الفيزياء

ما الذي يخلق سحابة الفطر عندما تنفجر القنبلة الذرية؟

ما الذي يخلق سحابة الفطر عندما تنفجر القنبلة الذرية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

من المحتمل أن تكون فكرة شكل الانفجار النووي راسخة في ذاكرتك. سواء من مشاهدة الأفلام الوثائقية والأفلام التي تصور انفجارًا ، أو من مشاهدة الصور في ثقافة البوب ​​، فإن انفجار طبيعة وحجم التفجير النووي ليس شيئًا يسهل نسيانه.

ولعل الجانب الأكثر بروزًا في هذه الانفجارات هو سحب الفطر الكبيرة المميزة التي تخلقها. تخلق معظم القنابل غيومًا متشابهة ، ولكنها ليست مثل تلك التي شوهدت بعد انفجار نووي.

إذن ، ما الذي يسبب تشكل هذه الغيوم؟

باختصار ، هذا لأن القنبلة تطلق فجأة كميات كبيرة من الطاقة. تخلق هذه الطاقة فقاعة غاز شديدة السخونة ، والتي تتفاعل مع الهواء المحيط الأكثر برودة ، مما يجعلها أقل كثافة ، وفي حالة التفجير النووي ، تنبعث القنبلة من الأشعة السينية ، التي تؤين وتسخن الهواء المحيط ؛ تُعرف تلك الفقاعة الساخنة من الغاز باسم كرة نارية.

ترتفع كرة النار الساخنة بسرعة كبيرة ، مما يخلق تيارًا صاعدًا قويًا يتم ملؤه بعد ذلك بالهواء المحيط والغبار. هذا هو الذي يخلق السحابة.

ومع ذلك ، كانت هذه هي الإجابة السريعة ، لفهمها بشكل أكبر ، نحتاج إلى الغوص بشكل أعمق قليلاً.

ما هي غيوم الفطر؟

من أجل فهم سبب تكوّن الانفجارات النووية لسحب عيش الغراب ، نحتاج أولاً إلى تحديد ماهية هذه الغيوم.

غيوم الفطر هي سحب من الدخان والحطام تتحرك في الهواء بعد الانفجار. تتشكل هذه الأنواع من الغيوم ليس فقط بعد الانفجارات النووية ، ولكن أيضًا بعد أي حدث ينتج عنه حرارة سريعة جدًا. مثال على ذلك قد يكون انفجار قنبلة تقليدية أو حتى بركان.

لماذا التفجيرات النووية تسبب سحب عيش الغراب الكبيرة؟

قد تبدو الإجابة بسيطة في هذه المرحلة بالنظر إلى أننا تناولناها بالفعل في هذه المقالة ، ولكن هناك المزيد في القصة.

بالطبع ، يتسبب الانفجار النووي القوي في إطلاق مفاجئ للحرارة ، يتفاعل مع الهواء المحيط ، مما يجعل هذا الهواء أقل كثافة - كما ناقشنا.

يُعرف التفاعل بين مادتين (سوائل أو غازات) بكثافات مختلفة عند دفعهما معًا باسم عدم استقرار Rayleigh-Taylor.

يميز هذا المبدأ بشكل أساسي حركة سائلين بكثافة مختلفة. تتأثر السوائل ذات الكثافة المختلفة بأي قوة معينة بطرق مختلفة ، من حيث خصائصها المتغيرة. شرح ببساطة ، يحدث عدم استقرار RT عندما يتم دعم سائل ثقيل بواسطة سائل أخف. سوف تتجه السوائل نحو التوازن ، مما يتسبب في مرور السائل الأقل كثافة خلال السائل الأكثر كثافة.

في حالة الانفجارات حيث يتمركز الهواء الساخن الأقل كثافة ، يحدث "إطلاق" الهواء الساخن الأقل كثافة عبر الهواء المحيط الأكثر كثافة في نقطة مركزية. تتسبب تفاعلات هذه الغازات في تكوين شكل عيش الغراب.

شيء واحد يجب ملاحظته هو أن هذا التفاعل موجود في جميع السوائل حيث يدعم سائل أقل كثافة سائلًا أثقل ، على سبيل المثال ، تفاعل الزيت والماء في كوب. في حالة التفجيرات النووية ، سيستمر التفاعل بدون وجود دخان أو حطام. الدخان والحطام هما ببساطة ما يسمح لنا بمراقبة تكوين سحابة الفطر بسهولة أكبر.

