物理科普:為什麽核彈爆炸會形成蘑菇雲?
來源:新浪科技
發布時間:2021-07-29
瀏覽次數:1174

馬紹爾群島貝克灣核彈爆炸,該圖像是由附近島嶼一台自動攝像機記錄下來的,注意核彈爆炸後立即形成的蘑菇雲(yun) 馬紹爾群島貝克灣核彈爆炸,該圖像是由附近島嶼一台自動攝像機記錄下來的,注意核彈爆炸後立即形成的蘑菇雲(yun)

  新浪科技訊 北京時間7月29日消息,為(wei) 什麽(me) 核彈爆炸會(hui) 形成蘑菇雲(yun) ?是什麽(me) 原因形成了這種標誌性的形狀?核彈爆炸時,能量不加選擇地向四麵八方釋放,那麽(me) 為(wei) 什麽(me) 爆炸時產(chan) 生的不是不斷膨脹的火球而是蘑菇雲(yun) 呢?

  美國加利福尼亞(ya) 州倫(lun) 斯利·弗莫爾國家實驗室的計算工程研究員凱蒂·倫(lun) 德奎斯特稱,盡管能量爆發最初確實形成了一個(ge) “熱空氣球”,但這僅(jin) 是開始,由於(yu) 熱空氣會(hui) 逐漸上升,中間的圓柱形球體(ti) 會(hui) 比邊緣區域承受更多的浮力。

  球體(ti) 形狀就是這樣形成的,當最大的低密度流體(ti) 位於(yu) 中間位置,就會(hui) 上升得很快,就像烤箱裏紙杯蛋糕中的蛋糕逐漸受熱膨脹一樣。雖然整個(ge) 球狀流體(ti) 都在上升,但由於(yu) 中間的圓柱體(ti) 上升較為(wei) 緊迫,球體(ti) 之外的冷空氣開始衝(chong) 向上升氣泡的下方。

該圖像顯示核彈爆炸後流體(ti) 的流動方向該圖像顯示核彈爆炸後流體(ti) 的流動方向

  這導致上升的氣泡扭曲成一個(ge) 圓環,或者甜甜圈形狀,由於(yu) 熱空氣分子在能量充沛的情況下快速移動,將高速彼此碰撞,最終它們(men) 之間創造了一個(ge) 非常大的空間,以至於(yu) 形成一個(ge) 近乎真空的環境。噴射的物質被吸入真空中,然後向上推,這樣就形成了頂部的蘑菇雲(yun) 和底部環麵內(nei) 的平坦區域,該噴射流吸走了灰塵和碎片,形成了蘑菇雲(yun) 的莖部,同時灰塵和碎片也進入了蘑菇帽。

  戰爭(zheng) 時期投下的核彈和相關(guan) 科學實驗表明,蘑菇雲(yun) 能在地麵上形成,但如果核彈在太空中引爆,是否也能形成蘑菇雲(yun) 呢?

  答案是,不會(hui) 產(chan) 生蘑菇雲(yun) 。

  核彈形成的蘑菇雲(yun) 需要大氣層,這樣才能具有流體(ti) 物質,例如:空氣,在太空真空環境下空氣極少,基本上是不會(hui) 形成的,月球上沒有空氣的環境無法將最初的球體(ti) 扭曲成一個(ge) 環麵,也不會(hui) 有空氣密度差異來吸收物質柱來形成蘑菇雲(yun) 。

  就像蘑菇有不同種類一樣,蘑菇雲(yun) 也有不同的外形和結構,依據核彈爆炸威力和高度不同,產(chan) 生的蘑菇雲(yun) 具有不同的特征。第二次世界大戰結束時發生在日本廣島和長崎的爆炸有兩(liang) 個(ge) 主要部分,一部分是由爆炸本身的汽化產(chan) 物和周圍空氣中的冷凝水組成的滾滾白雲(yun) ;另一部分是由棕色物質和碎片組成的莖幹部分,從(cong) 地麵向上延伸。人們(men) 可通過觀看蘑菇雲(yun) 照片,可看到這兩(liang) 個(ge) 部分並未完全接觸。

1945年8月8日,美軍(jun) 在日本長崎投下原子彈1945年8月8日,美軍(jun) 在日本長崎投下原子彈

  核彈爆炸時會(hui) 產(chan) 生一片非常明顯的白雲(yun) ,白雲(yun) 下麵是一片棕色雲(yun) 層,因為(wei) 核彈是在距離地麵610米處引爆的,所以雲(yun) 層頂部和核彈蘑菇雲(yun) 沒有相互影響。

  盡管核彈爆炸會(hui) 造成毀滅性破壞,但與(yu) 人類後期製造的武器相比,它們(men) 的威力並不強,美國能源部稱,核彈爆炸威力大約相當於(yu) 2萬(wan) 噸TNT炸藥,甚至更少。相比之下,前蘇聯製造的AN-602氫彈(Tsar Bomba)的TNT當量為(wei) 5萬(wan) 噸。

  在試驗過的威力更大和距離地麵更近的核彈爆炸中,爆炸產(chan) 生雲(yun) 層的莖部和帽部融合形成典型的蘑菇狀結構。

  實驗室人員研究了這些影響,以便在發生核危機時,能夠知道放射性粒子位置,從(cong) 而正確預測放射性沉降物,為(wei) 應急處置提供指導性建議,保護公眾(zhong) 健康。

  依據《原子科學家公報》報道,盡管核末日的威脅是真實存在的,但世界上核武庫總共擁有大約1萬(wan) 枚核彈,比上世紀80年代的6萬(wan) 多枚核彈有所下降。


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