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原子弹爆炸为什么是蘑菇形状？
蘑菇云,蘑菇,空气原子弹爆炸为什么是蘑菇形状？
发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：
原子弹爆炸为什么是蘑菇形状？
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
作为人类有史以来制造过的破坏性最强的大杀器，原子弹这类核武器有一个最典型的外在特征，那就是爆炸后形成的巨大蘑菇云，学名叫蕈（xùn）状云。蘑菇云的产生其实涉及的知识相对简单，原子弹在爆炸瞬间会形成一个几千万摄氏度，甚至上亿度的巨大火球，同时向周围释放出高能辐射，以原子弹爆炸投影点为中心，半径数千米内的空气、土层、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，形成一个笔直的中心上升云柱。
（蘑菇云中心云柱的上升）
由于高度每上升100米，温度下降0.6℃，这些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上升速度变慢，在被上层固有云团阻挡后，这些气体受阻后无法上升，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，上头大的蘑菇状雏形。
（蘑菇云的不断壮大过程）
在这个雏形形成过程中，另一个因素则加剧了蘑菇云雏形的成长！在原子弹爆炸中心，由于爆炸冲击和强烈燃烧作用，这里短时间内会形成一个近似真空的状态，这个真空由于压力远远小于周围的大气压，因此会产生强大的抽离作用，将周围的空气和各种杂物源源不断的往天空输送，最终促使上方核爆云层不断变大，变粗，最终形成范围几十乃至于几百公里的庞大蘑菇云！
（蘑菇云的真空抽离作用和台风形成的原理是差不多的）
蘑菇云虽然好看，但是却杀机四伏！因为不管是爆炸初期上升的气体混合物还是后期周围抽离补给的气团，其中大量的物质都遭受了严重的核辐射，而所谓的蘑菇云其实就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，最后以降雨的方式重新回到地面，被辐射雨洗刷过的地面就将遭受二次核污染，最后变成辐射重灾区！由于云团随风飘动，进入大气环流后，移动距离可达上千公里，因此即使核爆炸在人烟稀少地区，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！
（普里皮亚季地区可怕的辐射云）
1986年，前苏联加盟国乌克兰普里皮亚季地区的切尔诺贝利核电厂发生剧烈爆炸，大量辐射物质被喷射至高空云层，这些云层随着大气环流四处游走，最后以降雨的形式落回地面，这不仅污染了邻近的乌克兰、俄罗斯、白俄罗斯广大地区，甚至连几千公里之外的希腊、法国、瑞典甚至是英吉利海峡对岸的英国南部地区都遭受了严重核污染！所以说蘑菇云虽美，但却是绽放的死亡之花！
（切尔诺贝利核污染地区，几乎遍及整个欧洲）
除了核爆炸之外，威力强大的常规爆炸、火山喷发、陨石撞击，乃至于星体之间的互怼都可能会产生蘑菇云，原理基本都是大量热气流短时间内高速上升所致。人类目前观察到的最大的蘑菇云来自于1994年7月17日的太空，当时直径达到5公里以上的苏梅克-列维九号彗星被木星引力捕捉，最终以每小时21万公里的速度撞击木星大气层，产生的能量超过6万亿吨TNT爆炸（人类现有核武器总量的一千倍以上）！当时形成的蘑菇云高达500公里，直径达到数千公里，而前苏联威力最大的沙皇炸弹（500万吨TNT当量）爆炸时，蘑菇云也不过64公里高，40公里宽而已！
（苏梅克-列维九号撞击木星示意图）
回答于 2019-09-11 08:43:50
原子核暴是具大能量瞬间裂变释放出来，周围环境骤变而产生蘑菇云。
回答于 2019-09-11 08:43:50
蘑菇云的形状主要是由于气压对流以及爆炸烟云物质的翻腾所形成，其实并非核武器才会产生蘑菇云，较大的猛炸药爆炸、陨石撞击等也会产生蘑菇云，它与原子弹爆炸没有必然性。
上图.法国1971年在南太平洋进行的3万4千吨核弹试验瞬间
事实上，如果将核弹放到水下或者超高空、宇宙空间等条件下爆破，它根本形成不了蘑菇云，普通的核爆炸也不是次次都一定能形成完美的蘑菇云，因此核爆后对蘑菇云形状进行报告亦是重要的观测项目之一。
上图.1945年投掷在长崎的原子弹，可以看到两层尘柱结构
蘑菇云的形成与气压、空气受热情况以及热膨胀系数有关，其实是个简单的物理概念。
上图.核爆时的等离子体
核爆发生后，原子弹链式反应产生的超高温会将空气加热到极高的温度，中心区域在瞬间会形成一个“高温等离子体”，我们一般称之为“火球”。在许多原子弹的观测目击中，这个“火球”会发出太阳一样的光芒，远比事后的蘑菇云更让目击者震撼。
上图.1947年“十字路口行动”中海底爆炸的2万吨级原子弹，海水被打成水墙，可以清晰的看到空气膨胀情况
因为高温，等离子体会通过燃烧、碳化迅速扩张，过程表现为吹气球似的膨胀和湮灭，空气在这一过程中也会受到影响，从而跟随受热而膨胀，分子热运动就越激烈。或者我们可以换一种喜闻乐见的说法——温度愈高，布朗运动愈明显；温度越高，扩散就越快。
上图.美军1952年在内华达进行的原子弹试验，小型核弹的“尘爆感”会更强一些
但过度的热膨胀造成了分子密度的急速降低，大量的空气分子被分开到周围的空间之中，因此同一体积单位内，空气的重量变轻了。如此，热空气会汹涌的上升，在高压的帮助下挤开一条“甬道”。
上图.1958年“Operation Hardtack I”（硬饼干1号行动）中海底引爆的核弹，可以看到层层叠叠的上升云状气流
与此同时，核弹爆炸时，产生的冲击波会将地面、水面大量的物质震碎、燃灰、蒸发并抛洒到天空中，当高温等离子体短短的生命结束后，它们便会因为骤然的真空而被“吮吸”填充进核弹爆炸的“内部”，继而被热空气裹挟，随着“甬道”直升天际，形成长长的“蘑菇柄”。
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