Саңырауқұлақ бұлты - Mushroom cloud

Бұлттан көтерілу Жанартауды қайта бұрыңыз 1990 жылы 21 сәуірде атқылаудан. Саңырауқұлақ тәрізді шел ыстық қар қоқыстарынан көтерілді (пирокластикалық ағындар ) жанартаудың солтүстік фланкасынан құлаған.
Саңырауқұлақ бұлты атом бомбасы туралы Нагасаки, Жапония 1945 жылы 9 тамызда.

A саңырауқұлақ бұлты ерекше болып табылады пирокумула саңырауқұлақ - қоқыс, түтін және әдетте қоюланған бұлт су буы үлкен жарылыс нәтижесінде пайда болды. Әсер көбінесе а-мен байланысты ядролық жарылыс, бірақ кез-келген жеткілікті жігерлі детонация немесе дефлаграция бірдей нәтиже береді. Олар күшті болуы мүмкін кәдімгі қару, сияқты термобариялық қару, оның ішінде ATBIP және GBU-43 / B Массажды ауаның жарылуы. Кейбіреулер жанартау атқылау және әсер ету оқиғалары табиғи саңырауқұлақ бұлттарын шығара алады.

Саңырауқұлақ бұлттары кез-келген биіктікте тығыздығы төмен газдардың үлкен көлемінің кенеттен пайда болуынан пайда болады, а Рэлей-Тейлордың тұрақсыздығы. Газдың көтергіш массасы тез көтеріліп, нәтижесінде пайда болады турбулентті құйындар оның шеттерінен төмен қарай бұралып, уақытша пайда болады құйынды сақина орталық баған жасайды, мүмкін түтін, қоқыс және / немесе «саңырауқұлақ өзегін» қалыптастыру үшін қоюланған су буымен. Газдың плюс тартылған ылғалды ауаның массасы биіктікке жетеді, сонда ол қоршаған ауадан төмен тығыздықта болмайды; осы кезде ол таралады, артқа қарай жылжу (қараңыз түсу ). Тұрақтандыру биіктігі температураның, шық нүктесінің және бастапқы биіктіктегі және ауадағы желдің ығысуының профильдеріне байланысты.

Ерте шоттар, терминнің шығу тегі

Vue du siège de Gibraltar және жарылғыш аккумуляторлар Көрінісі Гибралтар қоршауы және өзгермелі батареялардың жарылуы, суретші белгісіз, c.1782 ж

Бұл термин 1950 жылдардың басында пайда болған сияқты болғанымен, жарылыс нәтижесінде пайда болған саңырауқұлақ бұлттары атом дәуірінен бірнеше ғасыр бұрын сипатталған.

Замандас акватинт белгісіз суретші 1782 ж. Гибралтарга француз-испан шабуылы шабуылдаушы күштің бірін көрсетеді өзгермелі батареялар саңырауқұлақ бұлтымен жарылып, британдық қорғаушылар оны атып жібергеннен кейін қыздырылған ату.

Герхард Виеттен алынған гравюрадағы саңырауқұлақ бұлты Physikalischer Kinderfreund (1798)

1798 жылы Герхард Виет жақын маңдағы бұлт туралы егжей-тегжейлі және иллюстрацияланған мәлімет жариялады Гота бұл «пішіндегі саңырауқұлаққа ұқсамайды». Бұлтты бірнеше жыл бұрын жаздың жылы түстен кейін Лихтенберг кеңесшісі байқаған. Бұл тұрақты емес метеорологиялық бұлт ретінде түсіндіріліп, астында пайда болған жаңа қара бұлттан жаңбыр жауып, найзағай ойнап, дауыл тудырды. Лихтенберг кейінірек ұқсас бұлттарды байқады, бірақ олардың ешқайсысы таңқаларлық емес деп мәлімдеді.[1]

1917 ж Галифакс жарылысы біреуін шығарды.

The Times 1937 жылы 1 қазанда жапондардың шабуылы туралы есеп жариялады Шанхай Қытайда «түтіннің үлкен саңырауқұлағы» пайда болды.

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде саңырауқұлақ бұлттарын сипаттау салыстырмалы түрде кең таралған.[дәйексөз қажет ][түсіндіру қажет ]

Атом бомбасының бұлты аяқталды Нагасаки, Жапония сипатталған The Times 1945 жылғы 13 тамыздағы Лондон «түтін мен шаңның үлкен саңырауқұлағы» ретінде. 1945 жылы 9 қыркүйекте, The New York Times жазған Нагасакидегі жарылыс туралы куәгерлердің жазбасын жариялады Уильям Л. Лоренс, газетінің ресми тілшісі Манхэттен жобасы, бомбалауды іске қосқан үш ұшақтың біреуін ертіп келді. Ол бомба «күлгін от бағанасын» шығаратыны туралы жазды, оның жоғарғы жағынан «тіреуіштің биіктігін 45000 футқа дейін көтерген алып саңырауқұлақ» шықты.[2]

Кейінірек 1946 ж Қиылысу операциясы ядролық бомба сынақтары «түрлі-түсті орамжапырақ «бұлт, бірақ қатысушы репортер» саңырауқұлақ туралы айтты, қазір оның символы атомдық жас «. Саңырауқұлақтар дәстүрлі түрде өмірмен, өліммен, тамақпен және умен байланысты болды, сондықтан оларды» гүлді қырыққабат «бұлтынан гөрі күшті символикалық байланыс құрады.[3]

Физика

Көтеріліп келе жатқан саңырауқұлақ бұлтының ішінде: тығыз ауа өзін орталықтың төменгі ортасына жылдам итермелейді тороидты бұлтты көрініске турбулентті түрде араласатын от шар.

