버섯 구름
버섯구름

지상에서 높은 곳에서 발생한 핵폭발은 줄기가 달린 버섯구름을 만들지 않을 수도 있다. 구름의 머리 부분은 주로 핵분열 생성물과 다른 무기 잔해인 에어로졸과 같은 높은 방사성 입자로 구성되어 있으며, 날씨 패턴(특히 비)이 문제가 되는 핵 낙진을 일으킬 수 있지만, 일반적으로 바람에 의해 분산된다.
또한 지하층보다 훨씬 낮거나 물속 깊은 곳에서 일어나는 폭발(예를 들어 핵심도 전하)에서는 버섯구름이 생기지 않는데, 이때 폭발로 인해 엄청난 양의 흙과 물이 기화되어 거품이 생기고 지하층이 덜 깊은 곳에서 일어나는 경우에는 침하 분화구가 생기기 때문이다. 물속에서 일어나는 폭발이지만 지표면 근처에서 일어나는 폭발에서는 물기둥이 생겨 붕괴할 때 콜리플라워와 같은 모양이 되는데, 이는 버섯구름으로 오인되기 쉽다. 지하층에서 일어나는 폭발에서는 버섯구름과 기저부 급류, 즉 서로 다른 두 개의 구름이 생긴다. 폭발 깊이가 깊어질수록 대기로 방출되는 방사선의 양은 급격히 줄어든다.
지표면과 지표면 근처의 공기가 폭발하면 폭발 고도가 증가함에 따라 공중에 떠 있는 잔해의 양이 급격히 감소한다. 대략 7미터/킬로톤1 ⁄3의 폭발 고도에서는 분화구가 형성되지 않고 그에 상응하는 더 적은 양의 먼지와 잔해가 생성된다. 일차 방사성 입자가 주로 미세한 불덩이 응축으로 구성되는 낙진 감소 높이는 대략 55미터/킬로톤0.4이다. 그러나 이러한 폭발 고도에서도 여러 가지 메커니즘에 의해 낙진이 형성될 수 있다.
버섯구름의 방사능 분포는 폭발의 산출량, 무기의 종류, 핵융합-분열 비율, 폭발고도, 지형의 종류, 날씨 등에 따라 다양하다. 일반적으로 낮은 위력의 폭발은 방사능의 약 90%가 버섯 머리에 있고, 10%가 줄기에 있다. 이에 반해 메가톤급 폭발은 방사능의 대부분이 버섯구름의 하위 1/3에 있는 경향이 있다
폭발 순간 화구가 형성된다. 상승하는 대략적인 구 모양의 뜨거운 백열 기체 덩어리는 대기 마찰로 인해 모양이 변하고 에너지 복사에 의해 표면이 냉각되어 구면에서 격렬하게 회전하는 구상 소용돌이로 변한다. 처음에는 하부의 차가운 공기가 바닥의 화구 기체를 컵 모양으로 뒤집으면서 레일리-테일러 불안정이 형성된다. 이것은 난류와 소용돌이를 일으켜 더 많은 공기를 중심으로 빨아들여 외부 후풍을 일으키고 스스로를 냉각시킨다. 회전 속도는 냉각되면서 느려지고 나중 단계에서 완전히 멈출 수도 있다. 무기의 기화된 부분과 이온화된 공기는 눈에 보이는 기체로 냉각되어 초기 구름을 형성한다. 백색으로 뜨거운 소용돌이 중심부가 노란색이 된 다음 검붉은색이 된 다음 눈에 보이는 백열을 잃는다.  대기의 수분이 응축되면서 구름의 대부분이 추가 냉각되면서 채워진다. 구름이 상승하고 냉각되면서 부력이 감소하고 상승 속도가 느려진다.
불덩이의 크기가 대기 밀도 척도의 높이와 비슷하다면, 전체 구름 상승은 탄도적일 것이고, 최종 안정화 고도보다 더 높은 고도로 과도한 공기를 과도하게 많이 뿜어낼 것이다. 훨씬 작은 불덩이는 부력이 지배하는 상승과 함께 구름을 만들어낸다.
정적 안정성이 강한 영역의 바닥인 대류권에 도달한 후 구름은 상승 속도를 늦추고 퍼져 나가는 경향이 있다. 만약 구름이 충분한 에너지를 가지고 있다면, 구름의 중심 부분은 표준 뇌우의 유사체로서 계속 성층권으로 상승할 수 있다. 대류권에서 성층권으로 상승하는 공기 덩어리는 강력한 성층권 침투 뇌우에 의해 생성되는 것과 거의 동일한 중력파를 형성한다. 대류권을 관통하는 소규모 폭발은 더 높은 주파수의 파동을 발생시키며, 이를 기반음이라고 한다.
