной и поднятый после ветра), до миллиметров и выше (выброс кратера).. Размер частиц вместе с высотой, на которую они переносятся, определяет продолжительность их пребывания в атмосфере, поскольку более крупные частицы подвержены сухим осадкам. Более мелкие частицы также могут улавливаться осадками либо из-за конденсации влаги в самом облаке, либо из-за пересечения облака с дождевым облаком. Осадки несут вниз дождем известен как дождь-аут, если на снятую во время формирования raincloud, вымывания, если всасываться в уже сформированных падающих дождевых капель.

Частицы от воздушных взрывов имеют размер менее 10–25 микрометров, обычно в субмикронном 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, который конденсируется в капли и затем затвердевает. Радиоактивность равномерно распределена по объему частиц, в результате чего общая активность частиц линейно зависит от объема частицы. Около 80% активности присутствует в более летучих элементах, которые конденсируются только после того, как огненный шар в значительной степени 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. Частицы, образующиеся сразу после взрыва, имеют небольшие размеры, 90% радиоактивности присутствует в частицах размером менее 300 нанометров. Они коагулируют стратосферными аэрозолями. Коагуляция более обширна в тропосфере, и на уровне земли наибольшая активность присутствует в частицах размером от 300  нм до 1  мкм. Коагуляция компенсирует процессы фракционирования при образовании частиц, выравнивая изотопное распределение.

При наземных и низковысотных всплесках облако также содержит испаренные, расплавленные и расплавленные частицы почвы. Распределение активности по частицам зависит от их образования. Частицы, образованные в результате испарения-конденсации, обладают активностью, равномерно распределенной по объему, как частицы, вырывающиеся из воздуха. Более крупные расплавленные частицы имеют продукты деления, диффундирующие через внешние слои, а расплавленные и неплавленные частицы, которые не были достаточно нагреты, но вступили в контакт с испарившимся материалом или улавливаемыми каплями до их затвердевания, имеют относительно тонкий слой материала с высокой активностью, осажденный на их поверхность. Состав таких частиц зависит от характера почвы, обычно это стеклообразный материал, образованный из силикатных минералов. Размер частиц зависит не от урожайности, а от характера почвы, поскольку они основаны на отдельных зернах почвы или их скоплениях. Присутствуют два типа частиц: сферические, образованные в результате полного испарения-конденсации или, по крайней мере, плавления почвы, с активностью, равномерно распределенной по объему (или с 10–30% объема неактивного ядра для более крупных частиц размером 0,5–2 мм).), и частицы неправильной формы, образовавшиеся на краях огненного шара в результате слияния частиц почвы, при этом активность осаждается в тонком поверхностном слое. Количество крупных частиц неправильной формы незначительно. Частицы, образовавшиеся в результате взрыва над океаном или в океане, будут содержать короткоживущие радиоактивные изотопы натрия и соли из морской воды. Расплавленный кремнезем - очень хороший растворитель для оксидов металлов и легко удаляет мелкие частицы; взрывы над грунтами, содержащими кремнезем, будут производить частицы с изотопами, смешанными по всему объему. Напротив, коралловый мусор на основе карбоната кальция имеет тенденцию адсорбировать радиоактивные частицы на своей поверхности.

Элементы подвергаются фракционированию во время образования частиц из-за их различной летучести. Огнеупорные 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 (или их оксиды) имеют точки кипения, близкие к температуре затвердевания частиц (Rb, Cs, Mo, Ru, Rh, Tc, Sb, Te). Элементы в огненном шаре присутствуют в виде оксидов, если температура не выше температуры разложения данного оксида. Менее тугоплавкие продукты конденсируются на поверхности затвердевших частиц. Изотопы с газообразными предшественниками затвердевают на поверхности частиц, поскольку они образуются в результате распада.

Самые крупные и, следовательно, наиболее радиоактивные частицы выпадают в результате выпадения осадков в первые несколько часов после взрыва. Более мелкие частицы переносятся на большие высоты и опускаются медленнее, достигая земли в менее радиоактивном состоянии, поскольку изотопы с самым коротким периодом полураспада распадаются быстрее всех. Мельчайшие частицы могут достигать стратосферы и оставаться там в течение недель, месяцев или даже лет и покрывать все полушарие планеты посредством атмосферных течений. Более опасные, краткосрочные и локализованные осадки выпадают в основном с подветренной стороны от места взрыва, в сигарообразной зоне, предполагая ветер постоянной силы и направления. Боковой ветер, изменение направления ветра и осадки - факторы, которые могут сильно изменить характер выпадения осадков.