Саңырауқұлақ бұлттары жердің ауырлық күші әсерінен болатын көптеген ірі жарылыстардан пайда болады, бірақ олар сыртқы түрінен кейін белгілі ядролық детонациялар. Ауырлық күші болмаса, жарылғыш заттың жанама газдары сфералық болып қала бермек. Ядролық қару әдетте жердің үстінде жарылады (әсер ету кезінде емес, өйткені энергияның бір бөлігі жер қозғалыстарымен таралуы мүмкін), олардың сфералық түрде кеңейіп тұрған от шарының әсерін арттыру үшін жарылыс толқыны. Детонациядан кейін бірден ату қағидасы бойынша әрекет ете отырып, от шарасы ауаға көтеріле бастайды ыстық ауа.

Қозғалысты талдаудың бір әдісі, ыстық газ жерді жеткілікті мөлшерде тазартқаннан кейін, «шар тәрізді қақпақ көпіршігі» болып табылады,[4] өйткені бұл көтерілу жылдамдығы мен бақыланатын диаметр арасындағы келісімді береді.

15 мегатон Браво қамалы бикини атоллындағы жарылыс, 1954 ж. 1 наурыз, бірнеше конденсация сақиналары мен бірнеше мұз қабаттары көрсетілген.

Ол көтерілгенде, а Рэлей-Тейлордың тұрақсыздығы қалыптасады, ал ауа жоғары қарай және бұлтқа қарай тартылады ( жаңарту а мұржа ), «деп аталатын күшті ауа ағындарын шығарадыжел «, ал бұлттың ішінде ыстық газдар а айналады тороидты пішін. Детонация биіктігі жеткілікті төмен болған кезде, бұл желдер ластануға айналады және қоқыстар саңырауқұлақ бұлтының сабағын қалыптастыру үшін төмендегі жерден.

Ыстық газдардың массасы оған жеткеннен кейін тепе-теңдік деңгейі, көтерілу тоқтайды, ал бұлт саңырауқұлақтың пішініне қарай тегістеле бастайды, әдетте бүлінетін турбуленттіліктің әсерінен беттің өсуіне көмектеседі.

Саңырауқұлақтардың ядролық бұлттары

Жердің үстінде жасалған ядролық детонациялар саңырауқұлақ бұлттарын тудырмауы мүмкін. Бұлттардың бастары жоғары дәрежеде тұрады радиоактивті бөлшектер, ең алдымен бөліну өнімдері және басқа қару-жарақ аэрозолдары, және әдетте жел арқылы шашырайды, дегенмен ауа-райының көрінісі (әсіресе жаңбыр) қиындық тудыруы мүмкін ядролық құлдырау.[5]

Жер астынан едәуір төмен немесе судан тереңірек жарылыстар (мысалы, ядролық тереңдіктегі зарядтар) саңырауқұлақ бұлттарын тудырмайды, өйткені жарылыс бұл жағдайда жер мен судың көп мөлшерде булануын тудырады, содан кейін көпіршік пайда болады, содан кейін ол құлайды өзі; егер тереңдігі аз жер астындағы жарылыс болса, бұл а шөгу кратері. Су астындағы, бірақ жердің бетіндегі жарылыстардан су тірегі пайда болады, ол құлаған кезде гүлді қырыққабат тәрізді пішінді қалыптастырады, оны саңырауқұлақ бұлтымен оңай шатастырады (мысалы, белгілі суреттердегідей) Перекресток Бейкер сынақ). Төмен тереңдікте жерасты жарылыстары саңырауқұлақ бұлтын және а базалық асқын, екі түрлі бұлт. Детонация тереңдігінің жоғарылауымен атмосфераға шығатын сәуле мөлшері тез азаяды.

Жер бетіне және жер бетіне жақын ауа атқылаған кезде ауаға түскен қоқыс мөлшері жарылыс биіктігінің жоғарылауымен тез азаяды. Жарылыс биіктігінде шамамен 7 метр / килотон​1⁄3, а кратер түзілмейді, сәйкесінше аз мөлшерде шаң мен қоқыс шығарылады. Құбырды төмендететін биіктік, оның үстінде бастапқы радиоактивті бөлшектер негізінен отты шардың конденсациясынан тұрады, шамамен 55 метр / килотон0.4.[5] Алайда, осы биіктікте де құлдырау бірнеше тетіктермен қалыптасуы мүмкін.

Функциясы ретінде саңырауқұлақ бұлтының мөлшері Өткізіп жібер.[дәйексөз қажет ]

Саңырауқұлақ бұлтындағы радиацияның таралуы жарылыстың шығуына, қару түріне, балқу / бөліну коэффициентіне, жарылу биіктігіне, жер бедері түріне және ауа райына байланысты өзгереді. Жалпы алғанда, өнімділігі төмен жарылыстарда олардың саңырауқұлақ басындағы радиоактивтіліктің шамамен 90% -ы, ал сабағында 10% болады. Керісінше, мегатон диапазонындағы жарылыстар көбінесе саңырауқұлақ бұлтының төменгі үштен бір бөлігінде радиоактивтілікке ие.[6]

Жарылыс сәтінде от шар пайда болады. Өсетін, шамамен сфералық ыстық массасы, қыздыру газдар атмосфераның үйкелуіне байланысты пішінін өзгертеді және оның бетін сферадан қатты айналатын сфероидтық құйынға айнала отырып, энергия сәулесімен салқындатады. A Рэлей-Тейлордың тұрақсыздығы салқындатылған ауа астында бастапқыда оттық газдарды төңкерілген кесе түрінде итергендіктен пайда болады. Бұл турбуленттілік пен құйынды тудырады, ол оның орталығына көбірек ауа сорып, сыртқы желдер жасайды және өзін салқындатады. Оның айналу жылдамдығы салқындаған кезде баяулайды және кейінгі фазаларда толығымен тоқтауы мүмкін. Қарудың буланған бөліктері мен иондалған ауа көрінетін газдарға суытып, алғашқы бұлтты қалыптастырады; The ақ-ыстық құйынды ядро ​​сарыға айналады, содан кейін қара қызыл болады, содан кейін көзге көрінбейтін қызару жоғалады. Әрі қарай салқындаған кезде бұлттың негізгі бөлігі атмосфералық ылғалдың конденсациясына толады. Бұлт көтеріліп, салқындаған кезде оның көтеру күші азаяды, ал оның өрлеуі баяулайды.

