Loading article…
キノコ雲とは、大規模な爆発によって発生する、キノコ状の独特な形状をした、破片、煙、そして通常は凝縮した水蒸気からなる爆発雲のことです。この現象は核爆発と最も関連付けられることが多いですが、十分なエネルギーを持つ爆発や爆燃であれば、同様の効果が生じます。強力な通常兵器、特に大型の熱圧兵器によっても発生する可能性があります。また、火山噴火や衝突によって自然発生的にキノコ雲が発生することもあります。
キノコ雲は、あらゆる高度において大量の低密度ガスが突然形成され、レイリー・テイラー不安定性を引き起こすことによって発生します。浮力のあるガスの塊は急速に上昇し、その縁に沿って乱流渦が下方へ巻き込み、一時的な渦輪を形成します。この渦輪は、煙、破片、凝縮した水蒸気、またはこれらの組み合わせを含む中心柱を引き上げ、「キノコの茎」を形成します。ガスの塊とそれに巻き込まれた湿った空気は、最終的に周囲の空気よりも密度が低くなくなる高度に達します。この時点で、ガスは拡散して下降し、核爆発後に放射性降下物となります。安定化高度は、開始高度およびそれ以上の高度における気温、露点、および風速シアのプロファイルに大きく依存します。
この用語は1950年代初頭に造語されたようだが、爆発によって発生するキノコ雲は、原子時代より何世紀も前から記述されていた。無名の画家による1782年のフランス・スペイン連合軍によるジブラルタル攻撃を描いた同時代の水彩版画には、イギリス軍の守備隊が熱砲を発射して火をつけた後、攻撃部隊の浮遊砲台の一つがキノコ雲を伴って爆発する様子が描かれている。
1798年、ゲルハルト・ヴィートはゴータ近郊に現れた「キノコに似た形をした」雲について、詳細な図解入りの記述を発表した。この雲は数年前、ある暖かい夏の午後に公使館参事官のリヒテンベルクによって観測されていた。それは不規則な気象雲と解釈され、その下に発生した新たな暗い雲によって雨と雷を伴う嵐を引き起こしたようだった。リヒテンベルクはその後、やや似た雲を観測したが、これほど注目すべきものはなかったと述べている。[ 1 ]
1917年のハリファックス大爆発ではキノコ雲が発生した。1930年、オラフ・ステープルドンは小説『最後の最初の人々』の中で、原子兵器の最初のデモンストレーションを「沸騰する海からの蒸気の雲…蒸気と破片の巨大なキノコ」と想像している。タイムズ紙は1937年10月1日、中国の上海に対する日本の攻撃で「巨大なキノコ型の煙」が発生したという記事を掲載した。第二次世界大戦中、日本の戦艦大和の破壊でキノコ雲が発生した。[ 2 ]
1945年8月13日付のロンドン・タイムズ紙は、日本の長崎上空の原子爆弾の雲を「煙と塵の巨大なキノコ雲」と表現した。1945年9月9日、ニューヨーク・タイムズ紙は、長崎原爆投下を目撃したウィリアム・L・ローレンスによる記事を掲載した。ローレンスはマンハッタン計画の公式新聞特派員であり、爆撃を行った3機の航空機のうちの1機に同乗していた。彼は、爆弾が「紫色の炎の柱」を生み出し、その頂上から「巨大なキノコ雲」が出現し、柱の高さを合計45,000フィートにまで高めたと記している。[ 3 ]
1946年のクロスロード作戦の核爆弾実験では「カリフラワー」雲が表現されたが、現場にいた記者は「キノコ、今や原子時代の一般的なシンボル」とも表現した。キノコは伝統的に生と死、食べ物と毒の両方に関連付けられており、そのため「カリフラワー」雲などよりも強力な象徴的つながりを持っていた。[ 4 ]
キノコ雲は地球の重力下で発生する様々な種類の大きな爆発によって形成されますが、最もよく知られているのは核爆発後に発生するものです。重力や厚い大気がない場合、爆発物の副産物ガスは球形のままです。核兵器は通常、地上で爆発させられます（着弾時ではなく、着弾時に爆発するとエネルギーの一部が地表の揺れによって散逸してしまうため）。これは、球状に膨張する火球と爆風の効果を最大化するためです。爆発直後、火球は熱気球と同じ原理で上昇し始めます。
