核武器爆炸为什么是蘑菇云 原子弹爆炸为什么是蘑菇形状

  核爆炸产生磨菇云是大威力爆炸在大气底层开始产生的。只要是足夠大威力的爆炸,加热了空气水汽地面固态物质,形成比空气轻的球形混合物,不透明的烟尘,球形轻而迅速上升变成柱状是磨菇柄,接近地面水平扩散成为根,上升到平流层就是到了大气顶层,空气稀薄不能继续上升,而向四周扩散开来,大气顶层是圆顶伞形的,扩散后就成磨菇菌盖。

  其实原理很简单,就像是烤面包一样,纸杯面包受热膨胀后,也会散发出蘑菇云的形状。

  当核弹发生爆炸的时候会产生大量的热气流,热气流上升到一定高度后,形成了一个圆环,从而形成了蘑菇云的形状。

  不仅是核武器爆炸会产生蘑菇云,大威力的常规武器在发生爆炸的时候,也会产生蘑菇云的形状。

  那么,为什么发生大当量爆炸的时候就会产生蘑菇状的烟云呢?这个跟不同密度的流体(空气也是一种流体)之间出现瑞利-泰勒不稳定性有关,至于什么是流体间的瑞利-泰勒不稳定性?它指的是:在重力环境中,当低密度的流体支撑(或者加速)高密度的流体时,在流体界面出现的扰动不稳定现象,使得流体界面无法保持稳定,两种密度的流体间互相侵入,从而出现湍流混合的一种过程,这就是流体间的瑞利-泰勒不稳定性。

  ▲核爆产生的蘑菇云

  所以,当原子弹爆炸(或者其他的大当量常规武器爆炸)的时候,会出现以下这个过程:

  1、爆心附近的空气被瞬间加热,体积膨胀,密度变小;

  2、热空气(低密度流体)上升,与上面的冷空气(高密度流体)相遇后出现瑞利-泰勒不稳定性现象;

  3、热空气上升受阻,冷空气下降受阻,两者间互相侵入混合,出现湍流,冷空气像四周扩散并下降;

  4、爆心附近出现真空,导致附近低空冷空气回流,被加热上升,从而产生气流拖住上方的云团,也就是蘑菇云的“茎”;

  5、顶端的冷、热空气交汇形成涡环,当之间达到一个平衡状态时则会停止上升,最终形成蘑菇的顶盖形状。

  ▲蘑菇云内部解析图

  因此,蘑菇云的产生的主要原因就是在重力环境下,密度不同的冷、热空气之间交汇时出现瑞利-泰勒不稳定性。在地球的重力环境下,大部分的大型爆炸都会出现蘑菇装烟云(如果没有重力,爆炸后的产物将会呈现球型),近地或者是地面爆炸时,气体回流会吸入地面的泥土等其他碎屑,从而出现大量的烟尘,产生一个支撑蘑菇顶部的“茎”;而如果是高空爆炸,比如核爆的时候,那么一般情况下不会出现带“茎”的蘑菇云,其头部主要由放射性粒子以及一些高温等离子状态的物质(被高温“气化”武器其他部件)组成。

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