그 폭발은 낮은 고도에서 수분을 잔뜩 머금은 공기를 대량으로 끌어올린다. 공기가 올라감에 따라 온도가 떨어지고, 수증기는 처음에는 물방울로 응결했다가 나중에는 얼음 결정으로 얼어붙는다. 그 상변화는 잠열을 방출하여 구름을 가열하고 훨씬 더 높은 고도로 이끈다.
버섯구름은 여러 단계의 형성과정을 거친다
최초 단계, 의 20초는 불덩이가 형성되고 핵분열 생성물이 땅에서 원하는 물질과 섞이거나 분화구에서 분출될 때이다. 증발된 땅의 응축은 처음 몇 초 동안 가장 격렬하게 3500-4100 K 사이의 불덩이 온도에서 일어남
상승 및 안정화 단계, 20초에서 10분, 뜨거운 가스가 상승하고 초기 큰 낙진이 퇴적
이후 단계, 약 2일 후까지 공기 중 입자들이 바람에 의해 분포하고, 중력에 의해 퇴적되고, 강수에 의해 쓸려감
구름의 모양은 지역적인 대기 조건과 바람의 패턴에 의해 영향을 받는다. 낙진 분포는 주로 바람이 부는 플룸이다. 그러나 구름의 대류 속도가 주변 풍속보다 높기 때문에 만일 대류권에 도달한다면, 그것은 바람을 거슬러 퍼져 나갈 수 있다. 대류권에서, 구름의 모양은 대략 원형이고 펼쳐져 있다.
일부 방사성 구름의 초기 색깔은 초기에 이온화된 질소, 산소, 대기의 수분으로 형성된 이산화질소와 질산 때문에 붉은색이나 적갈색으로 변할 수 있다. 고온, 고방사선 환경에서 오존도 생성된다. 각 메가톤의 산출량이 약 5000톤의 질소산화물을 생성하는 것으로 추정된다. 노란색과 주황색도 설명되었다. 이 붉은 색은 나중에 물/얼음 구름의 흰 색에 의해 가려지며, 불덩이가 식으면서 빠르게 흐르는 공기에서 응축되고, 상승기류로 빨려 들어가는 연기와 파편의 어두운 색이 된다. 오존은 폭발에서 특징적인 코로나 방전과 같은 냄새를 풍긴다
응결된 물 방울들이 점차 증발하면서 구름이 사라지는 것처럼 보인다. 그러나 방사성 입자들은 여전히 공기 중에 떠 있는 상태이고, 이제는 보이지 않는 구름은 그 경로를 따라 계속해서 낙진을 축적한다.
대량의 먼지, 흙, 파편들이 버섯구름 속으로 빨려 들어가면서, 공기폭발로 인해 희뿌연 증기가 발생하고, 땅폭발로 인해 회색에서 갈색의 줄기들이 발생한다. 땅폭발로 인해 땅속에서 나온 방사선 물질이 포함된 어두운 버섯구름이 생성되고, 따라서 더 큰 입자들이 국소적으로 쉽게 침착되는 더 큰 방사능 낙진이 발생한다.
더 높은 위력의 폭발은 폭발로 인한 질소 산화물을 대기 중에서 충분히 높게 운반하여 오존층의 상당한 고갈을 야기할 수 있다.
두 개의 층을 가진 두 개의 버섯은 특정한 조건에서 만들어질 수 있다. 예를 들어, 버스터-장글 슈가 샷은 폭발 자체로부터 첫 번째 머리를 형성했고, 그 다음에 또 다른 머리는 뜨겁고 갓 형성된 분화구로부터의 열에 의해 생성되었다.
낙진 자체는 건조하고 재와 같은 플레이크로 보일 수도 있고, 눈에 보이지 않을 정도로 작은 입자로 보일 수도 있으며, 후자의 경우, 입자는 종종 비에 의해 침착된다. 피부에 더 새롭고 더 많은 방사성 입자가 다량 침착되면 베타 화상을 입을 수 있으며, 노출된 동물의 등에 변색된 반점과 병변으로 나타나는 경우가 많다. 성 브라보 시험에서 나온 낙진은 흰 먼지처럼 생기고 비키니 눈이라는 별명이 붙었는데, 작고 하얀 조각들은 눈송이를 닮았고, 표면에 달라붙어 짭짤한 맛이 났다. 위그왐 작전에서 나온 낙진의 41.4%는 불규칙한 불투명 입자로 구성되어 있었고, 투명하고 불투명한 영역을 가진 입자의 25%가 약간 넘었고, 미세한 해양 생물의 약 20%, 출처를 알 수 없는 미세한 방사성 실의 2%였다.