Егер от шарының мөлшері атмосфералық тығыздықпен салыстырылатын болса шкаланың биіктігі, бүкіл бұлт көтеріледі баллистикалық, ауаның ауытқуының үлкен көлемін соңғы тұрақтылық биіктігінен үлкен биіктікке апару. Айтарлықтай кіші оттықтар көтерілу күшімен басқарылатын бұлттарды шығарады.

Жеткеннен кейін тропопауза, күшті статикалық тұрақтылық аймағының төменгі бөлігі, бұлт өзінің көтерілуін баяулатуға және жайылуға бейім. Егер оның құрамында жеткілікті энергия болса, оның орталық бөлігі одан әрі қарай көтеріле алады стратосфера әдеттегі найзағайдың аналогы ретінде.[7] Тропосферадан стратосфераға көтерілген ауа массасы акустиканың пайда болуына әкеледі гравитациялық толқындар, интенсивті стратосфера құрғандармен іс жүзінде бірдей найзағай. Тропопаузаға енген кішігірім жарылыстар жоғары жиіліктегі толқындарды тудырады инфрадыбыс.

Жарылыс төменгі биіктіктен ылғалмен толтырылған ауаның көп мөлшерін көтереді. Ауа көтерілген сайын оның температурасы төмендейді, ал оның буы алдымен су тамшылары ретінде конденсацияланады, кейіннен мұз кристалдары ретінде қатып қалады. Фазаның өзгеруі өзгереді жасырын жылу, бұлтты жылытып, оны әлі де биікке шығарады.

Ядролық саңырауқұлақ бұлтының эволюциясы; 19 кт 120 м • кт −​1⁄3. Барабан-ит. Құмды Невада шөлі топырақ қарқындылықпен «попурирленген» жарқыл жарық шығарады жедел суперкритичность оқиға; бұл «попкорнинг эффектісі», егер құрылғы неғұрлым әдеттегі беткейден немесе топырақтан жоғары орналастырылған болса, басқаша жағдайда саңырауқұлақ бұлтының сабағына көп топырақ түседі.

Саңырауқұлақ бұлты түзілудің бірнеше фазасынан өтеді.[8]

  • Ерте уақыт, бірінші ≈20 секунд, от шар пайда болған кезде және бөліну өнімдері жерден көтерілген немесе кратерден шығарылған материалмен араласады. Буланған жердің конденсациясы алғашқы бірнеше секундта жүреді, ең жоғары оттық температурасы 3500-4100 К аралығында.[9]
  • Көтерілу және тұрақтану фазасы, 20 секундтан 10 минутқа дейін, ыстық газдар көтеріліп, ерте түскенде.
  • Кеш, шамамен 2 күн өткен соң, ауадағы бөлшектер желмен таралған кезде, тартылыс күшімен жинақталған, және жауын-шашыннан тазартылады.

Бұлттың пішініне жергілікті атмосфералық жағдайлар мен жел заңдылықтары әсер етеді. Құлаудың таралуы көбінесе желге байланысты шлем. Алайда, егер бұлт тропопауза, ол желге қарсы таралуы мүмкін, өйткені оның конвекция жылдамдығы қоршаған орта жылдамдығынан жоғары. Тропопаузада бұлт формасы шамамен дөңгелек және жайылған.

Болуына байланысты кейбір радиоактивті бұлттардың бастапқы түсі қызыл немесе қызыл-қоңыр түске боялуы мүмкін азот диоксиді және азот қышқылы, бастапқыда иондалғаннан түзілген азот, оттегі және атмосфералық ылғал. Жарылыс кезінде жоғары температура, жоғары радиациялық ортада, озон қалыптасады. Әр мегатон өнімі шамамен 5000 тонна азот оксидін шығарады деп есептеледі.[10] Сары және сарғыш реңктер де сипатталған. Бұл қызыл реңк кейінірек судың / мұздың бұлттарының ақ түсімен жасырылады, от шарикі салқындаған кезде тез ағып жатқан ауадан конденсацияланады, ал түтін мен қоқыс жаңартуға сіңіп кетеді. Озон жарылысқа өзінің сипаттамасын береді тәжден босату - иіс тәрізді.[11]

Конденсацияланған су тамшылары біртіндеп буланып, бұлттың айқын көрінуіне жол бермейді. Радиоактивті бөлшектер ауада тоқтатылған күйде қалады, ал енді көрінбейтін бұлт өз жолында құлап түсе береді.

Бұлт өзегі жердің жарылуынан сұрдан қоңырға дейін болады, өйткені саңырауқұлақ бұлтына шаң, кір, топырақ және қоқыс көп мөлшерде сіңеді. Атмосферадан ақ, бу шығаратын сабақтар пайда болады. Жер асты жарылыстарында қара саңырауқұлақ бұлттары пайда болады, олар бомбадан және оның қаптамасынан басқа, жерден сәулеленген материалдан тұрады, сондықтан көбірек радиоактивті құлдырайды, олар үлкен мөлшерде бөлшектермен бірге жергілікті жерге түседі.

Жоғары детонация азот оксидтерін атмосферада жеткілікті дәрежеде жарып жіберуі мүмкін сарқылу туралы озон қабаты.