高温ガスが地面から十分に離れた後の動きを分析する一つの方法は、「球冠バブル」として扱うことである[ 5 ]。これは上昇速度と観測された直径の一致をもたらす。
上昇するにつれて、レイリー・テイラー不安定性が発生し、煙突の上昇気流のように空気が上方に引き込まれ、雲の中に流れ込みます。これにより、「後風」と呼ばれる強い気流が発生し、雲の先端部では高温ガスがトーラス状に回転します。爆発高度が十分に低い場合、これらの後風が地上の土砂や破片を引き寄せ、キノコ雲の幹を形成します。
高温ガスの塊が平衡レベルに達すると上昇は止まり、雲は特徴的なキノコ型に平らになり始める。この過程は、衰退する乱流による表面の成長によって促進されることが多い。
核爆発の瞬間、火球が形成される。上昇するほぼ球形の高温の白熱ガス塊は、大気との摩擦によって形状が変化し、火球の表面はエネルギー放射によって冷却され、球形から激しく回転する球状渦へと変化する。下層の冷たい空気が火球底部のガスを逆さカップ状に押し込むことで、レイリー・テイラー不安定性が生じる。これにより乱流と渦が発生し、中心部にさらに多くの空気を吸い込み、外部の余風を作り出し、火球をさらに冷却する。火球が冷却されるにつれて回転速度は低下し、後の段階では完全に停止することもある。兵器の蒸発した部分と電離した空気は冷却されて目に見えるガスとなり、雲を形成する。白熱した渦の中心部は黄色、次に濃い赤色になり、やがて白熱を失う。さらに冷却が進むと、大気中の水分が凝結して雲の大部分が満たされる。雲が上昇して冷えるにつれて、浮力は減少し、上昇速度は遅くなる。火球の大きさが大気密度スケールハイトと同程度であれば、雲全体が弾道的に上昇し、大量の過密度空気が最終的な安定高度よりも高い高度まで上昇する。これよりはるかに小さい火球は、浮力によって上昇する雲を生成する。
対流圏界面（強い静的安定性の領域の底）に達すると、雲は減速して広がる傾向があります。十分なエネルギーがあれば、中心部は標準的な雷雨の類似物として成層圏まで上昇し続ける可能性があります。[ 6 ]対流圏から成層圏へ上昇する空気の塊は、成層圏を貫通する激しい雷雨によって生成されるものとほぼ同じ音響重力波の形成につながります。対流圏界面を貫通する小規模な爆発は、超低周波音に分類される高周波の波を生成します。爆発は、低高度から大量の水分を含んだ空気を上昇させます。空気が上昇するにつれて、その温度は低下し、水蒸気は最初に水滴として凝結し、その後氷の結晶として凍結します。相変化によって潜熱が放出され、雲が加熱されてさらに高い高度へと移動します。雲の先端は、主に核分裂生成物やその他の兵器残骸エアロゾルなどの高放射性粒子で構成されており、通常は風によって拡散されますが、気象パターン（特に雨）によって放射性降下物が発生することがあります。[ 7 ]凝縮した水滴は徐々に蒸発し、雲は見かけ上消えます。しかし、放射性粒子は空気中に浮遊したままで、目に見えない雲は経路に沿って放射性降下物を撒き散らし続けます。
キノコ雲は形成過程でいくつかの段階を経る。[ 8 ]
雲の形状は、局地的な大気の状態と風のパターンによって影響を受けます。放射性降下物の分布は、主に風下方向のプルームです。ただし、雲が対流圏界面に達すると、その対流速度が周囲の風速よりも速いため、風に逆らって広がる可能性があります。対流圏界面では、雲の形状はほぼ円形で広がっています。放射性雲の初期の色は、最初にイオン化された窒素、酸素、および大気中の水分から形成される二酸化窒素と硝酸の存在により、赤色または赤褐色になることがあります。爆発の高温、高放射線環境では、オゾンも形成されます。1メガトンの収量ごとに約5,000トンの窒素酸化物が生成されると推定されています。[ 10 ]より高収量の爆発では、爆発から窒素酸化物が大気圏のかなり高いところまで運ばれ、オゾン層の著しい減少を引き起こす可能性があります。黄色やオレンジ色も報告されています。この赤みがかった色合いは、火球が冷えるにつれて高速で流れる空気から凝結する水/氷の雲の白色と、上昇気流に吸い込まれた煙や破片の暗い色によって後に覆い隠されます。オゾンは爆発にコロナ放電のような特徴的な臭いを与えます。[ 11 ]
