Почему именно атомные бомбы взрываются?

Я не понимаю, почему именно это приводит к мощному взрыву, а не просто к всплеску ионизирующего излучения.

Это излучение, составляющее большую часть исходной энергии ядерного оружия, быстро поглощается окружающим веществом. Последний, в свою очередь, почти мгновенно нагревается до чрезвычайно высокой температуры, поэтому вы почти мгновенно создаете шар из плазмы с чрезвычайно высокой кинетической энергией. Это, в свою очередь, означает колоссальный рост давления, и именно это давление вызывает взрывную волну.

Тот же аргумент применим к нейтронам и другим фрагментам деления / продуктам синтеза, непосредственно образующимся в результате реакции. Но именно первоначальный всплеск радиации в подавляющем большинстве случаев создает огненный шар при атмосферной детонации, и огненный шар расширяется, создавая большую часть взрывной волны.

В бомбе имплозивного деления основная часть ядерных реакций (100 ГДж) происходит в последнюю микросекунду — это огромная мощность —$10^{17}$Вт. Эта мощность сбрасывается в спрессованную яму Pu, которая весит несколько килограммов при плотности 100 г/см^3, и это мало.

Ядерный материал нагревается до чрезвычайно высокой температуры, десятков миллионов К, — это черное тело излучает (рентгеновское излучение) на ближайший материал: «холодные» компоненты бомбы (воздух кавычки, потому что они только что были задействованы в обычном взрыв). Они нагреваются до меньшей температуры, которую черное тело излучает изотропно, нагревая материал дальше от бомбы. Обратите внимание, что атмосфера непрозрачна для этих рентгеновских лучей, поэтому процесс радиационной диффузии продолжается на несколько сотен метров. Это называется огненный шар — все дело в фотонах и диффузии излучения. По мере того как он рассеивается наружу, в какой-то момент он становится медленнее ударной волны, так что от огненного шара отделяется ударная волна, температура которой сейчас составляет порядка нескольких сотен тысяч К. (На фотографиях огненного шара в первые несколько миллисекунд, когда это 100'

Ударная волна нагревает воздух при прохождении, но он не такой горячий, как огненный шар. Это по крайней мере 50 000 К, может быть 100 000 К - так что это по крайней мере так же ярко, как молния - но это не временно, и оно может охватывать гораздо больший телесный угол - отсюда феноменальное тепловое повреждение. Тем не менее, он значительно холоднее, чем материал позади него.

По мере распространения ударная волна ослабевает и, в конце концов, больше не нагревает воздух до яркого свечения — в этот момент традиционный огненный шар достигает своего максимального размера. (Я говорю традиционный, потому что это то, что мы видим в кадрах испытаний, но его следует отличать от исходного огненного шара, который радиационно рассеивает фотоны с добавлением некоторого количества плазмы — и излучение является доминирующим способом передачи энергии, даже несмотря на то, что корпус бомбы может иметь гиперзвуковую скорость.)

Теперь при воздушном взрыве ударная волна, отраженная от земли, движется через нагретый воздух и, таким образом, быстрее, чем прямая ударная волна: она догоняет, и они объединяются, создавая более мощный удар, называемый стеблем Маха. Это приводит к взрывным повреждениям, поскольку плавучие силы поднимают огненный шар, создавая печально известное грибовидное облако.

Для таких испытаний, как Starfish Prime, которые проводились в космосе — первоначальное рентгеновское излучение (очень жесткое рентгеновское излучение) от компонентов бомбы не поглощается воздухом — оно продолжается в верхних слоях атмосферы, где широкомасштабное комптоновское рассеяние создает огромное и внезапное течение, приводящее к ЭМИ континентального масштаба.

Уточнение: поскольку ОП спрашивал о формировании ударной волны - как указывали другие, повышение температуры приводит к огромному давлению, что приводит к ударной волне, но не образуется в огненном шаре - диффузия излучения сначала намного быстрее — и только когда огненный шар вырывается наружу, ударная волна отделяется от него.

Самый простой способ ответить на это — направить вас к объяснению продуктов ядерного деления и их энергетических компонентов. Вы правы, думая, что выделяется ионизирующее излучение. Однако это лишь малая часть энерговыделения. Для U235 энергия, выделяемая при одном делении, составляет около 195 МэВ. Из них 170 МэВ приходится на кинетическую энергию двух осколков деления (в большинстве случаев физика хорошо ограничивается двумя осколками). Еще 12 МэВ приходится на кинетическую энергию испускаемых нейтронов, что может вызвать самовоспроизводящуюся цепную реакцию. В испускаемом гамма-излучении содержится всего около 8 МэВ. Генерируемое тепло тогда происходит из-за передачи кинетической энергии при столкновениях с другим веществом. Поскольку большая часть начального выделения энергии происходит в течение 10E-12 секунд после поглощения начального нейтрона, и столкновения начинаются вскоре после этого, выделение тепла начинается в течение долей секунды. Далее следуют расширение плазмы, повышение давления и взрывная волна.

Ударная волна создается, когда высокие температуры взрыва испаряют окружающий материал, что приводит к его быстрому расширению.