Die Vorstellung, wie eine nukleare Explosion aussieht, ist wahrscheinlich in Ihrem Gedächtnis verankert. Entweder durch das Ansehen von Dokumentationen und Filmen, die eine Explosion darstellen, oder durch das Betrachten der Bilder in der Popkultur ist eine Explosion der Natur und Größe einer nuklearen Detonation nicht möglich. 't etwas, das leicht vergessen wird.
Der vielleicht auffälligste Aspekt dieser Explosionen sind die großen Pilzwolken, die sie erzeugen. Die meisten Bomben erzeugen ähnliche Wolken, aber nicht ganz so wie nach einer nuklearen Detonation.
Was bewirkt also die Bildung dieser Wolken?
Kurz gesagt, weil die Bombe plötzlich große Mengen an Energie freisetzt. Diese Energie erzeugt eine sehr heiße Gasblase, die mit der kühleren Umgebungsluft interagiert und diese weniger dicht macht. Im Falle einer nuklearen Detonation sendet die Bombe einen Röntgenstrahl aus, der die Umgebungsluft ionisiert und erwärmt. Diese heiße Gasblase wird als Feuerball bezeichnet.
Der heiße Feuerball steigt sehr schnell auf und erzeugt einen starken Aufwind, der dann von der Umgebungsluft und dem Staub gefüllt wird. Dadurch entsteht die Wolke.
Dies war jedoch die schnelle Antwort. Um sie besser zu verstehen, müssen wir etwas tiefer tauchen.
Was sind Pilzwolken?
Um zu verstehen, warum nukleare Explosionen Pilzwolken erzeugen, müssen wir zunächst genau definieren, was diese Wolken sind.
Pilzwolken sind Rauchwolken und Trümmer, die sich nach einer Explosion durch die Luft bewegen. Diese Wolkentypen bilden sich nicht nur nach nuklearen Explosionen, sondern auch nach Ereignissen, die sehr schnell Wärme erzeugen. Ein Beispiel hierfür könnte der Ausbruch seineiner konventionellen Bombe oder sogar eines Vulkans.
Warum verursachen nukleare Detonationen große Pilzwolken?
Die Antwort mag an dieser Stelle einfach erscheinen, wenn man bedenkt, dass wir sie im Grunde bereits in diesem Artikel angesprochen haben, aber die Geschichte enthält noch mehr.
Natürlich verursacht die starke nukleare Explosion eine plötzliche Wärmeabgabe, die mit der Umgebungsluft reagiert und diese Luft weniger dicht macht - wie wir bereits besprochen haben.
Die Wechselwirkung zwischen zwei Materialien Flüssigkeiten oder Gase unterschiedlicher Dichte, wenn sie zusammengedrückt werden bekannt als Rayleigh-Taylor-Instabilität .
Dieses Prinzip charakterisiert in erster Linie die Bewegung von zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Dichten. Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Dichten werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften auf unterschiedliche Weise von einer bestimmten Kraft beeinflusst. Einfach erklärt, tritt eine RT-Instabilität auf, wenn eine schwere Flüssigkeit von unterstützt wirdeine leichtere. Die Flüssigkeiten tendieren zum Gleichgewicht, wodurch die weniger dichte Flüssigkeit durch die dichtere Flüssigkeit schießt.
Bei Explosionen, bei denen die weniger dichte heiße Luft zentralisiert ist, erfolgt dieses "Durchschießen" der weniger dichten heißen Luft durch die dichtere kältere Umgebungsluft an einem zentralisierten Punkt. Die Wechselwirkungen dieser Gase verursachen die PilzformFormen.
Eine Sache zu beachten ist, dass diese Wechselwirkung in allen Flüssigkeiten vorhanden ist, in denen eine weniger dichte Flüssigkeit eine schwerere unterstützt, beispielsweise die Wechselwirkung von Öl und Wasser in einem Becher. Bei nuklearen Explosionen würde die Wechselwirkung auftretenbleiben ohne das Vorhandensein von Rauch oder Schmutz bestehen. Der Rauch und der Schmutz sind einfach das, was es uns ermöglicht, die Pilzwolkenbildung leichter zu beobachten.