Екі деңгейлі қос саңырауқұлақ белгілі бір жағдайда жасалуы мүмкін. Мысалы, Buster-Jangle қант ату жарылыстың өзінен бірінші басты, содан кейін ыстық, жаңадан пайда болған кратерден жылудың пайда болуынан пайда болды.[12]

Түсудің өзі құрғақ, күл тәрізді үлпектер немесе көрінбейтін бөлшектер түрінде көрінуі мүмкін; екінші жағдайда бөлшектер көбінесе жаңбырмен жиналады. Теріге түскен жаңа, радиоактивті бөлшектердің көп мөлшері пайда болуы мүмкін бета күйіп кетеді, көбінесе түссіз дақтар ретінде ұсынады зақымдану ашық жануарлардың арқасында.[13] Құлау Браво қамалы тест ақ шаң тәрізді болды және лақап атқа ие болды Бикини қар; кішкентай ақ үлпектерге ұқсас болды снежинкалар, беттерге жабысып, тұзды дәмге ие болды. 41,4% құлау Wigwam операциясы Сынаққа тұрақты емес мөлдір емес бөлшектер, мөлдір және мөлдір аймақтары жоқ бөлшектердің 25% -дан сәл көп, микроскопиялық теңіз организмдерінің шамамен 20% және шығу тегі белгісіз микроскопиялық радиоактивті жіптердің 2% -ы кірді.[12]

Бұлт құрамы

Саңырауқұлақ бұлты Бастер-Джангл Чарли, өнімділігі 14 килотонна (143 м • кт болғанда) −​1⁄3), сабақ түзудің бастапқы кезеңінде. Тороидальды от доғасы жоғарғы жағында көрінеді, а конденсация бұлты ылғалды ауаның интенсивті жаңаруына байланысты ортасында қалыптасады, ал түзілетін ішінара сабақты төменде көруге болады. Бұлт азот оксидтерінің қызыл-қоңыр реңін көрсетеді.

Бұлт үш негізгі материалды қамтиды: қару-жарақтың қалдықтары және оның бөліну өнімдері, жерден алынған материал (тек қарудың түсуіне тәуелді болатын құлдырауды төмендететін биіктіктен төмен жарылыс биіктігі үшін маңызды) және су буы. Бұлт құрамындағы радиацияның негізгі бөлігі ядролық бөліну өнімдері; нейтрондардың активациясы қару-жарақ материалдарынан, ауадан және жердің қоқысынан жасалған бұйымдар тек аз ғана үлесті құрайды. Нейтронды активтендіру жарылыс кезінде нейтронның жарылуы кезінде басталады және бұл нейтронның жарылу диапазоны нейтрондардың Жер атмосферасы арқылы өтуімен жұтылуымен шектеледі.

Радиацияның көп бөлігі бөліну өнімдері арқылы жасалады. Термоядролық қару олардың түсімінің маңызды бөлігін құрайды ядролық синтез. Балқу өнімдері әдетте радиоактивті емес. Сондықтан радиацияның түсу дәрежесі килотоннаға бөлінуімен өлшенеді. The Бомба патша ол 50 мегатондық өнімнің 97% термоядролық синтезден өндірген, әдетте оның шығатын қаруынан күтуге болатынымен салыстырғанда өте таза қару болды (дегенмен, ол бөліну нәтижесінде оның өнімін 1,5 мегатоннаға дейін өндірді), өйткені оның синтезі бұзылды. уран-238 орнына қорғасыннан жасалған; әйтпесе, оның өнімділігі 100 мегатонна болар еді, олардың 51-і бөлінген. Егер оны жер бетінде немесе оған жақын жерде жару керек болса, оның түсуі барлық ядролық қарудың барлық сынақтарының ұштан бір бөлігін құрайтын болады.

Бастапқыда от шарында қарудың атомдарынан, оның бөліну өнімдерінен және көрші ауаның атмосфералық газдарынан тұратын жоғары иондалған плазма бар. Плазма салқындаған кезде атомдар реакцияға түсіп, ұсақ тамшылар, содан кейін оксидтердің қатты бөлшектерін түзеді. Бөлшектер үлкен бөлшектерге бірігіп, басқа бөлшектердің бетіне түседі. Ірі бөлшектер әдетте бұлтқа ұмтылған материалдан пайда болады. Бөлшектер бұлт әлі де ыстық болған кезде, оларды бөліп шығаратын өнімдермен араласып, олардың бүкіл көлемін араластырады. Ірі бөлшектер олардың бетіне ерітілген радиоактивті материалдарды алады. Бөлшектер кейінірек бұлтқа ұмтылды, егер оның температурасы жеткілікті төмен болса, айтарлықтай ластанбайды. Қарудың өзінен ғана пайда болған бөлшектер ауада ұзақ уақыт сақталып, шашыраңқы болып, қауіпті емес деңгейге дейін сұйылтылады. Жердің қоқыстарын сұрамайтын немесе жеткілікті салқындағаннан кейін ғана шаңға ұмтылатын және бөлшектердің радиоактивті фракциясы аз болатын биіктіктегі жарылыстар үлкен радиоактивті бөлшектері бар төменгі биіктіктегі жарылыстарға қарағанда әлдеқайда аз локализацияны тудырады.

Конденсация өнімдерінің концентрациясы ұсақ бөлшектер үшін және үлкен бөлшектердің шөгінді беткі қабаттары үшін бірдей. Кірістің бір килотонына шамамен 100 кг ұсақ бөлшектер түзіледі. Кішкентай бөлшектердің көлемі, демек белсенділігі үлкен бөлшектердегі шөгінді беткі қабаттардың көлемінен шамамен үш реттік төмен.

Жоғары биіктіктегі жарылыстар үшін бөлшектерді құрудың бастапқы процестері болып табылады конденсация және одан кейінгі коагуляция. Топырақ бөлшектерін қатыстыра отырып, төменгі биіктікте және жердегі жарылыстар үшін негізгі процесс бөгде бөлшектерге тұндыру болып табылады.