سوف يرتفع الهواء الساخن الأقل كثافة من كرة النار الأولية ويخلق فراغًا في أعقابه. يؤدي هذا إلى امتصاص الهواء البارد الأكثر كثافة مع استمرار كرة النار في الارتفاع.

يقابل الهواء الساخن المتصاعد المقاومة من الهواء البارد الأكثر كثافة ، والذي يعمل كمقاومة للحركة الصعودية. هذه المقاومة هي التي تعمل على تسطيح السحابة الصاعدة وتحويلها إلى شكل عيش الغراب.

ذات صلة: الذوبان النووي وكيف يمكن منعه

يبدو أن حواف السحابة تتجعد باستمرار. ويرجع هذا إلى الحركة السائلة نتيجة هذه المقاومة. يُسحب الهواء الموجود على سطح الكرة النارية ببطء للخلف ، فقط ليتدحرج ويعود مرة أخرى إلى قاع الكرة النارية.

تستمر هذه العملية برمتها حتى يتم الوصول إلى التوازن. ستتوقف كرة النار عن الارتفاع حتى تصل إلى نقطة يكون فيها الهواء المحيط بنفس الكثافة. في حالة التفجيرات النووية ، يكون هذا مرتفعًا إلى حد ما في الغلاف الجوي ، عادةً في طبقة الأوزون.

وفقًا لمقال في Scientific American، "كل القنابل الذرية تنتج انتفاخًا وساقًا ، لكن السحب الضخمة جدًا التي تنتج عن عيش الغراب تنتج عن انفجارات عالية القوة للأسلحة النووية الحرارية (القنابل الهيدروجينية). الكرة النارية من القنبلة الهيدروجينية ترتفع لدرجة أنها تضرب التروبوبوز ، الحد الفاصل بين طبقة التروبوسفير والستراتوسفير. يوجد تدرج قوي في درجة الحرارة عند التروبوبوز ، مما يمنع طبقتين من الغلاف الجوي من الاختلاط كثيرًا.تتوسع الفقاعة الساخنة للكرة النارية وترتفع في البداية. ارتفعت من مستوى سطح البحر إلى التروبوبوز ، ولم تعد ساخنة بدرجة كافية لاختراق الحدود. ... عند هذه النقطة ، تتسطح كرة النار ؛ لم تعد قادرة على التوسع لأعلى ، لذلك تتوسع إلى الجانب إلى غطاء فطر مبالغ فيه . "

ما حجم غيوم الفطر النووية؟

يمكننا الآن جميعًا تخيل شكل الانفجار النووي ، ولكن الأصعب هو فهم حجم الانفجار. نظرًا لأنه من غير المحتمل أن نشهد انفجارًا نوويًا شخصيًا ، فقد يكون من الصعب فهم الحجم.

بشكل عام ، يمكن أن ترتفع غيوم الفطر إلى عشرات الآلاف من الأقدام في دقائق. للإشارة ، فإن معظم طائرات الركاب تطير حولها33,000 قدم ، أو 10,000 أمتار.

بالنظر إلى الانفجار التاريخي ، دعونا نلقي نظرة على ما حدث بعد الانفجار النووي في هيروشيما في 1945. في غضون الدقائق العشر الأولى ، ارتفعت سحابة الفطر إلى أكثر من60,000 قدم ، أو تقريبا 20,000 أمتار.

هذا لا يعطينا الصورة الكاملة رغم ذلك. بينما كان أكثر من20,000 مترًا في أول 10 دقائق ، خلال أول 30 ثانية ، ارتفعت السحابة فوق الارتفاع المبحر لـ Enola Gay ، الطائرة التي أسقطت القنبلة. هذا يعني أن السحابة قد ارتفعت 10,000 متر في 30 ثانية. يعني هذا ، عند حسابه في المتوسط ​​، أن السحابة توسعت لأعلى عند 333 م / ث في البداية ، ثم تباطأ للارتفاع عند أ 100 متوسط ​​م / ث بعد 10 دقائق.

في النهاية ، لا تقتصر سحب الفطر على الانفجارات النووية ، بل إنها خاصة بعدم استقرار رايلي-تايلور في السوائل - وهو مبدأ نراه في العمل من حولنا كل يوم.


شاهد الفيديو: إنفجار نووي حقيقي - فيديو نادر (قد 2022).