سحابة الفطر

لحظة الانفجار النووي، تتشكل كرة نارية. تتغير كتلة الغازات الساخنة المتوهجة ، الصاعدة ذات الشكل الكروي تقريبًا ، بفعل الاحتكاك الجوي، ويبرد سطحها بفعل الإشعاع، متحولًا من كرة إلى دوامة كروية تدور بعنف. يتشكل عدم استقرار رايلي-تايلور عندما يدفع الهواء البارد في الأسفل غازات الكرة النارية السفلية إلى شكل كوب مقلوب. يتسبب هذا في اضطراب ودوامة تسحب المزيد من الهواء إلى المركز، مما يخلق رياحًا خلفية خارجية ويزيد من تبريد الكرة النارية. تتباطأ سرعة الدوران مع تبريد الكرة النارية، وقد تتوقف تمامًا خلال المراحل اللاحقة. تبرد الأجزاء المتبخرة من السلاح والهواء المتأين إلى غازات مرئية، مكونة سحابة؛ يصبح لب الدوامة الأبيض الساخن أصفر، ثم أحمر داكن، ثم يفقد توهجه المرئي. مع استمرار التبريد، يمتلئ الجزء الأكبر من السحابة مع تكثف رطوبة الغلاف الجوي. مع صعود السحابة وبرودتها، يقلّ طفوها ، ويتباطأ صعودها. إذا كان حجم كرة اللهب مماثلاً لارتفاع مقياس كثافة الغلاف الجوي ، فسيكون صعود السحابة بأكمله قذفيًا ، متجاوزًا حجمًا كبيرًا من الهواء عالي الكثافة إلى ارتفاعات أعلى من ارتفاع الاستقرار النهائي. أما كرات اللهب الأصغر حجمًا بكثير فتُنتج سحبًا يكون صعودها خاضعًا لقوة الطفو.

بعد وصول السحابة إلى التروبوبوز (أسفل منطقة الاستقرار الساكن القوي)، تميل إلى التباطؤ والانتشار. إذا كانت تحتوي على طاقة كافية، فقد يستمر الجزء المركزي منها في الارتفاع إلى الستراتوسفير كما هو الحال في العواصف الرعدية التقليدية . ^{[ 6 ]} يؤدي صعود كتلة من الهواء من التروبوبوز إلى الستراتوسفير إلى تكوين موجات صوتية جاذبة ، تكاد تكون مطابقة لتلك التي تُحدثها العواصف الرعدية الشديدة التي تخترق الستراتوسفير. تُولّد الانفجارات الأصغر حجمًا التي تخترق التروبوبوز موجات ذات تردد أعلى، تُصنف على أنها موجات تحت صوتية . يرفع الانفجار كمية كبيرة من الهواء المحمّل بالرطوبة من ارتفاعات منخفضة. مع ارتفاع الهواء، تنخفض درجة حرارته ويتكثف بخار الماء فيه أولًا على شكل قطرات ماء، ثم يتجمد لاحقًا على شكل بلورات جليدية. يُطلق هذا التغير في الحالة حرارة كامنة ، مما يُسخن السحابة ويدفعها إلى ارتفاعات أعلى. تتكون رؤوس السحب من جسيمات شديدة الإشعاع ، معظمها نواتج انشطار وهباء جوي من مخلفات الأسلحة، وعادةً ما تتشتت بفعل الرياح، مع أن أنماط الطقس (وخاصةً الأمطار) قد تُنتج تساقطًا نوويًا . ^{[ 7 ]} تتبخر قطرات الماء المتكثفة تدريجيًا، مما يؤدي إلى اختفاء السحابة ظاهريًا. ومع ذلك، تبقى الجسيمات المشعة عالقة في الهواء، وتستمر السحابة غير المرئية في ترسب التساقط على طول مسارها.