キノコ雲内の放射線の分布は、爆発の威力、兵器の種類、核融合・核分裂比、爆発高度、地形の種類、天候によって変化する。一般的に、威力の低い爆発では、放射能の約90%がキノコ雲の頭部に、10%が茎部に集中する。対照的に、メガトン級の爆発では、放射能の大部分がキノコ雲の下部3分の1に集中する傾向がある。放射性降下物は、乾燥した灰のような薄片として、または目に見えないほど小さな粒子として現れることがある。後者の場合、粒子は雨によって沈着することが多い。皮膚に沈着した大量の新しい、より放射性の高い粒子はベータ熱傷を引き起こす可能性があり、多くの場合、被曝した動物の背中に変色した斑点や病変として現れる。 [ 13 ]キャッスル・ブラボー実験の放射性降下物は白い粉塵のように見え、ビキニ雪というニックネームが付けられた。小さな白い薄片は雪の結晶に似ており、表面に付着し、塩味があった。ウィグワム作戦では、放射性降下物の41.4%が不規則な不透明粒子、25%強が透明部分と不透明部分のある粒子、約20%が微細な海洋生物、2%が起源不明の微細な放射性糸で構成されていた。[ 14 ]
地表および地表付近での空中爆発では、空中に舞い上がる破片の量は爆発高度の上昇とともに急速に減少します。爆発高度が約 7 メートル/キロトン1/3ではクレーターは形成されず、それに伴い発生する塵や破片の量も少なくなります。放射性降下物減少高度は、それより上では主に微細な火球凝縮物で構成される高度で、約 55 メートル/キロトン 0.4 です。[7] しかし、これらの爆発高度でも、他のメカニズムによって放射性降下物が形成される可能性があります。空中爆発では白い蒸気状の茎が生成されますが、地表爆発では大量の塵、土、土壌、破片がキノコ雲に吸い込まれるため、灰色から茶色の茎が生成されます。地表爆発では、爆弾とそのケーシングに加えて地面からの放射性物質を含む暗いキノコ雲が生成され、そのため、より大きな粒子が局所的に容易に沈着し、より多くの放射性降下物が生成されます。
地上高くでの爆発は、茎のないキノコ雲を発生させる可能性がある。特定の条件下では、2つのレベルを持つ二重キノコ雲が形成されることがある。例えば、バスタージャングルシュガーショットは、爆発によって最初の頭部を形成し、続いて、高温で新たに形成されたクレーターからの熱によって別の頭部が生成された。[ 14 ]
地表よりかなり下、あるいは水深の深い場所での爆発（例えば、核爆雷）では、爆発によって大量の土や水が蒸発し、泡ができてそれが崩壊するため、キノコ雲は発生しません。浅い地下爆発の場合は、陥没クレーターが形成されます。水面近くの水中爆発では、水柱が発生し、それが崩壊してカリフラワーのような形になることがありますが、これはキノコ雲と間違えやすいです（クロスロード・ベイカー実験の有名な写真など）。浅い地下爆発では、キノコ雲とベースサージという2つの異なる雲が発生します。大気中に放出される放射線の量は、爆発深度が増すにつれて急速に減少します。
雲には主に3種類の物質が含まれています。兵器の残骸とその核分裂生成物、地表から採取された物質（放射性降下物低減高度より低い爆発高度でのみ重要であり、これは兵器の威力に依存します）、そして水蒸気です。雲に含まれる放射線の大部分は核分裂生成物であり、兵器物質、空気、地表の残骸からの放射化中性子はごくわずかです。中性子の放射化は爆発の瞬間に発生する中性子バースト中に始まり、この中性子バーストの飛程は、中性子が地球の大気を通過する際の吸収によって制限されます。