Конденсация капель воды в грибовидном облаке зависит от количества ядер конденсации. Слишком много ядер конденсации фактически препятствуют конденсации, поскольку частицы конкурируют за относительно недостаточное количество водяного пара.

Химическая реакционная способность элементов и их оксидов, свойства ионной адсорбции и растворимость соединений влияют на распределение частиц в окружающей среде после осаждения из атмосферы. Биоаккумуляция влияет на распространение радиоизотопов в биосфере.

Радиоизотопы

Основная опасность выпадений - гамма-излучение короткоживущих радиоизотопов, которые составляют основную часть активности. В течение 24 часов после взрыва уровень гамма-излучения падает в 60 раз. Радиоизотопы с более длительным сроком жизни, обычно цезий-137 и стронций-90, представляют долгосрочную опасность. Интенсивное бета-излучение от частиц радиоактивных осадков может вызвать бета-ожоги у людей и животных, контактирующих с радиоактивными осадками вскоре после взрыва. Проглоченные или вдыхаемые частицы вызывают внутреннюю дозу альфа- и бета-излучения, что может привести к долгосрочным последствиям, включая рак.

Само нейтронное облучение атмосферы вызывает небольшую активацию, в основном в виде долгоживущего углерода-14 и короткоживущего аргона- 41. Наиболее важными элементами наведенной радиоактивности морской воды являются натрий- 24, хлор, магний и бром. Для наземных разрядов интересными элементами являются алюминий- 28, кремний- 31, натрий-24, марганец -56, железо -59 и кобальт-60.

Кожух бомбы может быть значительным источником радиоизотопов, активируемых нейтронами. Потока нейтронов в бомбах, особенно в термоядерных устройствах, достаточно 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 короткоживущие марганец-56, натрий-24, кремний-31 и алюминий-28. Европий -152 и 154 могут присутствовать, а также два ядерных изомеров из родия -102. Во время операции сухарей, вольфрам -185, 181 и 187 и рений -188 были изготовлены из элементов, добавляемых в качестве трассеров к бомбе кожухам, чтобы обеспечить идентификацию выпадений производимых конкретными взрывами. Сурьма -124, кадмий -109 и кадмий-113m также упоминаются как индикаторы.

Наиболее значительными источниками излучения являются продукты деления от первичной стадии деления, а в случае оружия деления-синтеза-деления - от деления уранового тампера на стадии термоядерного синтеза. При термоядерном взрыве выделяется гораздо больше нейтронов на единицу энергии по сравнению с чисто выходом деления, влияющим на состав продуктов деления. Например, изотоп уран-237 является уникальным маркером термоядерного взрыва, поскольку он образуется в результате реакции (n, 2n) 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 незначительные количества урана-240, и захват большого количества нейтронов отдельными ядрами приводит к образованию небольших, но обнаруживаемых количеств высших трансурановых элементов, например эйнштейния -255 и фермия -255.

Одним из важных продуктов деления является криптон-90, благородный радиоактивный газ. Он легко диффундирует в облаке и подвергается двум распадам до рубидия-90 и затем до стронция-90 с периодом полураспада 33 секунды и 3 минуты. Нереактивность благородных газов и их быстрая диффузия являются причиной истощения локальных выпадений Sr-90 и соответствующего обогащения удаленных выпадений Sr-90.

Радиоактивность частиц уменьшается со временем, при этом разные изотопы имеют значение в разные периоды времени. Для продуктов активации почвы алюминий-28 является наиболее важным участником 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 значительным вкладчиком становится кобальт-60.

Радиоактивные частицы могут переноситься на значительные расстояния. Радиация от теста Тринити была смыта ливнем в Иллинойсе. Это было выведено, и происхождение прослеживается, когда Eastman Kodak нашел рентгеновские пленки были затуманенным от картонной упаковки, произведенной в Среднем Западе. Неожиданный ветер принес смертельные дозы радиоактивных осадков Касл Браво над атоллом Ронгелап, вынудив его эвакуироваться. Также пострадал экипаж японского рыболовного судна « Дайго Фукурю Мару», расположенного за пределами прогнозируемой опасной зоны. Стронций-90, обнаруженный в мировых радиоактивных осадках, позже привел к Договору о частичном запрещении испытаний.