Төмен биіктіктегі детонация мегатонына 100 тонна шаң көтеретін бұлт шығарады. Жердегі детонация бұлттан үш есе көп шаң шығарады. Жердегі детонация үшін кірістің әр килотонына шамамен 200 тонна топырақ балқып, радиациямен жанасады.[9]

Оттың шарының көлемі беткі қабатта немесе атмосфералық детонацияда бірдей. Бірінші жағдайда, отты шар - сфераның орнына жарты шар, сәйкесінше үлкен радиусы бар.[9]

Бөлшектердің өлшемдері субмикрометр және микрометр өлшемдерінен (плазманың от шарында конденсациясы нәтижесінде пайда болған) бастап, 10-500 микрометрге дейін (жарылыс толқыны қоздыратын және кейінгі желмен көтерілген жер үсті материалы) миллиметрге дейін және одан жоғары (кратер эжекасы). . Бөлшектердің мөлшері олар көтерілген биіктікпен бірге олардың атмосферада болу ұзақтығын анықтайды, өйткені үлкен бөлшектерге бағынады құрғақ жауын-шашын. Кішкентай бөлшектерді де тазартуға болады атмосфералық жауын-шашын, немесе бұлттың өзінде конденсацияланатын ылғалдан немесе а-мен қиылысатын бұлттан жаңбыр бұлты. Жаңбырдан түскен құлдырау белгілі жаңбыр жаңбырлы бұлт пайда болған кезде қопсытылса, жуу егер қазірдің өзінде қалыптасқан жаңбыр тамшыларына сіңіп кетсе.[14]

Ауа жарылыстарынан шыққан бөлшектер 10-25 микрометрден аз, әдетте субмикрометр диапазонында. Олар негізінен тұрады темір оксидтері, аз үлесімен алюминий оксиді, және уран және плутоний оксидтері. 1-2 микрометрден үлкен бөлшектер өте шар тәрізді, буға айналған материалдың тамшыларға конденсациялануына, содан кейін қатаюына сәйкес келеді. Радиоактивтілік бөлшектердің көлеміне біркелкі бөлініп, бөлшектердің жалпы белсенділігін бөлшектердің көлеміне сызықтық тәуелді етеді.[9] Белсенділіктің 80% -ы құбылмалы элементтерде болады, олар тек отты шар айтарлықтай салқындағаннан кейін конденсацияланады. Мысалға, стронций-90 конденсацияға және үлкен бөлшектерге қосылуға аз уақыт болады, нәтижесінде ауа мен кішігірім бөлшектердің араласуы көбірек болады.[15] Жарылыстан кейін бірден пайда болған бөлшектер аз, радиоактивтіліктің 90% -ы 300 нанометрден кіші бөлшектерде болады. Олар стратосфералық аэрозольдермен коагуляцияланады. Коагуляция тропосферада едәуір кең, ал жер деңгейінде белсенділіктің көп бөлігі 300 арасындағы бөлшектерде боладынм және 1µм. Коагуляция бөлшектердің түзілуіндегі фракциялау процестерін, кешкі изотоптық таралуды өтейді.

Жердегі және төмен биіктіктегі жарылыстар үшін бұлт құрамында буланған, балқытылған және балқытылған бөлшектер болады. Бөлшектер арқылы белсенділіктің таралуы олардың түзілуіне байланысты. Булану-конденсациялану нәтижесінде пайда болған бөлшектер ауамен жарылатын бөлшектер сияқты көлем бойынша біркелкі бөлінеді. Ірі балқытылған бөлшектердің бөліну өнімдері сыртқы қабаттар арқылы таралады, ал жеткілікті түрде қыздырылмаған, бірақ буланған материалмен немесе қопсытылғанға дейін тазартылған тамшылармен жанасқан балқытылған және балқымайтын бөлшектердің салыстырмалы түрде жіңішке жоғары белсенділік материалы бар қабаты бар олардың беті. Мұндай бөлшектердің құрамы топырақтың сипатына байланысты, әдетте шыны тәрізді материалдан түзіледі силикат минералдар. Бөлшектердің мөлшері өнімділікке байланысты емес, керісінше топырақтың сипатына байланысты, өйткені олар топырақтың жеке дәндеріне немесе олардың шоғырларына негізделген. Бөлшектердің екі түрі бар, сфералық, толығымен булану-конденсациялану немесе кем дегенде топырақтың еруі нәтижесінде пайда болады, белсенділігі көлем бойынша біркелкі бөлінеді (немесе 0,5-2 мм аралығындағы үлкен бөлшектер үшін белсенді емес ядроның 10-30% көлемімен) ), ал белсенділігі жұқа беткі қабатқа түсіп, топырақ бөлшектерінің бірігуінен от шарының шеттерінде пайда болатын тұрақты емес пішінді бөлшектер. Үлкен тұрақты емес бөлшектердің мөлшері шамалы.[9] Жоғарыдағы немесе мұхиттағы жарылыстардан пайда болған бөлшектерде қысқа мерзімді радиоактивті натрий изотоптары мен тұздар болады теңіз суы. Балқытылған кремний диоксиді металл оксидтері үшін өте жақсы еріткіш және ұсақ бөлшектерді оңай тазартады; Құрамында кремнеземі бар топырақтың үстіндегі жарылыстар нәтижесінде изотоптары бар бөлшектер пайда болады. Қайта, маржан қоқыс, негізделген кальций карбонаты, оның бетіндегі радиоактивті бөлшектерді адсорбциялауға бейім.[15]

Элементтер өтеді фракция бөлшектердің пайда болуы кезінде, олардың әр түрлі болуына байланысты құбылмалылық. Отқа төзімді элементтер (Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm) оксидтер жоғары қайнау температурасы; бұл бөлшектердің қатуы кезінде ең жылдам және 1400 ° C температурада тұнба толығымен конденсацияланған болып саналады. Ұшқыш элементтер (Kr, Xe, I, Br) сол температурада конденсацияланбайды. Аралық элементтердің (немесе олардың оксидтерінің) қайнау температурасы бөлшектердің қату температурасына жақын болады (Rb, Cs, Mo, Ru, Rh, Tc, Sb, Te). От шарындағы элементтер, егер температура берілген оксидтің ыдырау температурасынан жоғары болмаса, оксидтер түрінде болады. Қатты бөлшектердің беттерінде отқа төзімділігі аз өнімдер конденсацияланады. Газ тәрізді прекурсорлары бар изотоптар бөлшектердің бетінде қатты күйге түседі, өйткені олар ыдырау нәтижесінде пайда болады.

Ең үлкен, демек, радиоактивті бөлшектер жарылыстан кейінгі алғашқы бірнеше сағат ішінде құлап түседі. Кішкене бөлшектер биіктікке көтеріліп, баяу түседі де, аз радиоактивті күйде жерге жетеді, өйткені жартылай ыдырау кезеңі ең қысқа изотоптар ең тез ыдырайды. Ең кішкентай бөлшектер стратосфераға жетіп, онда бірнеше апта, ай, тіпті жылдар бойына тұрақтап, атмосфералық ағындар арқылы планетаның бүкіл жарты шарын жауып тастай алады. Қауіптілігі неғұрлым жоғары, қысқа мерзімді, жергілікті құлдырау, ең алдымен, жарылыс орнынан төмен қарай, тұрақты күш пен бағыттағы желді қабылдай отырып, сигара тәрізді аймаққа түседі. Салқындаған желдер, жел бағытының өзгеруі және жауын-шашын - бұл құлдырауды айтарлықтай өзгерте алатын факторлар.[16]

Саңырауқұлақ бұлтындағы су тамшыларының конденсациясы мөлшеріне байланысты конденсация ядролары. Тым көп конденсация ядролары конденсацияны тежейді, өйткені бөлшектер су буының салыстырмалы түрде жеткіліксіз мөлшеріне таласады.

Элементтердің химиялық реактивтілігі және олардың оксидтері, иондардың адсорбциялану қасиеттері және қосылыстың ерігіштігі атмосферадан тұндырылғаннан кейін бөлшектердің қоршаған ортаға таралуына әсер етеді. Биоаккумуляция құлау радиоизотоптарының таралуына әсер етеді биосфера.

Радиоизотоптар

Құлаудың негізгі қаупі болып табылады гамма-сәулелену белсенділіктің негізгі бөлігін білдіретін қысқа мерзімді радиоизотоптардан. Жарылғаннан кейін 24 сағат ішінде түсетін гамма-сәулелену деңгейі 60 есе төмендейді. Әдетте, ұзақ өмір сүретін радиоизотоптар цезий-137 және стронций-90, ұзақ мерзімді қауіп төндіреді. Қарқынды бета-сәулелену құлау бөлшектерін тудыруы мүмкін бета күйіп кетеді жарылыстан көп ұзамай құлаумен байланыста болатын адамдар мен жануарларға. Жұтылған немесе ингаляцияланған бөлшектер ан ішкі доза қоса, ұзақ мерзімді әсерге әкелуі мүмкін альфа және бета радиациясының қатерлі ісік.

Атмосфераның нейтрондық сәулеленуінің өзі аздаған активацияны тудырады, негізінен ұзақ өмір сүреді көміртек-14 және қысқа мерзімді аргон -41. Теңіз суы үшін индукцияланған радиоактивтілік үшін ең маңызды элементтер болып табылады натрий -24, хлор, магний, және бром. Жердің жарылуы үшін алаңдаушылық элементтері болып табылады алюминий -28, кремний -31, натрий-24, марганец -56, темір -59, және кобальт-60.

Бомба корпусы нейтронмен белсендірілген радиоизотоптардың маңызды көзі бола алады. Бомбалардағы нейтрондар ағыны, әсіресе термоядролық құрылғылар жоғары табалдырық үшін жеткілікті ядролық реакциялар. Индукцияланған изотоптарға кобальт-60, 57 және 58, темір-59 және 55, марганец-54, мырыш-65, иттри-88 және мүмкін никель-58 және 62, ниобий-63, гольмий-165, иридий-191, және қысқа мерзімді марганец-56, натрий-24, кремний-31 және алюминий-28. Еуропа -152 және 154, сондай-ақ екі болуы мүмкін ядролық изомерлер туралы родий -102. Кезінде Hardtack операциясы, вольфрам -185, 181 және 187 және рений -188 ретінде қосылған элементтерден өндірілген іздеушілер нақты жарылыстар нәтижесінде пайда болатын құлдырауды анықтауға мүмкіндік беретін бомба корпусына. Сурьма -124, кадмий -109, ал кадмий-113м трассерлер ретінде де айтылады.[9]

Ең маңызды сәулелену көздері болып табылады бөліну өнімдері негізгі бөліну кезеңінен, ал бөліну-бірігу-бөліну қаруы жағдайында уранның бұзылу кезеңінен. Термоядролық жарылыста энергияның бірлігіне көптеген нейтрондар бөліну өнімдерінің құрамына әсер ететін таза бөліну шығымдылығымен салыстырғанда бөлінеді. Мысалы, уран-237 изотоп - бұл термоядролық жарылыстың ерекше маркері, өйткені ол (n, 2n) реакциядан пайда болады. уран-238, ең аз нейтрондық энергия шамамен 5,9 МэВ қажет болған жағдайда. Нептуний-239 және уран-237 едәуір мөлшерде бөліну-бірігу-бөліну жарылысының көрсеткіштері болып табылады. Уран-240 аз мөлшерде де түзіледі, ал нейтрондардың көп мөлшерін жекелеген ядролардың ұстауы аз, бірақ анықталатын мөлшердің пайда болуына әкеледі трансуранды элементтер, мысалы. Эйнштейн -255 және фермиум -255.[9]

Бөлінудің маңызды өнімдерінің бірі криптон-90 радиоактивті асыл газ. Ол бұлтта оңай таралады және рубидиум-90 дейін екі ыдырауға ұшырайды, содан кейін стронций-90, жартылай шығарылу кезеңі 33 секунд және 3 минут. Газдың белсенді емес реакциясы және жылдам диффузия Sr-90-дағы жергілікті құлдыраудың сарқылуына және сәйкесінше Sr-90 қашықтықтағы құлдырауды байытуға жауапты.[17]

Бөлшектердің радиоактивтілігі уақыт өткен сайын азаяды, әр түрлі изотоптар әр түрлі уақыт аралығында маңызды болады. Топырақты активтендіру өнімдері үшін алюминий-28 алғашқы 15 минут ішінде ең маңызды үлес болып табылады. Марганец-56 және натрий-24 шамамен 200 сағатқа дейін жүреді. Темір-59 300 сағатта жүреді, ал 100-300 күннен кейін маңызды үлес қосушы кобальт-60 болады.

Радиоактивті бөлшектерді айтарлықтай қашықтыққа тасымалдауға болады. Сәулесі Үштік тест а жуып тастады жаңбыр жылы Иллинойс. Бұл анықталды, және шығу тегі, қашан Истман Кодак рентген пленкалары табылды тұман арқылы картон жылы шығарылған қаптама Орта батыс. Күтпеген желдер өлім дозаларын алып жүрді Браво қамалы құлау Ронгелап атолл, оны эвакуациялауға мәжбүр етеді. Экипажы Daigo Fukuryu Maru, болжамды қауіпті аймақтан тыс орналасқан жапондық балық аулау қайығы да зардап шекті. Стронций-90 дүниежүзілік құлдырау кезінде табылды Сынақтарға ішінара тыйым салу туралы келісім.[15]

Флуоресцентті жарқыл

Негізгі мақала: Иондалған ауа жарқылы

Жарылыстан кейінгі алғашқы секундтардағы қарқынды сәуле байқалатын аураны тудыруы мүмкін флуоресценция, көк-күлгін-күлгін жарқыл иондалған оттегі және азот пайда болатын саңырауқұлақ бұлтының басын қоршап тұрған оттық шардан едәуір қашықтыққа дейін.[18][19][20] Бұл жарық түнде немесе әлсіз күндізгі жарық жағдайында оңай көрінеді.[5] Жарқылдың жарықтығы детонациядан кейінгі уақыт өткен сайын тез төмендейді, бірнеше ондаған секундтан кейін көрінбейді.[21]

Конденсация әсері

Саңырауқұлақтардың бұлттары көбінесе қысқа уақытқа созылатын бу бұлттарымен бірге жүреді, әр түрлі «Уилсон бұлттары «, конденсация бұлттары немесе бу сақиналары. а артындағы оң артық қысымнан кейінгі» теріс фаза « алдыңғы шок қоршаған ортаның кенеттен сиректілігін тудырады. Бұл төмен қысымды аймақ температураның адиабатикалық төмендеуін тудырады, нәтижесінде ауадағы ылғалдың жарылысты қоршаған сыртқы қозғалмалы қабығында конденсациясы пайда болады. Қысым мен температура қалыпқа келген кезде Вильсон бұлты сейіледі.[22] Ғалымдар Қиылысу операциясы 1946 ж. ядролық сынақтар Бикини атоллы бұл өткінші бұлтты Вилсонға визуалды ұқсастығына байланысты «Уилсон бұлты» деп атады бұлтты камера; бұлт камерасы электр зарядының іздерін белгілеу үшін қысымның тез төмендеуінен конденсацияны қолданады субатомдық бөлшектер. Кейінгі ядролық бомбалардың сынақтарын талдаушылар «конденсация бұлты» терминін «Вильсон бұлтына» қарағанда кеңірек қолданды.

Дәл осындай конденсация кейде ылғалдылық жағдайында төмен биіктікте реактивті ұшақтар қанаттарының үстінде көрінеді. Қанаттың жоғарғы жағы - қисық бет. Қисықтық (және ауа жылдамдығының жоғарылауы) ауа қысымының төмендеуін тудырады Бернулли заңы. Ауа қысымының төмендеуі салқындауды тудырады, ал ауа салқындағаннан кейін шық нүктесі, су буы ауадан конденсацияланып, ақ тамшыдай көрінетін су тамшылары пайда болады. Техникалық тұрғыдан алғанда «Уилсон бұлты» мысалы Prandtl-Glauert сингулярлығы аэродинамикада.[дәйексөз қажет ]

Соққы толқынының пішініне биіктікке байланысты дыбыс жылдамдығының өзгеруі әсер етеді, ал әр түрлі атмосфералық қабаттардың температурасы мен ылғалдылығы Вильсон бұлттарының пайда болуын анықтайды. От шарының айналасында немесе үстінде конденсация сақиналары жиі байқалатын ерекшелік болып табылады. От шарының айналасындағы сақиналар тұрақты болып, өсіп келе жатқан сабақтың айналасындағы сақиналарға айналуы мүмкін. Жоғары өнімділікті жарылыстар қатты тудырады жаңартулар, мұнда ауа жылдамдығы сағатына 300 мильге жетуі мүмкін (480 км / сағ). The қызықтыру ылғалдылығы жоғары ауа, қысым мен температураның ілеспе төмендеуімен ұштасып, түзілуіне әкеледі юбкалар және қоңыраулар сабақтың айналасында. Егер су тамшылары жеткілікті түрде үлкейіп кетсе, онда олар түзетін бұлт құрылымы төмен түсу үшін ауыр болуы мүмкін; осылайша айналасында төмен түсетін қоңырау бар көтеріліп тұрған сабақты жасауға болады. Сфералық бұлтқа қарағанда конденсация сақиналарының пайда болуына жауап беретін атмосферадағы ылғалдылықтың қабаты саңырауқұлақ бұлты сабағының бойындағы конденсация артефактілерінің пішініне де әсер етеді, өйткені жаңартулар тудырады ламинарлы ағын. Көтеріліп жатқан бұлттың кеңеюі жылы, ылғалды, төмен биіктіктегі ауаның қабатын жоғары, салқын, биік ауаға итермелейтін бұлт шыңынан жоғары дәл сол әсер әуелі су буының конденсациясын ауадан шығарады және содан кейін пайда болатын тамшылардың қатып, пайда болуына әкеледі мұз қабаттары (немесе мұздатқыштар) сыртқы түріне де, түзілу механизміне де ұқсас шарф бұлттары.

Алынған композициялық құрылымдар өте күрделі бола алады. The Браво қамалы бұлт әр түрлі даму кезеңдерінде 4 конденсация сақинасы, 3 мұз қабаты, 2 белдемше және 3 қоңырау болған.

Бастап саңырауқұлақ бұлтының пайда болуы Tumbler-Snapper Иттердің ядролық сынағы. Детонация кезінде жарылыстың сол жағында көрінетін түтін ағындары - бұл жарылыс кезіндегі соққы толқынын бақылау үшін қолданылатын тік түтін алауы және саңырауқұлақ бұлтына қатысы жоқ.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «MDZ-Reader | тобы | Physikalischer Kinderfreund / Vietnam, Gerhard Ulrich Anton: | Physikalischer Kinderfreund / Vieth, Gerhard Ulrich Anton». оқырман.digitale-sammlungen.de.
  2. ^ Нагасаки үстіндегі атом бомбасының куәгерлері Мұрағатталды 2011-01-06 сағ Wayback Machine hirosima- еске түсірілген. Алынған уақыты: 2010-08-09.
  3. ^ Варт, Спенсер (1987). Ядролық қорқыныш: суреттер тарихы. Кембридж, Массачусетс: Гарвард университетінің баспасы. ISBN  978-0-674-62836-6. Мұрағатталды түпнұсқасынан 2016-06-10.
  4. ^ Batchelor, G. K. (2000). «6.11, сұйықтықтағы үлкен газ көпіршіктері». Сұйықтық динамикасына кіріспе. Кембридж университетінің баспасы. б. 470. ISBN  978-0-521-66396-0. Мұрағатталды түпнұсқасынан 2016-04-28 ж.
  5. ^ а б c Glasstone және Dolan 1977 ж
  6. ^ «Ядролық өмір сүру жөніндегі нұсқаулық: BOSDEC - бетон перде» толық мәтіні. Archive.org. 2010-02-08 күні алынды.
  7. ^ «Саңырауқұлақ бұлты». Атомдық мұрағат. Архивтелген түпнұсқа 2013-08-30. Алынған 14 қаңтар, 2018.
  8. ^ Ұлттық ғылыми кеңес; Инженерлік және физикалық ғылымдар бөлімі; Ядролық жер-пенетратордың және басқа қарудың әсері жөніндегі комитет (2005). Ядролық жер-пенетратордың және басқа қарудың әсері. Ұлттық академиялар баспасөзі. б. 53. ISBN  978-0-309-09673-7.
  9. ^ а б c г. e f ж Ядролық жарылыстар мен апаттардан кейінгі радиоактивті құлдырау, 3 том, I. A. Izraėl, Elsevier, 2002 ISBN  0080438555
  10. ^ Ядролық жарылыстардың әсері Мұрағатталды 2014-04-28 сағ Wayback Machine. Nuclearweaponarchive.org. 2010-02-08 күні алынды.
  11. ^ Негізгі мәселелер: Ядролық қарулар: Тарих: Суық соғысқа дейінгі кезең: Манхэттен Жоба: Үштік: Куәгер Филипп Моррисон Мұрағатталды 2014-07-21 сағ Wayback Machine. Nuclearfiles.org (1945-07-16). 2010-02-08 күні алынды.
  12. ^ а б Richard Lee Miller (1986). Бұлт астында: Ядролық сынақтың онжылдықтары. Two-Sixty Press. б. 32. ISBN  978-0-02-921620-0.
  13. ^ Томас Карлайл Джонс; Рональд Дункан Хант; Норваль В. Кинг (1997). Ветеринариялық патология. Уили-Блэквелл. б. 690. ISBN  978-0-683-04481-2.
  14. ^ Constantin Papastefanou (2008). Radioactive Aerosols. Elsevier. б. 41. ISBN  978-0-08-044075-0.
  15. ^ а б c Lawrence Badash (2009). A Nuclear Winter's Tale: Science and Politics in the 1980s. MIT түймесін басыңыз. б. 25. ISBN  978-0-262-25799-2.
  16. ^ Robert Ehrlich (1985). Waging Nuclear Peace: The Technology and Politics of Nuclear Weapons. SUNY түймесін басыңыз. б. 175. ISBN  978-0-87395-919-3.
  17. ^ Ralph E. Lapp (October 1956) "Strontium limits in peace and war," Atomic Scientist хабаршысы, 12 (8): 287–289, 320.
  18. ^ "The Legacy of Trinity". ABQjournal. 28 қазан 1999. мұрағатталған түпнұсқа 9 мамыр 2008 ж. Алынған 8 ақпан 2010.
  19. ^ Nobles, Ralph (December 2008). "The Night the World Changed: The Trinity Nuclear Test" (PDF). Los Alamos Historical Society. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2010 жылғы 28 желтоқсанда. Алынған 15 ақпан 2019.
  20. ^ Feynman, Richard (21 May 2005). "'This is how science is done'". Dimaggio.org. Архивтелген түпнұсқа 2009 жылғы 16 ақпанда. Алынған 8 ақпан 2010.
  21. ^ "Nevada Weapons Test". Atomic Scientist хабаршысы. Ядролық ғылымға арналған білім беру қоры, Inc. 9 (3): 74. Apr 1953. ISSN  0096-3402.
  22. ^ Glasstone and Dolan 1977, p. 631

Библиография

Сыртқы сілтемелер