熱核兵器は、その出力の大部分を核融合によって生み出します。核融合生成物は通常、非放射性です。したがって、放射性降下物の発生量は、キロトン核分裂で測定されます。ツァーリ・ボンバは、50メガトンの出力の97%を核融合によって生み出しましたが、その出力の兵器に通常期待されるものと比較して非常にクリーンな兵器でした（それでも、出力の1.5メガトンは核分裂によって生み出されました）。これは、核融合タンパーがウラン238ではなく鉛でできていたためです。そうでなければ、出力は100メガトンで、そのうち51メガトンが核分裂によって生み出されたでしょう。もしツァーリ・ボンバが地表または地表付近で爆発した場合、その放射性降下物は、すべての核兵器実験による放射性降下物の合計の実に4分の1を占めることになります。
火球の初期段階では、兵器の原子、その核分裂生成物、および周囲の大気ガスのみからなる高度に電離したプラズマが含まれています。プラズマが冷えると、原子が反応して微細な液滴を形成し、その後酸化物の固体粒子を形成します。粒子は合体してより大きな粒子となり、他の粒子の表面に付着します。より大きな粒子は通常、雲の中に吸い込まれた物質に由来します。雲がまだ十分に高温で粒子を溶かすことができるときに吸い込まれた粒子は、その体積全体で核分裂生成物と混ざり合います。より大きな粒子の表面には溶融した放射性物質が付着します。雲の温度が十分に低くなった後に雲の中に吸い込まれた粒子は、著しく汚染されることはありません。兵器のみから生成された粒子は十分に微細であるため、長時間空中にとどまり、広範囲に拡散して希釈され、危険なレベルにはなりません。地上の破片を巻き上げない高高度爆発、あるいは十分に冷却された後にのみ塵を巻き上げ、そのため粒子中の放射性成分が少ない爆発は、より大きな放射性粒子を生成する低高度爆発に比べて、局所的な放射性降下物の程度がはるかに小さい。
凝縮生成物の濃度は、微粒子と、より大きな粒子の表面に堆積した層で同じである。1 キロトンの生産量あたり、約100kgの微粒子が形成される。微粒子の体積、ひいてはその活性は、より大きな粒子の表面に堆積した層の体積よりもほぼ3桁低い。高高度爆破の場合、主な粒子形成過程は凝縮とその後の凝集である。低高度爆破および地表爆破（土壌粒子が関与する）の場合、主な過程は異物粒子への堆積である。
低高度爆発では、1メガトンの収量あたり100トンの粉塵を含む雲が発生する。地上爆発では、その約3倍の量の粉塵を含む雲が発生する。地上爆発の場合、1キロトンの収量あたり約200トンの土壌が溶融し、放射線に接触する。[ 9 ]火球の体積は、地表爆発でも大気爆発でも同じである。前者の場合、火球は球ではなく半球であり、それに伴い半径も大きくなる。[ 9 ]
粒子のサイズは、サブマイクロメートルおよびマイクロメートルサイズ（火球内のプラズマの凝縮によって生成される）から、10～500マイクロメートル（爆風によって攪拌され、余風によって巻き上げられた表面物質）、ミリメートル以上（クレーター噴出物）まで多岐にわたります。粒子のサイズと、それらが運ばれる高度によって、大気中での滞留時間が決まります。大きな粒子は乾燥降水を受けやすいためです。小さな粒子も、雲の中で凝結する水分、または雲が雨雲と交差することによって、降水によって除去されることがあります。雨によって運ばれる降下物は、雨雲の形成中に除去された場合はレインアウト、すでに形成された落下する雨滴に吸収された場合はウォッシュアウトと呼ばれます。 [ 15 ]
