Эффект трюка с веревкой

Ядерный взрыв через миллисекунды после детонации. Из серии испытаний Operation Teapot в Неваде , 1955 год, демонстрирующие эффекты огненного шара и трюков с веревкой.

«Трюк с веревкой» — это термин, который американский физик-ядерщик Джон Малик дал любопытным линиям и шипам, исходящим от огненного шара ядерных взрывов при определенных условиях, сразу после детонации. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Описание

На соседней фотографии показаны два необычных явления: яркие шипы, торчащие из нижней части огненного шара, и своеобразная пятнистость расширяющейся поверхности огненного шара.

Поверхность огненного шара с температурой более 20 000 Кельвинов излучает огромное количество видимого светового излучения , интенсивность которого более чем в 100 раз превышает интенсивность на поверхности Солнца. Все твердое тело в этом месте поглощает свет и быстро нагревается. «Трюки с веревками», выступающие из нижней части огненного шара, вызваны нагревом, быстрым испарением и последующим расширением растяжек , идущих от кабины выстрела — корпуса наверху бомбовой башни , в котором находится взрывное устройство, — до земля. Малик заметил, что, когда растяжки были окрашены в черный цвет, образование шипов усиливалось, а если они были окрашены светоотражающей краской или обернуты алюминиевой фольгой , шипы не наблюдались, что подтверждало гипотезу о том, что это нагрев и испарение веревки, вызванное путем воздействия высокоинтенсивного видимого светового излучения, что и вызывает эффект. Из-за отсутствия растяжек никаких эффектов «веревочного трюка» не наблюдалось при испытаниях наземного взрыва, испытаниях свободно летающего оружия или подземных испытаниях. . ^{[ 1 ]}

Причина пятнистости поверхности более сложна. В первые микросекунды после взрыва вокруг бомбы образуется огненный шар из-за огромного количества тепловых рентгеновских лучей, испускаемых в процессе взрыва. Эти рентгеновские лучи не могут распространяться очень далеко в стандартной атмосфере , прежде чем вступят в реакцию с молекулами воздуха , поэтому в результате образуется огненный шар, который быстро формируется в пределах около 10 метров (33 фута) в диаметре и не расширяется. Это известно как «радиационно управляемый» огненный шар. ^{[ нужна ссылка ]}

Внутри радиационного огненного шара сама бомба быстро расширяется за счет тепла, выделяемого в результате ядерных реакций. Он движется наружу со сверхзвуковой скоростью, создавая гидродинамическую ударную волну на своем внешнем крае. Через непродолжительный период этот фронт ударной волны достигает, а затем проходит мимо первоначального радиационного огненного шара. Ударная волна содержит так много энергии, что компрессионный нагрев создаваемый в воздухе заставляет ее светиться. В момент взрыва, запечатленный на соседней фотографии, фронт ударной волны прошел мимо исходного радиационного огненного шара и стал примерно в два раза больше его размера. ^{[ нужна ссылка ]}

В первые несколько микросекунд после взрыва корпус бомбы и кабина выстрела разрушаются и испаряются. Эти пары ускоряются до очень высоких скоростей, нескольких десятков километров в секунду , быстрее, чем фронт ударной волны. Однако это ускорение происходит за короткий период времени, поэтому материал оказывается за фронтом ударной волны, хотя в конечном итоге он движется быстрее фронта ударной волны. Различные светлые и темные пятна вызваны различной плотностью пара материала, разбрызгивающегося на задней стороне фронта ударной волны. Неравномерные изменения распределения массы вокруг ядра бомбы создают вид пятнистой капли. ^{[ 3 ]}

Звучащие ракеты

Комплекс зондирующих ракет с приборами для проведения научных измерений высотных ядерных испытаний во время подготовки к старту на острове Джонстон.

Через несколько миллисекунд энергия ударного фронта уже не будет достаточно велика, чтобы раскалить воздух . В этот момент фронт ударной волны становится невидимым, и этот процесс известен как «отрыв». Это затрудняет диагностику ударной волны за пределами этой границы.

На фотографиях ядерных испытаний часто видны многочисленные вертикальные веревочные линии с одной стороны. Обычно они создаются небольшими звучащими ракетами, запускаемыми за несколько секунд до выстрела и оставляющими дымовые следы. Цель этих следов — зафиксировать прохождение ныне невидимой ударной волны, которая оказывает очевидный визуальный эффект на дым, сжимая воздух в линзу . Это не обязательно связано с эффектом трюка с веревкой каким-либо физическим образом, но на некоторых фотографиях их можно спутать. На фотографии теста Tumbler-Snapper вертикальные линии в правом нижнем углу представляют собой столбы линий взрыва, а не следы дыма. ^{[ 4 ]}

Запись камеры

Фотография была снята рапатронной камерой ( высокоскоростной камерой, изобретенной Гарольдом Эдгертоном и его коллегами), построенной EG&G . ^{[ 5 ]} Каждая камера была способна записывать только одну экспозицию на одном листе пленки. Для создания покадровой съёмки были установлены группы из четырёх-десяти камер, которые делали фотографии в быстрой последовательности. Среднее время воздействия составляло три микросекунды .