تمر سحابة الفطر بعدة مراحل من التكوين. ^{[ 8 ]}

• في المراحل المبكرة ، أي خلال العشرين ثانية الأولى تقريباً، تتشكل كرة اللهب وتختلط نواتج الانشطار بالمواد المتصاعدة من الأرض أو المقذوفة من الفوهة. ويحدث تكثف التربة المتبخرة في الثواني القليلة الأولى، ويكون في ذروته عندما تتراوح درجات حرارة كرة اللهب بين 3500 و4100 كلفن. ^{[ 9 ]}
• مرحلة الصعود والاستقرار ، من 20 ثانية إلى 10 دقائق، عندما ترتفع الغازات الساخنة ويترسب التساقط الكبير المبكر.
• في وقت متأخر ، وحتى بعد يومين تقريبًا، عندما يتم توزيع الجسيمات المحمولة جوًا بواسطة الرياح، وترسبت بفعل الجاذبية ، وتم التقاطها بواسطة هطول الأمطار.

يتأثر شكل السحابة بالظروف الجوية المحلية وأنماط الرياح. وينتشر التساقط النووي في الغالب على شكل عمود دخاني مع اتجاه الرياح . مع ذلك، إذا وصلت السحابة إلى التروبوبوز، فقد تنتشر عكس اتجاه الرياح، لأن سرعة الحمل الحراري فيها أعلى من سرعة الرياح المحيطة. عند التروبوبوز، يكون شكل السحابة دائريًا تقريبًا ومنتشرًا. قد يكون اللون الأولي لبعض السحب المشعة أحمر أو بنيًا محمرًا، نتيجة وجود ثاني أكسيد النيتروجين وحمض النيتريك ، المتكونين من النيتروجين والأكسجين والرطوبة الجوية المتأينة في البداية. في بيئة الانفجار ذات درجة الحرارة والإشعاع العاليين، يتكون الأوزون أيضًا. ويُقدر أن كل ميغاطن من قوة الانفجار ينتج حوالي 5000 طن من أكاسيد النيتروجين. ^{[ 10 ]} يمكن أن يحمل انفجار ذو قوة انفجار أعلى أكاسيد النيتروجين من الانفجار إلى ارتفاع كافٍ في الغلاف الجوي لإحداث استنزاف كبير لطبقة الأوزون . كما وُصفت درجات اللون الأصفر والبرتقالي. يختفي هذا اللون المحمر لاحقًا بفعل اللون الأبيض لسحب الماء/الجليد، المتكثفة من الهواء سريع التدفق مع تبريد كرة اللهب، واللون الداكن للدخان والحطام الذي يسحبه التيار الصاعد. ويمنح الأوزون الانفجار رائحته المميزة الشبيهة برائحة التفريغ الإكليلي . ^{[ 11 ]}

يختلف توزيع الإشعاع في سحابة الفطر باختلاف قوة الانفجار، ونوع السلاح المستخدم، ونسبة الاندماج إلى الانشطار ، وارتفاع الانفجار، ونوع التضاريس، والظروف الجوية. عمومًا، تتركز حوالي 90% من النشاط الإشعاعي في رأس الفطر و10% في جذعه في الانفجارات ذات القوة الإشعاعية المنخفضة. في المقابل، تميل الانفجارات ذات القوة الإشعاعية العالية (ميغاطن) إلى تركيز معظم نشاطها الإشعاعي في الثلث السفلي من سحابة الفطر. قد يظهر التساقط الإشعاعي على شكل رقائق جافة تشبه الرماد، أو على شكل جزيئات صغيرة جدًا لا تُرى بالعين المجردة؛ وفي الحالة الأخيرة، غالبًا ما تترسب هذه الجزيئات بفعل المطر. يمكن أن تتسبب كميات كبيرة من الجزيئات الأحدث والأكثر إشعاعًا، المترسبة على الجلد، في حروق بيتا ، والتي غالبًا ما تظهر على شكل بقع متغيرة اللون وتقرحات على ظهور الحيوانات المعرضة لها. ^{[ 13 ]} كان للتساقط الإشعاعي الناتج عن تجربة كاسل برافو مظهر الغبار الأبيض، وأُطلق عليه اسم " ثلج بيكيني" ؛ إذ تشبه الرقائق البيضاء الصغيرة رقاقات الثلج ، وتلتصق بالأسطح، ولها طعم مالح. في عملية ويغوام ، شكلت الجسيمات المعتمة غير المنتظمة 41.4% من المخلفات، بينما شكلت الجسيمات ذات المناطق الشفافة والمعتمة ما يزيد قليلاً عن 25%، ونحو 20% من الكائنات البحرية المجهرية، و2% من الخيوط المشعة المجهرية ذات الأصل غير المعروف. ^{[ 14 ]}

