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核弹爆炸为什么会产生蘑菇云?

 大科技杂志社 2024-02-16 发布于海南

  在“小男孩”和“胖子”于第二次世界大战中上演“首秀”之后,核弹的恐怖威力开始为世人所知。为了威慑敌人或者保卫和平,世界各国频繁进行核弹试验,一次次刷新了爆炸当量的纪录。

  虽然核弹的各种相关技术有了进步,但不论原子弹还是氢弹,也不论地表引爆还是半空引爆,这类“硬核”武器爆炸时总会有一个典型的外在特征,那就是爆炸后一定会产生一朵巨大的蘑菇云。按理说,核弹爆炸时,能量应该不加选择地向四面八方释放,那么为什么产生的不是不断膨胀的火球而是蘑菇云呢?

  其实,人们看到的蘑菇云都是核弹已经炸开很久以后的景象,在核弹爆炸的瞬间,确实形成了一个几千万度、甚至上亿度的巨大火球,同时向周围释放出高能量的辐射。以核弹爆炸的“地点”为中心,周围数千米内的空气、泥土、石头都会被气化成气体,这些高温气体因为受热膨胀,密度要小于周围空气,再加上爆炸后的向上冲击力,这些气体就会被托举上升,形成一个笔直上升的云柱。

  由于高度越高,温度越低,上升的气体混合物在到达数千米的高空后会逐渐冷却并且减慢上升速度。当云柱的最上层被高空的固有云团阻挡后,所有气体将受阻而无法上升,因此只能被迫向四周扩散,导致云柱顶端越来越大,逐渐形成一个“底部小、上头大”的蘑菇云雏形。

  在蘑菇云雏形的产生过程中,另一个因素加剧了这个雏形的成长。在核弹爆炸中心,由于爆炸冲击和强烈的燃烧作用,这里短时间内会形成一个近似真空的环境。这个真空环境由于压力远远小于周围的大气压,会产生强大的抽吸作用,将周围的空气和各种杂物源源不断的吸进来,再向上推,促使上方核爆云层不断变大、变粗,最终就形成了半径几十千米、甚至几百千米的巨型蘑菇云。

  蘑菇云虽然好看,但它充满杀机,是不折不扣的“死亡之云”。不论爆炸初期上升的高温气体混合物,还是爆炸后期从周围抽吸补给的气团,其中的物质都遭受了严重的核辐射,因此所谓的蘑菇云其实是一个聚集了海量辐射尘埃的“移动定时炸弹”。这些云团一旦遭遇冷空气,就会冷凝成水滴,再以降雨的方式重新回到地面。如此一来,被辐射雨洗刷过的地面就将遭受二次核污染,变成辐射重灾区。由于云团随风飘动,进入大气环流后,移动距离可达上千千米。因此,即使核弹爆炸发生在人烟稀少的地区,最后也可能会导致距离遥远的人口密集区遭受不同程度的核污染。

  最后还有一个问题,如果核弹在太空引爆,是否也能形成蘑菇云呢?

  答案是,不会产生蘑菇云。原因很简单——太空没有气体,自然也就看不到由于气体热对流而产生的蘑菇云。所以,蘑菇云的产生过程实质上与核弹爆炸并没有必然的联系。理论上,威力足够大的炸弹,只要能够在地面或大气层中将大量气体瞬间加热到很高的温度,都能形成一朵令人震撼的蘑菇云。

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