Die weniger dichte heiße Luft steigt aus dem anfänglichen Feuerball auf und erzeugt ein Vakuum in seinem Kielwasser. Dies führt dazu, dass die dichtere kalte Luft angesaugt wird, wenn der Feuerball weiter steigt.
Die aufsteigende heiße Luft trifft auf den Widerstand der dichteren kalten Luft, die als Widerstand gegen ihre Aufwärtsbewegung wirkt. Dieser Widerstand glättet die aufsteigende Wolke und verwandelt sie in eine Pilzform.
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Die Ränder der Wolke scheinen sich ständig zu kräuseln. Dies ist auf die Flüssigkeitsbewegung infolge dieses Widerstands zurückzuführen. Die Luft auf der Oberfläche des Feuerballs wird langsam zurückgezogen, nur um herumzurollen und wieder angesaugt zu werdenwieder den Boden des Feuerballs.
Dieser gesamte Prozess wird fortgesetzt, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Der Feuerball hört nur auf zu steigen, bis er einen Punkt erreicht, an dem die Umgebungsluft die gleiche Dichte hat. Bei nuklearen Explosionen ist dies in der Atmosphäre ziemlich hoch, normalerweise im OzonSchicht.
Laut einem Artikel in Scientific American , "Alle Atombomben produzieren eine Ausbuchtung und einen Stiel, aber die wirklich riesigen Pilzwolken entstehen durch die sehr ertragreichen Explosionen von Kernwaffen Wasserstoffbomben. Der Feuerball einer H-Bombe steigt so hoch, dass er steigttrifft die Tropopause, die Grenze zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre. In der Tropopause gibt es einen starken Temperaturgradienten, der verhindert, dass sich die beiden Schichten der Atmosphäre stark vermischen. Die heiße Blase des Feuerballs dehnt sich zunächst aus und steigt anDie Blase ist vom Meeresspiegel in die Tropopause gestiegen, sie ist nicht mehr heiß genug, um die Grenze zu durchbrechen. ... An diesem Punkt flacht der Feuerball ab, kann sich nicht mehr nach oben ausdehnen und dehnt sich zur Seite hin zu einer übertriebenen ausPilzkappe. "
Wie groß sind Atompilzwolken?
Wir können uns jetzt alle vorstellen, wie eine nukleare Explosion aussieht. Schwieriger ist es jedoch, das Ausmaß der Explosion zu verstehen. Da es unwahrscheinlich ist, dass wir jemals eine nukleare Explosion persönlich gesehen haben, kann es schwierig sein, das Ausmaß zu bestimmenGriff.
Im Allgemeinen können die Pilzwolken in Minuten bis zu Zehntausenden von Fuß aufsteigen. Als Referenz fliegen die meisten Passagierflugzeuge in der Nähe. 33.000 Füße oder 10.000 Meter
Rückblick auf eine historische Explosion werfen wir einen Blick auf die Ereignisse nach der Atomexplosion in Hiroshima in 1945 . Innerhalb der ersten 10 Minuten stieg die Pilzwolke auf mehr als 60.000 Füße oder grob 20.000 Meter
Das gibt uns aber nicht das ganze Bild. Während es mehr war als 20.000 Meter hoch in den ersten 10 Minuten, innerhalb der ersten 30 Sekunden war die Wolke über der Reiseflughöhe der Enola Gay gestiegen, dem Flugzeug, das die Bombe abgeworfen hat. Das bedeutet, dass die Wolke aufgegangen war 10.000 Meter in 30 Sekunden. Gemittelt bedeutet dies, dass sich die Wolke bei nach oben ausdehnt. 333 m / s anfangs und dann verlangsamt, um bei nur a zu steigen 100 m / s Durchschnitt nach 10 Minuten.
Letztendlich sind Pilzwolken nicht spezifisch für nukleare Explosionen, sondern spezifisch für Rayleigh-Taylor-Instabilitäten in Flüssigkeiten - ein Prinzip, das wir jeden Tag um uns herum in Aktion sehen.