في الانفجارات الجوية السطحية والقريبة من السطح، تتناقص كمية الحطام المتطاير في الهواء بسرعة مع ازدياد ارتفاع الانفجار. عند ارتفاع انفجار يبلغ حوالي 7 ^أمتار  /كيلوطن ^1/3 ، لا تتشكل فوهة ، وبالتالي تقل كميات الغبار والحطام المتولدة. يبلغ الارتفاع الذي يقلل من التساقط الإشعاعي، والذي تتكون عنده الجسيمات المشعة الأولية بشكل رئيسي من تكثف كرة اللهب الدقيقة، حوالي 55 ^مترًا /كيلوطن ^0.4 . ^{[ 7 ]} مع ذلك، حتى عند هذه الارتفاعات، قد يتشكل التساقط الإشعاعي بآليات أخرى. تُنتج الانفجارات الجوية سيقانًا بيضاء بخارية، بينما تُنتج الانفجارات السطحية سيقانًا رمادية إلى بنية اللون، وذلك لأن كميات كبيرة من الغبار والأوساخ والتربة والحطام تُسحب إلى داخل سحابة الفطر. تُنتج الانفجارات السطحية سحبًا داكنة على شكل فطر تحتوي على مواد مشعة من الأرض بالإضافة إلى القنبلة وغلافها، وبالتالي تُنتج تساقطًا إشعاعيًا أكبر، بجزيئات أكبر تترسب بسهولة محليًا. 

قد يُنتج انفجارٌ على ارتفاعٍ شاهقٍ سحابةً فطريةً بدون ساق. ويمكن أن تتشكل سحابةٌ فطريةٌ مزدوجةٌ، ذات مستويين، في ظروفٍ معينة. فعلى سبيل المثال، شكّل انفجار باستر-جانجل شوغر الرأس الأول، تلاه رأسٌ آخر ناتجٌ عن حرارة الفوهة الساخنة المتشكلة حديثًا. ^{[ 14 ]}

لا يُنتج الانفجار الذي يحدث على عمق كبير تحت سطح الأرض أو تحت الماء (مثل انفجار قنبلة نووية عميقة) سحابة فطرية، لأن الانفجار يُسبب تبخر كمية هائلة من التربة أو الماء، مُشكلاً فقاعة تنهار على نفسها؛ وفي حالة الانفجار الذي يحدث على عمق أقل تحت الأرض، ينتج عن ذلك حفرة هبوط . قد يُنتج الانفجار تحت الماء بالقرب من السطح عمودًا من الماء ينهار ليُشكل شكلًا يُشبه القرنبيط، والذي يُمكن الخلط بينه وبين السحابة الفطرية بسهولة (كما في الصور الشهيرة لاختبار كروسرودز بيكر ). يُنتج الانفجار تحت الأرض على عمق ضحل سحابة فطرية وموجة قاعدية ، وهما سحابتان مختلفتان تمامًا. تتناقص كمية الإشعاع المُتسربة إلى الغلاف الجوي بسرعة مع ازدياد عمق الانفجار.

تحتوي السحابة على ثلاثة أنواع رئيسية من المواد: بقايا السلاح ونواتج انشطاره، والمواد المتراكمة على سطح الأرض (وهي ذات أهمية فقط عند ارتفاعات الانفجار التي تقل عن ارتفاع الحد الأدنى للتساقط النووي، والذي يعتمد على قوة السلاح)، وبخار الماء. يتكون الجزء الأكبر من الإشعاع الموجود في السحابة من نواتج الانشطار النووي؛ أما نواتج التنشيط النيوتروني من مواد السلاح والهواء والحطام الأرضي فتشكل جزءًا ضئيلاً فقط. يبدأ التنشيط النيوتروني أثناء الانفجار النيوتروني لحظة وقوعه، ويُحدَّد مدى هذا الانفجار النيوتروني بامتصاص النيوترونات أثناء مرورها عبر الغلاف الجوي للأرض.

