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ロープトリックとは、アメリカの核物理学者ジョン・マリックが、核爆発の火球から特定の条件下で爆発直後に付けた名称である。 [ 1 ] [ 2 ]
隣の写真には、2つの珍しい現象が写っている。1つは火球の底部から突き出た明るい突起、もう1つは膨張する火球の表面に見られる独特な斑点模様である。
火球の表面は2万ケルビンを超える高温で、太陽表面の100倍以上の強度を持つ大量の可視光線を放出する。その領域にある固体はすべて光を吸収し、急速に加熱される。火球の底から突き出る「ロープトリック」は、爆弾塔の頂上にある爆発装置を収容する筐体であるショットキャブから地面まで伸びる支線が加熱され、急速に蒸発し、膨張することによって生じる。マリクは、支線を黒く塗るとスパイクの形成が促進され、反射塗料で塗ったりアルミホイルで包んだりするとスパイクが見られないことを観察した。これは、高強度の可視光線にさらされることによって誘発されるロープの加熱と蒸発が、この効果を引き起こすという仮説を裏付けるものである。支線がないため、地表爆発試験、自由飛行兵器試験、地下試験では「ロープトリック」効果は観察されなかった。[ 1 ]
表面の斑点の原因は、より複雑です。爆発直後の数マイクロ秒の間に、爆発過程で放出された膨大な数の熱X線によって、爆弾の周囲に火球が形成されます。これらのX線は、通常の大気中では空気中の分子と反応する前に遠くまで進むことができないため、結果として直径約10メートル（33フィート）以内に急速に形成された火球は拡大しません。これは「放射駆動型」火球として知られています。
放射性火球の内部では、核反応によって発生した熱により爆弾自体が急速に膨張しています。この膨張は超音速で外側に向かって進み、外縁部に流体力学的衝撃波を発生させます。しばらくすると、この衝撃波面は最初の放射性火球に到達し、それを追い越します。衝撃波は非常に大きなエネルギーを含んでいるため、空気中で発生する圧縮加熱によって光り輝きます。隣の写真に写っている爆発の時点では、衝撃波面は元の放射性火球を追い越しており、その大きさは約2倍になっています。
爆発後最初の数マイクロ秒で、爆弾のケーシングとショットキャブは破壊され、蒸発します。これらの蒸気は、衝撃波面よりも速い、毎秒数十キロメートルという非常に高速に加速されます。しかし、この加速は短時間で起こるため、物質は最終的に衝撃波面よりも速く移動するにもかかわらず、衝撃波面の後ろに閉じ込められます。さまざまな明暗の斑点は、衝撃波面の後方に飛び散る物質の蒸気密度の変化によって生じます。爆弾のコア周辺の質量分布の不規則な変化が、まだら模様の塊のような外観を作り出します。[ 3 ]
数ミリ秒後には、衝撃波面のエネルギーは空気を白熱させるほど強くなくなる。その時点で衝撃波面は見えなくなり、この現象は「ブレークアウェイ」と呼ばれる。そのため、この境界を超えた衝撃波の診断は困難になる。
核実験の写真には、片側に多数の垂直なロープ状の線が写っていることが多い。これらは通常、発射の数秒前に打ち上げられた小型の観測ロケットが残す煙の軌跡によって作られる。これらの軌跡の目的は、目に見えない衝撃波の通過を記録することであり、衝撃波は空気をレンズのように圧縮することで煙に明らかな視覚効果をもたらす。これは必ずしもロープトリック効果と物理的に関連しているわけではないが、写真によっては両者を混同する可能性がある。タンブラー・スナッパー実験の写真では、右下隅の垂直線は煙の軌跡ではなく、爆風線ポールである。[ 4 ]
この写真は、EG&G社が製造したラパトロニックカメラ（ハロルド・エジャートンとその同僚が発明した高速カメラ）で撮影された。[ 5 ]各カメラは、1枚のフィルムに1回の露光しか記録できなかった。タイムラプスシーケンスを作成するために、4台から10台のカメラをバンクに配置し、高速で連続して写真を撮影した。平均露光時間は3マイクロ秒だった。
ウィキメディア・コモンズにあるロープトリック効果に関するメディア