空中爆発からの粒子は、通常サブマイクロメートル範囲で、10～25マイクロメートルより小さい。それらは主に酸化鉄で構成され、少量の酸化アルミニウム、ウラン、プルトニウム酸化物が含まれる。1～2マイクロメートルより大きい粒子は非常に球形で、気化した物質が凝縮して液滴になり、その後固化したものに対応する。放射能は粒子の体積全体に均一に分布しており、粒子の総放射能は粒子の体積に線形的に依存する。[ 9 ]放射能の約80%は、火球がかなり冷えてから凝縮する揮発性の高い元素に存在する。たとえば、ストロンチウム90は凝縮してより大きな粒子に合体する時間が短くなり、空気とより小さな粒子の体積内での混合度が高くなる。[ 16 ]爆発直後に生成される粒子は小さく、放射能の90%は300ナノメートルより小さい粒子に存在する。これらは成層圏エアロゾルと凝集する。凝集は対流圏でより広範囲に及び、地表付近では、300 nmから1 μmの粒子に最も多くの活性が見られる。凝集は粒子形成時の同位体分別過程を相殺し、同位体分布を均一化する。
地上および低高度での核爆発の場合、雲には蒸発、溶融、融合した土壌粒子が含まれる。粒子内の放射能分布は、その形成過程によって異なる。蒸発凝縮によって形成された粒子は、空中核爆発粒子と同様に、体積全体に放射能が均一に分布している。より大きな溶融粒子では、核分裂生成物が外層に拡散しており、十分に加熱されずに蒸発物質または捕捉液滴と接触し、固化する前に溶融した非溶融粒子には、表面に比較的薄い高放射能物質の層が堆積している。このような粒子の組成は、土壌の性質、通常はケイ酸塩鉱物から形成されたガラス状の物質に依存する。粒子の大きさは、収量ではなく土壌の性質に依存する。これは、粒子が土壌の個々の粒子またはその集合体に基づいているためである。 2種類の粒子が存在する。1つは球形で、土壌の完全な蒸発凝縮または少なくとも融解によって形成され、放射能が体積全体に均一に分布している（または、0.5～2 mmのより大きな粒子の場合は、不活性コアの体積が10～30%ある）。もう1つは、火球の縁で土壌粒子が融合して形成された不規則な形状の粒子で、放射能は薄い表面層に沈着している。大きな不規則な粒子の量はごくわずかである。[ 9 ]海上または海中での爆発によって形成された粒子には、短寿命の放射性ナトリウム同位体と海水中の塩が含まれる。溶融シリカは金属酸化物の非常に優れた溶媒であり、小さな粒子を容易に除去する。シリカを含む土壌の上での爆発は、体積全体に同位体が混ざった粒子を生成する。対照的に、炭酸カルシウムを主成分とするサンゴの破片は、放射性粒子を表面に吸着する傾向がある。[ 16 ]
元素は揮発性が異なるため、粒子形成中に分画される。耐火性元素（Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm）は沸点の高い酸化物を形成する。これらは最も速く析出し、粒子が凝固する温度1400 ℃では完全に凝縮していると考えられる。揮発性元素（Kr、Xe、I、Br）はこの温度では凝縮しない。中間元素（Rb、Cs、Mo、Ru、Rh、Tc、Sb、Te）は、その元素（またはその酸化物）の沸点が粒子の凝固温度に近い。火球中の元素は、温度が特定の酸化物の分解温度を超えない限り、酸化物として存在する。耐火性の低い生成物は、凝固した粒子の表面に凝縮する。気体状の前駆物質を持つ同位体は、崩壊によって生成される際に、粒子の表面で固化する。
最も大きく、したがって最も放射能の高い粒子は、爆発後最初の数時間で放射性降下物として沈着します。より小さな粒子はより高い高度に運ばれ、よりゆっくりと降下し、半減期が最も短い同位体が最も速く崩壊するため、放射能の低い状態で地上に到達します。最も小さな粒子は成層圏に到達し、数週間、数ヶ月、あるいは数年間そこに留まり、大気の流れによって地球の半球全体を覆う可能性があります。危険度が高く、短期的で局所的な放射性降下物は、風の強さと方向が一定であると仮定すると、主に爆発地点の風下側の葉巻状の領域に沈着します。横風、風向の変化、降水は、放射性降下物のパターンを大きく変える可能性のある要因です。[ 17 ]