تُنتج الأسلحة النووية الحرارية جزءًا كبيرًا من قوتها التفجيرية من الاندماج النووي . وعادةً ما تكون نواتج الاندماج غير مشعة. ولذلك، يُقاس مستوى التلوث الإشعاعي الناتج بالكيلوطن من الانشطار. تُعتبر قنبلة القيصر ، التي أنتجت 97% من قوتها البالغة 50 ميغاطن من الاندماج، سلاحًا نظيفًا للغاية مقارنةً بما هو متوقع عادةً من سلاح ذي قوة تفجيرية مماثلة (مع أنها أنتجت 1.5 ميغاطن من قوتها من الانشطار)، وذلك لأن غلاف الاندماج فيها كان مصنوعًا من الرصاص بدلًا من اليورانيوم-238 ؛ وإلا لكانت قوتها التفجيرية 100 ميغاطن، منها 51 ميغاطن ناتجة عن الانشطار. ولو تم تفجيرها على سطح الأرض أو بالقرب منه، لشكّل التلوث الإشعاعي الناتج عنها ربع إجمالي التلوث الإشعاعي الناتج عن جميع التجارب النووية مجتمعة.

في البداية، تحتوي كرة اللهب على بلازما متأينة للغاية تتكون فقط من ذرات السلاح ونواتج انشطاره وغازات الغلاف الجوي للهواء المجاور. مع تبريد البلازما، تتفاعل الذرات مكونةً قطرات دقيقة ثم جزيئات صلبة من الأكاسيد. تتحد هذه الجزيئات لتكوين جزيئات أكبر، وتترسب على سطح جزيئات أخرى. عادةً ما تنشأ الجزيئات الأكبر من مواد تُسحب إلى داخل السحابة. تختلط الجزيئات التي تُسحب بينما لا تزال السحابة ساخنة بما يكفي لإذابتها مع نواتج الانشطار في جميع أنحاء حجمها. تترسب المواد المشعة المنصهرة على سطح الجزيئات الأكبر. أما الجزيئات التي تُسحب إلى داخل السحابة لاحقًا، عندما تنخفض درجة حرارتها بدرجة كافية، فلا تتلوث بشكل كبير. الجزيئات المتكونة من السلاح فقط دقيقة بما يكفي للبقاء عالقة في الهواء لفترة طويلة، وتنتشر على نطاق واسع وتتخفف إلى مستويات غير خطرة. تتسبب الانفجارات التي تحدث على ارتفاعات عالية والتي لا تقذف حطامًا أرضيًا، أو التي تقذف الغبار فقط بعد التبريد بدرجة كافية والتي يكون فيها الجزء المشع من الجسيمات صغيرًا، في درجة أقل بكثير من التساقط الموضعي مقارنة بالانفجارات التي تحدث على ارتفاعات منخفضة والتي تتكون فيها جسيمات مشعة أكبر.

يكون تركيز نواتج التكثيف متساوياً في الجسيمات الصغيرة وفي الطبقات السطحية المترسبة على الجسيمات الأكبر حجماً.  ويتشكل حوالي 100 كيلوغرام من الجسيمات الصغيرة لكل كيلوطن من الناتج. ويقل حجم الجسيمات الصغيرة، وبالتالي نشاطها، بنحو ثلاثة رتب مقدارية عن حجم الطبقات السطحية المترسبة على الجسيمات الأكبر حجماً. في الانفجارات التي تحدث على ارتفاعات عالية، تتمثل العمليات الأساسية لتكوين الجسيمات في التكثيف والتخثر اللاحق. أما في الانفجارات التي تحدث على ارتفاعات منخفضة والانفجارات الأرضية، والتي تتضمن جزيئات التربة، فإن العملية الأساسية هي الترسيب على الجسيمات الغريبة.