Флуоресцентное свечение

Основная статья: Ионизированное воздушное свечение

Интенсивное излучение в первые секунды после взрыва может вызвать наблюдаемую ауру флуоресценции, сине-фиолетово-пурпурное свечение ионизированного кислорода и азота на значительном расстоянии от огненного шара, окружающего головку образующегося грибовидного облака. Этот свет лучше всего виден ночью или в условиях слабого дневного света. Яркость свечения быстро уменьшается с течением времени с момента взрыва, становясь едва заметным только через несколько десятков секунд.

Эффекты конденсации

Ядерные грибовидные облака часто сопровождаются короткоживущими паровыми облаками, известными как « облака Вильсона », конденсационными облаками или паровыми кольцами. «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 в воздухе конденсируется в движущейся наружу оболочке, окружающей взрыв. Когда давление и температура возвращаются к норме, облако Вильсона рассеивается. Ученые, наблюдавшие за ядерными испытаниями операции «Перекресток» в 1946 году на атолле Бикини, назвали это временное облако «облаком Вильсона» из-за его визуального сходства с камерой Вильсона ; камера Вильсона использует конденсацию из-за быстрого падения давления, чтобы отмечать следы электрически заряженных субатомных частиц. Аналитики более поздних испытаний ядерных бомб использовали более общий термин «облако конденсации», а не «облако Вильсона».

Такой же конденсат иногда наблюдается над крыльями реактивного самолета на малой высоте в условиях высокой влажности. Верх крыла - криволинейная поверхность. Кривизна (и повышенная скорость воздуха) вызывает снижение давления воздуха, как это задано 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 сингулярности Прандтля – Глауэрта в аэродинамике.

На форму ударной волны влияет изменение скорости звука с высотой, а температура и влажность различных слоев атмосферы определяют внешний вид облаков Вильсона. Кольца конденсации вокруг или над огненным шаром - часто наблюдаемая особенность. Кольца вокруг огненного шара могут стать устойчивыми, превратившись в кольца вокруг поднимающегося стержня. Взрывы с более высокой мощностью вызывают интенсивные восходящие потоки, при которых скорость воздуха может достигать 300 миль в час (480 км / ч). Унос из более высокой влажности воздуха, в сочетании с соответствующим падением давления и температуры, приводит к образованию юбки и колокольчики вокруг ствола. Если капли воды станут достаточно большими, облачная структура, которую они образуют, может стать достаточно тяжелой, чтобы опуститься; Таким образом можно получить восходящий стержень с опускающимся колоколом вокруг него. Слои влажности в атмосфере, ответственные за появление колец конденсации в отличие от сферического облака, также влияют на форму артефактов конденсации вдоль ствола грибовидного облака, поскольку восходящий поток вызывает ламинарный поток. Тот же самый эффект над вершиной облака, где расширение поднимающегося облака выталкивает слой теплого влажного воздуха с небольшой высоты вверх в холодный воздух на большой высоте, сначала вызывает конденсацию водяного пара из воздуха и затем вызывает полученные капли замерзать, образуя шапок (или шапок), подобно как внешний вид и механизм формирования в шарф облаков.

Полученные композитные конструкции могут стать очень сложными. Замок Браво облако было, на различных этапах ее развития, 4 конденсации кольца, 3 льдов, 2 юбки, и 3 колокола.

  • Грибовидное облако после испытания водородной бомбы в Касл-Браво мощностью 15 мегатонн, показывающее несколько колец конденсации, 1 марта 1954 года.

  • Грибовидное облако после испытания водородной бомбы в Замке Ромео мощностью 11 мегатонн, демонстрирующее заметное кольцо конденсации.

  • Грибовидное облако после испытания водородной бомбы Castle Union мощностью 6,9 мегатонн, показывающее несколько колец конденсации.

  • Толщина воды от 21-килотонного испытания Crossroads Baker, включающего ядерный подводный взрыв, демонстрирует видное сферическое облако Вильсона.

  • Грибовидное облако из теста Greenhouse George на 225 килотонн, демонстрирующее хорошо развитый колокол.

Грибовидное облако в результате ядерного испытания Tumbler-Snapper Dog. Струи дыма, видимые слева от взрыва при детонации, представляют собой вертикальные дымовые ракеты, используемые для наблюдения за ударной волной от взрыва, и не связаны с грибовидным облаком.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-04-21 04:11:31
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте