Почему ядерный взрыв имеет форму гриба?

У нас тут случайно выдалась очередная неделя ядерных постов, освещающих не самую приятную сторону этого направления. Мы уже поговорили здесь о двух самых первых авариях, связанных с достижением критической массы, при которых не происходило взрыва, как такового, а также об аналогичных авариях на производстве по неосторожности. Сегодня поговорим о самом страшном явлении – о механизме распространения ядерного взрыва в атмосфере.

Стоит отметить, что форма ядерного гриба в основном возникает только если взрыв произошел на поверхности земли, и такой взрыв, кстати, имеет самую низкую разрушающую силу. Куда больше повреждений наносится, если он происходит в атмосфере. Этим и руководствовались американские военные, когда взрывали «толстяка» в 600 метрах над городом Нагасаки.

Как работает ядерная бомба я уже рассказывал, поэтому давайте поймем, что происходит после ее детонации поэтапно.

1️⃣ Так как в маленьком объеме масса в одно мгновение становится в десятки или сотни раз больше критической, происходит неконтролируемая цепная реакция с мгновенным выделением огромного количества энергии в виде кинетической энергии осколков деления, гамма-квантов и быстрых нейтронов. Эта энергия сразу передается воздуху, который при этом нагревается до температуры в десятки миллионов градусов. При такой температуре уже происходит его ионизация и возникает плазменный шар (о плазме можно почитать тут). И, так как шар очень горячий, то он сильно светится, и это тепловое и световое излучение является одним из основных разрушающих факторов.

2️⃣ Давление в центре этого шара в миллионы раз превышает давление окружающего воздуха и, естественно, он начинает расширяться быстрее скорости звука. А, значит, возникает ударная волна – второй основной разрушающий фактор. На этой стадии форма взрыва имеет почти сферическую форму.

3️⃣ После прохождения ударной волны и излучения, при расширении плазменного шара его температура падает, и он превращается в область горячего воздуха, плотность которого меньше окружающего. На такой воздух, как мы знаем, действует Архимедова сила. Из-за разницы давлений в центре и на периферии, возникает мощный восходящий поток воздуха (что-то схожее с формированием циклонов), который затягивает в себя все, что находилось на земле. Так образуется вертикальный столб пыли - ножка гриба.

4️⃣ По мере поднятия по ножке гриба воздух охлаждается, и его плотность растет. Но, в то же время, с увеличением высоты падает плотность окружающего воздуха (он становится более разреженным). В какой-то момент эти плотности оказываются равны, а, значит, Архимедова сила уравнивается с силой тяжести, и подъем прекращается, облако начинает «плавать».

5️⃣ Но температура и давление в центре ножки гриба, все еще остаются выше температуры и давления окружающего воздуха. А при невозможности дальнейшего подъема, пылевому облаку ничего не остается, кроме как растекаться в стороны. Так начинает формироваться шляпка гриба.

6️⃣ Подвод теплой массы этой смеси по ножке в центральную часть облака вместе с ускоренным охлаждением его периферийной части, из-за перемешивания с окружающим воздухом, приводит к возникновению вихревых потоков в шляпке гриба. Т.е. содержимое облака начинает закручиваться от центра ножки в краю шляпки, поэтому шляпка гриба становится округлой.

Стоит отметить, что гриб формируется от любого взрыва, не только ядерного, это, как вы поняли, особенность поведения атмосферы. Просто ядерный взрыв достаточно мощный, чтобы гриб был отчетливым и показательным, поэтому он и стал популярным.