يُنتج الانفجار على ارتفاع منخفض سحابةً محملةً بالغبار تبلغ حمولتها 100 طن لكل ميغاطن من قوة الانفجار. أما الانفجار الأرضي فيُنتج سحباً محملةً بالغبار بمقدار ثلاثة أضعاف تقريباً. في حالة الانفجار الأرضي، ينصهر ما يقارب 200 طن من التربة لكل كيلوطن من قوة الانفجار، ويتلامس مع الإشعاع. ^{[ 9 ]} حجم كرة اللهب متساوٍ سواءً كان الانفجار سطحياً أو جوياً. في الحالة الأولى، تكون كرة اللهب نصف كروية بدلاً من كروية كاملة، بنصف قطر أكبر تبعاً لذلك. ^{[ 9 ]}

تتراوح أحجام الجسيمات من أحجام دون الميكرومتر والميكرومتر (الناتجة عن تكثف البلازما في كرة اللهب)، مرورًا بـ 10-500 ميكرومتر (مواد سطحية أثارتها موجة الانفجار ورفعتها الرياح اللاحقة)، وصولًا إلى المليمتر وما فوق (مقذوفات الفوهة). ويحدد حجم الجسيمات، إلى جانب الارتفاع الذي تُحمل إليه، مدة بقائها في الغلاف الجوي، إذ تتعرض الجسيمات الأكبر حجمًا للهطول الجاف. كما يمكن أن تُحمل الجسيمات الأصغر حجمًا بواسطة الهطول، إما من الرطوبة المتكثفة في السحابة أو من تقاطع السحابة مع سحابة ممطرة. ويُعرف التساقط الذي تحمله الأمطار باسم " التساقط المطري" إذا تم التقاطه أثناء تشكل السحابة الممطرة، و"الغسل" إذا تم امتصاصه في قطرات المطر المتساقطة المتكونة مسبقًا. ^{[ 15 ]}

تكون الجسيمات الناتجة عن الانفجارات الجوية أصغر من 10-25 ميكرومتر، وعادةً ما تكون في نطاق دون الميكرومتر. وهي تتكون في الغالب من أكاسيد الحديد ، مع نسبة أقل من أكسيد الألومنيوم ، وأكاسيد اليورانيوم والبلوتونيوم . أما الجسيمات الأكبر من 1-2 ميكرومتر فهي كروية الشكل تقريبًا، ما يشير إلى تكثف مادة متبخرة إلى قطرات ثم تصلبها. يتوزع النشاط الإشعاعي بالتساوي في جميع أنحاء حجم الجسيم، مما يجعل النشاط الكلي للجسيمات مرتبطًا خطيًا بحجمها. ^{[ 9 ]} يوجد حوالي 80% من النشاط الإشعاعي في العناصر الأكثر تطايرًا، والتي لا تتكثف إلا بعد أن تبرد كرة اللهب إلى حد كبير. على سبيل المثال، سيكون لدى السترونتيوم-90 وقت أقل للتكثف والاندماج في جسيمات أكبر، مما يؤدي إلى زيادة درجة الاختلاط في حجم الهواء والجسيمات الأصغر. ^{[ 16 ]} الجسيمات الناتجة مباشرة بعد الانفجار صغيرة الحجم، حيث يتركز 90% من النشاط الإشعاعي في جسيمات أصغر من 300 نانومتر. تتكتل هذه الجسيمات مع الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير. ويكون التكتل أكثر انتشارًا في طبقة التروبوسفير، وعلى مستوى سطح الأرض، يتركز معظم النشاط الإشعاعي في جسيمات يتراوح حجمها بين 300 نانومتر و1 ميكرومتر . يُعادل التكتل عمليات التجزئة الإشعاعية التي تحدث أثناء تكوين الجسيمات، مما يُوحّد التوزيع النظائري.  

