Rope trick-effekt - Rope trick effect

Atomeksplosjon fotografert mindre enn ett millisekund etter detonasjon. Fra Tumbler-Snapper- testserien i Nevada , 1952, som viser ildkule- og "tau-trick" -effekter. Ildkulen er omtrent 20 meter i diameter i dette bildet

Tautriks synlig for Hardtack II Lea-test

Arrangement av raketter med instrumenter for å foreta vitenskapelige målinger av kjernefysiske tester i høy høyde under forberedelser på Johnston Island

Spill av media

Høyhastighets videoklipp av en kjernefysisk eksplosjon som viser tau-trick-effekten

Rope trick er betegnelsen fysikeren John Malik gir til de nysgjerrige linjene og piggene som kommer fra ildkulen til visse atomeksplosjoner like etter detonasjon.

Beskrivelse

Det tilstøtende fotografiet viser to uvanlige fenomener: lyse pigger som stikker ut fra bunnen av ildkulen, og den særegne prikken på den ekspanderende ildkuleoverflaten.

Fireballens overflate, med en temperatur over 20.000 kelvin , avgir store mengder synlig lysstråling , mer enn 100 ganger intensiteten på solens overflate. Alt som er solid i området, absorberer lyset og varmes raskt opp. "Tau-triks" som stikker ut fra bunnen av ildkulen er forårsaket av oppvarming, rask fordampning og deretter utvidelse av fyrledninger (eller spesialiserte tau-triks testkabler) som strekker seg fra skuddføreren, huset på toppen av tårnet som inneholder eksplosiven, til bakken. Malik observerte at når tauet ble malt svart, ble piggdannelsen forbedret, og hvis det ble malt med reflekterende maling eller pakket inn i aluminiumsfolie , ble det ikke observert noen pigger - og dermed bekreftet hypotesen om at det er oppvarming og fordampning av tauet, indusert av eksponering for høyintensivt synlig lysstråling, noe som forårsaker effekten. På grunn av mangelen på fyrtråder ble det ikke observert noen "tau-trick" -effekter i overflatetonasjonstester, frittflygende våpentester eller underjordiske tester.

Årsaken til overflatemotling er mer kompleks. I de første mikrosekundene etter eksplosjonen dannes en ildkule rundt bomben av det enorme antallet termiske røntgenstråler som frigjøres ved eksplosjonsprosessen. Disse røntgenstrålene kan ikke bevege seg veldig langt i den nedre atmosfæren før de reagerer med molekyler i luften , så resultatet er en ildkule som raskt dannes innen 10 meter (33 fot) i diameter og ikke utvides. Dette er kjent som en "strålingsdrevet" ildkule.

Inne i den strålende ildkula ekspanderer selve bomben raskt på grunn av varmen som genereres av kjernefysiske reaksjoner. Dette beveger seg utover i supersoniske hastigheter, og skaper en hydrodynamisk sjokkbølge i ytterkanten. Etter en kort periode når denne sjokkfronten og passerer den første strålende ildkulen. Støtbølgen inneholder så mye energi at kompresjonsoppvarmingen den forårsaker i luften får den til å gløde. På punktet i eksplosjonen fanget på bildet ovenfor har sjokkfronten passert den opprinnelige strålende ildkulen og har omtrent dobbelt så stor størrelse.

I løpet av de første mikrosekundene etter detonasjon ødelegges og fordampes bombehuset og skuddkabinen. Disse dampene akselereres til svært høye hastigheter, flere titalls kilometer i sekundet , raskere enn støtfronten. Denne akselerasjonen skjer imidlertid i løpet av en kort periode, så materialet blir fanget bak støtfronten, selv om det til slutt beveger seg raskere enn støtfronten. De forskjellige lyse og mørke flekkene er forårsaket av den varierende damptettheten til materialet som spruter mot baksiden av støtfronten. De uregelmessige variasjonene i massefordeling rundt bomberkjernen skaper det flekkete klattlignende utseendet.

Klingende raketter

Etter noen millisekunder vil ikke støtfrontens energi lenger være stor nok til å varme opp luften til glød . På det tidspunktet blir sjokkfronten usynlig, en prosess kjent som "utbryter". Dette gjør sjokkbølgen vanskelig å diagnostisere utenfor denne grensen.

Fotografier av kjernefysiske tester viser ofte mange vertikale taulignende linjer til den ene siden. Disse er vanligvis laget av små raketter som ble lansert noen sekunder før avfyringen, og etterlot røykstier. Hensikten med disse stiene er å registrere passering av den nå usynlige sjokkbølgen, noe som forårsaker en åpenbar visuell effekt på røyken ved å komprimere luften til en linse . Dette er ikke nødvendigvis relatert til reptrikseffekten på noen fysisk måte, men det er mulig å forvirre de to i noen fotografier. På fotografiet av Tumbler-Snapper-testen (øverst i denne artikkelen) er røykstiene svakt synlige i nedre høyre hjørne.

Kameraopptak

Bildet er skutt av et rapatronic-kamera (et høyhastighetskamera oppfunnet av Harold Edgerton og kolleger) bygget av EG&G . Hvert kamera var i stand til å ta opp bare én eksponering på et enkelt filmark. For å lage tidsforløpssekvenser ble banker på fire til ti kameraer satt opp for å ta bilder i rask rekkefølge. Gjennomsnittlig eksponeringstid var tre mikrosekunder .