キノコ雲における水滴の凝縮は、凝縮核の量に依存する。凝縮核が多すぎると、粒子が比較的少ない水蒸気をめぐって競合するため、実際には凝縮が阻害される。元素とその酸化物の化学反応性、イオン吸着特性、化合物の溶解度は、大気からの沈着後の環境における粒子分布に影響を与える。生物蓄積は、生物圏における放射性同位元素の拡散に影響を与える。
放射性降下物の主な危険性は、放射能の大部分を占める短寿命放射性同位体からのガンマ線です。爆発後24時間以内に、放射性降下物のガンマ線レベルは60分の1に低下します。長寿命放射性同位体、典型的にはセシウム137とストロンチウム90は、長期的な危険性をもたらします。放射性降下物粒子からの強いベータ線は、爆発直後に放射性降下物に接触した人や動物にベータ火傷を引き起こす可能性があります。粒子を摂取または吸入すると、アルファ線とベータ線の内部被ばくが生じ、癌を含む長期的な影響につながる可能性があります。大気への中性子照射は、主に長寿命の炭素14と短寿命のアルゴン41として、少量の放射能を生成します。海水における誘導放射能に最も重要な元素は、ナトリウム24、塩素、マグネシウム、臭素です。地中爆発の場合、懸念される元素はアルミニウム-28、ケイ素-31、ナトリウム-24、マンガン-56、鉄-59、コバルト-60である。
爆弾のケーシングは、中性子によって活性化された放射性同位体の重要な発生源となり得る。爆弾、特に熱核兵器における中性子束は、高閾値核反応を起こすのに十分である。誘導される同位体には、コバルト60、57、58、鉄59、55、マンガン54、亜鉛65、イットリウム88、そしておそらくニッケル58、62、ニオブ63、ホルミウム165、イリジウム191、および短寿命のマンガン56、ナトリウム24、ケイ素31、アルミニウム28が含まれる。ユーロピウム152および154、ならびにロジウム102の2つの核異性体が存在する可能性がある。ハードタック作戦中、タングステン185、181、187、およびレニウム188は、特定の爆発によって発生した放射性降下物を識別できるように、トレーサーとして爆弾のケーシングに添加された元素から生成されました。アンチモン124、カドミウム109、およびカドミウム113mもトレーサーとして言及されています。[ 9 ]
最も重要な放射線源は、一次核分裂段階からの核分裂生成物であり、核分裂・核融合・核分裂兵器の場合は、核融合段階のウランタンパーの核分裂によるものです。熱核爆発では、純粋な核分裂収量と比較して、単位エネルギーあたりに放出される中性子の数がはるかに多く、核分裂生成物の組成に影響を与えます。例えば、ウラン237は、ウラン238からの(n,2n)反応によって生成されるため、熱核爆発の特異な指標となります。この反応に必要な最小限の中性子エネルギーは約5.9 MeVです。相当量のネプツニウム239とウラン237は、核分裂・核融合・核分裂爆発の指標となります。ウラン240も少量生成され、個々の原子核による多数の中性子の捕獲により、アインスタイニウム255やフェルミウム255などのより高次の超ウラン元素が少量ながら検出可能な量で生成される。 [ 9 ]
重要な核分裂生成物の1つは、放射性希ガスであるクリプトン-90です。これは雲の中で容易に拡散し、半減期が33秒と3分のルビジウム-90とストロンチウム-90に2回崩壊します。希ガスの非反応性と急速な拡散により、局所的なフォールアウト中のSr-90が減少し、それに伴い遠隔地のフォールアウト中のSr-90が濃縮されます。[ 18 ]
粒子の放射能は時間とともに減少し、異なる同位体は異なる時間間隔で重要な役割を果たす。土壌活性化生成物の場合、最初の15分間はアルミニウム28が最も重要な寄与物質となる。マンガン56とナトリウム24がそれに続き、約200時間後まで続く。鉄59は300時間後に続き、100～300日後にはコバルト60が重要な寄与物質となる。