في الانفجارات الأرضية والمنخفضة الارتفاع، تحتوي السحابة على جزيئات تربة متبخرة ومنصهرة ومتماسكة. ويعتمد توزيع النشاط الإشعاعي في هذه الجزيئات على طريقة تكوينها. فالجزيئات المتكونة عن طريق التبخر والتكثيف يكون نشاطها الإشعاعي موزعًا بالتساوي في حجمها، كما هو الحال في جزيئات الانفجار الجوي. أما الجزيئات المنصهرة الأكبر حجمًا، فتنتشر نواتج الانشطار في طبقاتها الخارجية، بينما الجزيئات المتماسكة وغير المنصهرة التي لم تُسخّن بدرجة كافية، ولكنها لامست المادة المتبخرة أو القطرات المتجمعة قبل تصلبها، يكون سطحها مغطى بطبقة رقيقة نسبيًا من مادة عالية النشاط الإشعاعي. ويعتمد تركيب هذه الجزيئات على طبيعة التربة، التي عادةً ما تكون مادة زجاجية تتكون من معادن السيليكات . ولا تعتمد أحجام الجزيئات على كمية الانفجار، بل على طبيعة التربة، إذ إنها تُحدد بناءً على حبيبات التربة الفردية أو تجمعاتها. يوجد نوعان من الجسيمات: جسيمات كروية تتشكل نتيجة التبخر والتكثيف الكاملين للتربة، أو على الأقل انصهارها، حيث يتوزع النشاط الإشعاعي بالتساوي في جميع أنحاء حجمها (أو مع وجود لب غير نشط بنسبة 10-30% للجسيمات الأكبر حجمًا التي يتراوح قطرها بين 0.5 و2  مم)، وجسيمات غير منتظمة الشكل تتشكل على حواف كرة اللهب نتيجة انصهار جزيئات التربة، حيث يترسب النشاط الإشعاعي في طبقة سطحية رقيقة. كمية الجسيمات الكبيرة غير المنتظمة ضئيلة. ^{[ 9 ]} تحتوي الجسيمات المتشكلة من الانفجارات فوق المحيط أو داخله على نظائر الصوديوم المشعة قصيرة العمر، وأملاح من مياه البحر . يُعد السيليكا المنصهر مذيبًا جيدًا جدًا لأكاسيد المعادن، ويلتقط الجسيمات الصغيرة بسهولة؛ لذا فإن الانفجارات فوق التربة المحتوية على السيليكا تُنتج جسيمات تحتوي على نظائر مختلطة في جميع أنحاء حجمها. في المقابل، تميل مخلفات المرجان ، المكونة من كربونات الكالسيوم ، إلى امتصاص الجسيمات المشعة على سطحها. ^{[ 16 ]}

تخضع العناصر لعملية تجزئة أثناء تكوين الجسيمات، نظرًا لاختلاف تطايرها . تُشكّل العناصر المقاومة للحرارة ( السترونتيوم ، والإتريوم ، والزركونيوم ، والنيوبيوم ، والباريوم ، واللانثانوم ، والسيريوم ، والبراسيوديميوم ، والنيوديميوم ، والبروميثيوم ) أكاسيد ذات نقاط غليان عالية؛ تترسب هذه الأكاسيد بسرعة، وتُعتبر متكثفة تمامًا عند تصلب الجسيمات، عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية. أما العناصر المتطايرة ( الكريبتون ، والزينون ، واليود ، والبروم ) فلا تتكثف عند هذه الدرجة. تتميز العناصر المتوسطة (أو أكاسيدها) بنقاط غليان قريبة من درجة حرارة تصلب الجسيمات ( الروبيديوم ، والسيزيوم ، والموليبدينوم ، والروثينيوم ، والروديوم ، والتكنيتيوم ، والأنتيمون ، والتيلوريوم ). توجد العناصر في كرة اللهب على شكل أكاسيد، ما لم تكن درجة الحرارة أعلى من درجة حرارة تحلل أكسيد معين. تتكثف المنتجات الأقل مقاومة للحرارة على أسطح الجسيمات المتصلبة. تتصلب النظائر ذات السلائف الغازية على سطح الجسيمات أثناء إنتاجها عن طريق التحلل. 

