원자폭탄 버섯핵구름 Mushroom shaped Nuclear Atomic Explosion Cloud

프랑스가 태평양에서 한 핵 실험의 모습. 뚜렷하고 좌우대칭인 버섯구름이 형성되었다.

1. 개요
대규모 폭발이 발생했을 때 생기는 버섯 모양의 구름. 보통 핵무기 폭발시 관측할 수 있기 때문에 핵무기 폭발의 상징이기도 하다. 미국이 비키니 섬 핵실험을 할 당시 버섯을 닮았다 하여 'Mushroom Cloud'라 부른 데서 유래했다.

핵폭발로 생긴 버섯구름들의 사진을[1] 보면 옆에 연기 기둥 같은 게 보이는 경우가 있는데, 폭발로 대기가 어떻게 움직이는가를 연기의 흐름을 통해 분석하기 위해서 일부러 만들어 놓은 것이다. EMP 효과와는 관계없다.



2. 원리
핵무기처럼 강력한 폭발이 발생하면 폭심지 주변의 산소는 모두 연소되고, 주변 공기들 또한 폭발의 압력으로 충격파를 일으키며 주변부로 밀려난다. 즉, 폭발 때문에 생기는 화구[2]는 폭발력으로 밀어내는 힘과 폭심지에서 밀려난 주변 대기가 누르는 힘이 균형이 맞춰지는 크기에서 결정된다. 폭발이 끝나면 그 크기가 급격히 줄어드는데, 이렇게 되면 이전에 화구가 차지했던 공간은 일시적으로 진공이 된다. 이 공간을 주변부의 공기들이 빠르게 채우기 시작하면서 폭심지 안쪽으로 모이는 기류가 발생, 지상 부분의 폭발 연기가 마치 기둥처럼 보이는 현상을 일으킨다. 폭발 반응을 일으키고 남은 성분들은 보통 고온일수록 밀도가 낮은 기체의 특성으로 위로 올라가는데,[3] 폭심지로 빨려드는 공기의 영향을 받지 않는 고도까지 올라간 다음 반구 모양을 그리며 사방으로 퍼져나간다. 지상 근처에서는 지상에서 일어난 대량의 먼지구름이 사방으로 퍼진다.

오퍼레이션 캐슬의 '양키' 실험에서 형성된 버섯 구름의 모습. 주위에 Wilson cloud 고리가 보인다.

버섯구름 주변으로 고리모양 구름이 생기는 경우가 있는데[4], 이는 폭심지 주변 수증기가 폭발의 영향으로 압축되며 형성되는 것이다.



3. 특징
버섯 구름을 본다고 안구가 손상된다든가 하는 것은 사실이 아니다. 핵폭발 직후에는 화구가 생긴다. 이 화구의 밝기는 두 번의 피크를 가지는데, 강도가 엄청나기에 이 시간[5] 동안 화구가 발산하는 빛에 직접 노출되면 화상을 입고, 화구를 직접 바라볼 때에는 실명할 수 있다. 태양을 가까운 거리에서 직접 본다고 생각하면 된다.

버섯구름 자체는 폭발 후 대류 현상이 일어나면서 일어나는 것으로, 이미 그 단계면 빛나기는 하지만 인체에 피해를 줄 정도는 아니다. 심지어 미국이나 소련, 영국의 핵 실험에서는 사람이 조종하는 비행기들이 기폭 후 1분 이상 지난 버섯구름을 지나가며 방사능 샘플을 수집하기도 했다. [6]

매우 원거리에 자외선 차폐물이 있다면 직접 볼 수도 있는데, 리처드 파인만이 실증한 바 있다. 그는 자동차 유리 한 장을 사이에 두고 봤다. 동료 과학자들은 혹시 눈을 잃을까 겁을 먹어 검게 그을린 유리로 보고 있었다. 물론 이것은 30km가 넘는 거리였기에 가능한 것이고, 그보다 가까운 거리였으면 가시광선만으로도 영구적인 시력 손상이 확정이다.. 상술하였듯 매우 근거리라면 가시광선만으로도 피부에 3도 화상을 입을 수 있다.

또한 버섯구름은 지구처럼 대기권이 두꺼운 경우에만 발생한다. 달이나 우주 공간 등 대기가 없으면 구름이 생길 리가 없고, 핵폭발로 발생한 뜨거운 열기가 급하게 상승하면서 일종의 구름을 형성하는 것이기 때문이다.

볼트 보이 항목에서처럼 핵폭발이 일어났을 때 버섯 구름이 팔을 쭉 뻗었을 때의 엄지손가락 크기만큼 정도면 일단 그 사람은 방사선 피폭 위험 범위 안에 있는 것이다는 주장이 있지만 사실이 아니다. 다만 군 화생방 교본엔 손가락과 손바닥을 사용해 버섯구름의 크기를 재서 핵폭발 지역까지의 거리를 재는 방법이 실려 있다.

폭발의 규모가 클수록 버섯구름의 형태도 제대로 갖춰진 모습이 나타난다. 핵폭발 시의 버섯구름이 유명한 이유 중 하나가 바로 이것으로, 핵폭발의 버섯구름이 유난히 형태가 확실한 데다 핵무기 자체가 임팩트가 워낙 강해 그런 식으로 사람들의 뇌리에 박힌 것.

원자폭탄 버섯구름

[1] 트리니티 실험
[2] 차르 봄바 항목을 참고하면 좋다.
[3] 분진은 고온의 기체 성분에 떠밀려 올라간다.
[4] 특히 1Mt급 이상의 수소폭탄은 구름이 올라가는 동안, 여전히 뜨거운 상태에 있기 때문에 주변 수증기를 데울 만큼 충분한 열을 가지고 있기 때문이다. 재래식은 온도가 그리 높지 않기 때문에 발생 자체가 어렵고, 원자폭탄에서는 위력이 작아 고리가 미미하게 생성되는 정도에 그친다.
[5] 핵무기의 규모에 따라 다르지만 1초 미만에서 10초 이상
[6] 물론 방사선이 그 시점에서는 수 Sv/h 미만이고, 비행기는 밀폐되어 있기에 건강에 즉각적 영향은 없었겠지만, 장기적으로는 있었을 수도 있다.