Tại sao bom hạt nhân khi nổ tạo thành hình nấm?

Trong lịch sử, loài người từng sản sinh ra loại vũ khí chết người mà chỉ cần nghe thấy cái tên của chúng là nhân loại đã đủ khiếp sợ, đó là bom hạt nhân.

Vũ khí có thể phá hủy cả một thành phố

Thử nghiệm mang tên Trinity thuộc "Dự án Manhattan" được xem là vụ nổ vũ khí hạt nhân đầu tiên trên thế giới.

Vũ khí hạt nhân ("nuclear weapon") được xem là loại vũ khí hủy diệt hàng loạt mà năng lượng của nó do các phản ứng phân hạch hạt nhân hoặc phản ứng hợp hạch gây ra.

Trung bình, một vụ nổ bom hạt nhân có sức công phá lên tới 300.000 tấn thuốc nổ, có thể phá hủy hoàn toàn một thành phố. Ước tính nếu sức công phá của bom hạt nhân đạt 1 triệu tấn, nó có thể "xóa sổ" một vùng với bán kính từ 100 - 160km.

Vũ khí hạt nhân đơn giản là lấy năng lượng từ quá trình phân hạch (còn gọi là phân rã hạt nhân).

Trên lý thuyết, bom sử dụng một vật liệu có khả năng phân rã được lắp ráp vào 1 khối lượng tới hạn, sau đó khởi phát phản ứng dây chuyền, giải thoát ra nguồn năng lượng khổng lồ.

Dưới góc độ vật lý, quá trình này được thực hiện bằng cách bắn một mẫu vật liệu chưa tới hạn vào một mẫu vật liệu chưa tới hạn khác để tạo ra trạng thái gọi là "siêu tới hạn".

Thông thường vũ khí như vậy được gọi là bom nguyên tử, còn gọi là bom A. Khi một quả bom hạt nhân nổ sẽ tạo ra một đám mây trắng hình nấm đặc trưng.

Lý giải cho đám mây hình nấm

Cột khói hình nấm của bom nguyên tử ném xuống thành phố Nagasaki, Nhật Bản vào ngày 9/8 1945.

Có khá nhiều thắc mắc xung quanh việc khi một quả bom hạt nhân phát nổ, tại sao lại hình thành nên một đám mây hình nấm.

Katie Lundquist, một nhà nghiên cứu kỹ thuật tính toán tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lunsley Fermore ở California, cho biết mặc dù ban đầu vụ nổ năng lượng đã tạo thành một "quả cầu khí nóng", nhưng khi chỉ mới bắt đầu, nó sẽ dần dần nhô lên, quả cầu hình trụ ở giữa sẽ chịu lực nổi lớn hơn xung quanh.

Hình cầu được hình thành theo cách này, khi chất lỏng có tỷ trọng thấp nhất ở vị trí chính giữa, nó sẽ nổi lên rất nhanh, giống như một chiếc bánh trong lò nướng dần dần bị nóng lên và nở ra.

Mặc dù toàn bộ chất lỏng hình cầu đang dâng lên, nhưng do các vậtchất ở giữa bốc lên nhanh hơn, không khí lạnh bên ngoài hình cầu sẽ bắt đầu tràn xuống bên dưới. Điều này làm cho các bong bóng nổi lên bị xoắn lại thành một vòng tròn.

Hình ảnh này cho thấy hướng của dòng chất lỏng sau khi một quả bom hạt nhân phát nổ, với mũi tên màu xanh là dòng không khí lạnh góp phần định hình nên hình nấm đặc trưng.

Các phân tử không khí nóng chuyển động nhanh hơn và nhiều năng lượng hơn, chúng sẽ va chạm với nhau ở tốc độ cao, và cuối cùng tạo ra một không gian rất lớn giữa chúng, do đó chúng tạo thành một môi trường gần như chân không.

Theo cách lý giải này, vật liệu đẩy ra được hút vào chân không và sau đó lại được đẩy lên trên, do đó tạo thành đám mây hình nấm trên cùng và vùng phẳng ở dưới cùng.

Ảnh hưởng của vụ nổ hạt nhân

Bóng của một nạn nhân được tìm thấy trên các bậc đá tại thành phố Hiroshima sau khi xảy ra vụ nổ bom hạt nhân năm 1945.

Năng lượng từ vụ nổ vũ khí hạt nhân thoát ra bao gồm áp lực (40-60% tổng năng lượng), bức xạ nhiệt (30-50% tổng năng lượng), bức xạ ion (5%), bụi phóng xạ (5-10%).

Trong đó, hiệu ứng quan trọng nhất của vũ khí hạt nhân là áp lực và bức xạ nhiệt có cơ chế phá hủy giống như các vũ khí quy ước. Sự khác biệt cơ bản là vũ khí hạt nhân có thể giải thoát một lượng lớn năng lượng tại cùng thời điểm.

Thế giới đã chứng kiến hậu quả nghiêm trọng mà vũ khí hạt nhân gây ra khi nó được sử dụng lần đầu tiên trong Chiến tranh thế giới 2.

Cụ thể vào ngày 6/8/1945, Mỹ ném quả bom mang biệt danh Little Boy với sức công phá tương đương 20.000 tấn TNT xuống thành phố Hiroshima của Nhật Bản.

Vụ nổ bom nguyên từ này phá hủy hầu hết thành phố Hiroshima, khiến nơi đây gần như bị san phẳng. Khoảng 140.000 người chết trong vụ nổ bom hạt nhân nguy hiểm này.

Đến ngày 9/8/1945, quả bom hạt nhân thứ hai mang biệt danh Fat Man được Mỹ ném xuống thành phố Nagasaki. Giống như vụ nổ cách đó 3 ngày, quả bom hạt nhân thứ hai đã cướp đi sinh mạng của khoảng 60.000 - 70.000 người.

Thế nhưng tác động của vụ ném bom hạt nhân xuống 2 thành phố tại Nhật Bản không chỉ dừng lại ở đó.

Trong suốt hàng chục năm, số người chết vì nhiễm xạ khi có mặt tại 2 thành phố bị đánh bom hạt nhân liên tục tăng. Bên cạnh đó, ước tính có hàng trăm nghìn người bị ảnh hưởng về sức khỏe và cuộc sống sau này.

Chính vì vậy, kể từ sau khi vũ khí hạt nhân lần đầu được sử dụng trong chiến tranh, giới chuyên gia cũng như công chúng vô cùng quan ngại nếu như xảy ra một cuộc chiến tranh hạt nhân thì nhân loại có thể bị đẩy đến bờ vực diệt vong.