放射性粒子はかなりの距離まで運ばれることがある。トリニティ実験の放射線はイリノイ州の豪雨で洗い流された。これは、イーストマン・コダックが中西部で製造された段ボール包装によってX線フィルムが曇っていることを発見したときに推測され、その発生源が特定された。予期せぬ風がキャッスル・ブラボーの放射性降下物の致死量をロンゲラップ環礁に運び、避難を余儀なくさせた。予測された危険区域外にあった日本の漁船「大吾福竜丸」の乗組員も影響を受けた。世界中の放射性降下物からストロンチウム90が発見されたことが、後に部分的核実験禁止条約につながった。[ 16 ]
爆発後最初の数秒間の強烈な放射線により、火球からかなり離れた場所まで、形成中のキノコ雲の先端を囲むように、電離した酸素と窒素の青紫色の光である蛍光のオーラが観測されることがある。 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] この光は夜間や弱い日光の下で最も見やすい。[ 7 ] 光の明るさは爆発からの経過時間とともに急速に減少し、数十秒後にはかろうじて見える程度になる。[ 22 ]
核爆発のキノコ雲には、しばしば「ウィルソン雲」、凝縮雲、または蒸気リングなどと呼ばれる短命の蒸気雲が伴います。衝撃波面の後ろの正の過圧に続く「負の位相」は、周囲の媒体の急激な希薄化を引き起こします。この低圧領域は断熱的な温度低下を引き起こし、空気中の水分が爆発を取り囲む外向きに移動する殻の中で凝縮します。圧力と温度が正常に戻ると、ウィルソン雲は消散します。[ 23 ] 1946年にビキニ環礁で行われたクロスロード作戦の核実験を観察していた科学者たちは、その一時的な雲がウィルソン霧箱に視覚的に似ていることから「ウィルソン雲」と名付けました。霧箱は、急激な圧力低下による凝縮を利用して、帯電した素粒子の軌跡をマークします。後の核爆弾実験の分析者は、「ウィルソン雲」よりも「凝縮雲」というより一般的な用語を好んで使用しました。
同様の結露現象は、高湿度条件下で低高度を飛行するジェット機の翼の上部にも見られることがあります。翼の上面は曲面です。ベルヌーイの法則によれば、曲率（および空気速度の増加）によって気圧が低下します。この気圧低下によって冷却が起こり、空気が露点以下まで冷えると、空気中の水蒸気が凝結して水滴となり、白い雲として見えるようになります。専門的に言えば、「ウィルソン雲」は空気力学におけるプラントル・グラウエルト特異点の一例でもあります。
衝撃波の形状は高度による音速の変化に影響され、大気のさまざまな層の温度と湿度がウィルソン雲の外観を決定します。火球の周囲または上方に凝結リングが見られるのはよくある特徴です。火球の周囲のリングは安定し、上昇する幹の周囲のリングになることがあります。高出力の爆発は激しい上昇気流を引き起こし、空気速度は時速300マイル（480 km/h）に達することがあります。高湿度の空気の巻き込みとそれに伴う気圧と温度の低下が組み合わさって、幹の周囲にスカートとベルが形成されます。水滴が十分に大きくなると、それらが形成する雲の構造は下降するのに十分な重さになることがあります。このようにして、上昇する幹の周囲に下降するベルが形成されることがあります。大気中の湿度の層状構造は、球状の雲ではなく凝結リングの出現の原因であり、上昇気流が層流を引き起こすため、キノコ雲の茎に沿った凝結構造の形状にも影響を与えます。雲の頂上付近でも同じ効果があり、上昇する雲の膨張によって暖かく湿った低高度の空気の層が冷たい高高度の空気に押し上げられ、まず空気中の水蒸気が凝結し、次にその結果生じた水滴が凍結して氷冠（または氷冠）が形成されます。氷冠は、外観と形成メカニズムの両方においてスカーフ雲に似ています。
その結果生じる複合構造は非常に複雑になることがある。キャッスル・ブラボー雲は、発達の様々な段階において、4つの凝結リング、3つの氷冠、2つのスカート、そして3つの鐘状構造を有していた。