تترسب الجسيمات الأكبر حجمًا، وبالتالي الأكثر إشعاعًا، بفعل التساقط الإشعاعي خلال الساعات الأولى التي تلي الانفجار. أما الجسيمات الأصغر حجمًا فتُحمل إلى ارتفاعات أعلى وتهبط ببطء، لتصل إلى الأرض بحالة إشعاعية أقل، حيث تتحلل النظائر ذات أعمار النصف الأقصر بأسرع ما يمكن. ويمكن لأصغر الجسيمات أن تصل إلى طبقة الستراتوسفير وتبقى هناك لأسابيع أو شهور أو حتى سنوات، وتغطي نصف الكرة الأرضية بالكامل عبر التيارات الجوية. ويترسب التساقط الإشعاعي الأكثر خطورة، قصير المدى، والموضعي، بشكل أساسي في اتجاه الريح من موقع الانفجار، في منطقة على شكل سيجار، بافتراض ثبات قوة واتجاه الرياح. وتُعد الرياح الجانبية، وتغيرات اتجاه الرياح، والهطول من العوامل التي يمكن أن تُغير نمط التساقط الإشعاعي بشكل كبير. ^{[ 17 ]}

يعتمد تكثف قطرات الماء في السحابة الفطرية على عدد نوى التكثف . فزيادة عدد نوى التكثف تعيق التكثف، إذ تتنافس الجسيمات على كمية غير كافية نسبيًا من بخار الماء. وتؤثر الفعالية الكيميائية للعناصر وأكاسيدها، وخصائص امتصاص الأيونات، وذوبانية المركبات على توزيع الجسيمات في البيئة بعد ترسبها من الغلاف الجوي. كما يؤثر التراكم الحيوي على انتشار النظائر المشعة المتساقطة في المحيط الحيوي .

يُعدّ إشعاع غاما الناتج عن النظائر المشعة قصيرة العمر الخطر الرئيسي للتساقط الإشعاعي ، إذ يُمثّل الجزء الأكبر من النشاط الإشعاعي. في غضون 24 ساعة من الانفجار، ينخفض ​​مستوى إشعاع غاما الناتج عن التساقط الإشعاعي بمقدار 60 ضعفًا. أما النظائر المشعة طويلة العمر، كالسيزيوم-137 والسترونتيوم -90 ، فتُشكّل خطرًا طويل الأمد. يُمكن أن يُسبّب إشعاع بيتا المكثف الناتج عن جزيئات التساقط الإشعاعي حروقًا من نوع بيتا للأشخاص والحيوانات التي تتلامس مع التساقط الإشعاعي بعد الانفجار مباشرةً. تُسبّب الجزيئات المُبتلعة أو المُستنشقة جرعة داخلية من إشعاع ألفا وبيتا، ما قد يُؤدّي إلى آثار طويلة الأمد، بما في ذلك السرطان. يُنتج تشعيع الغلاف الجوي بالنيوترونات كمية صغيرة من التنشيط الإشعاعي، وتتمثّل أساسًا في الكربون-14 طويل العمر والأرجون -41 قصير العمر . أما العناصر الأكثر أهمية للنشاط الإشعاعي المُستحث في مياه البحر فهي الصوديوم -24 والكلور والمغنيسيوم والبروم . بالنسبة للانفجارات الأرضية، فإن العناصر التي تثير القلق هي الألومنيوم -28، والسيليكون -31، والصوديوم -24، والمنغنيز -56، والحديد -59، والكوبالت -60 .

قد يُمثل غلاف القنبلة مصدراً هاماً للنظائر المشعة المُنشطة بالنيوترونات. ويُعدّ تدفق النيوترونات في القنابل، وخاصةً في الأجهزة النووية الحرارية، كافياً لحدوث تفاعلات نووية ذات عتبة عالية . وتشمل النظائر المُستحثة الكوبالت-60، و57، و58، والحديد-59، و55، والمنغنيز-54، والزنك-65، والإتريوم-88، وربما النيكل-58، و62، والنيوبيوم-63، والهولميوم-165، والإيريديوم-191، بالإضافة إلى المنغنيز-56 قصير العمر، والصوديوم-24، والسيليكون-31، والألومنيوم-28. وقد يتواجد اليوروبيوم -152 و154، فضلاً عن نظيرين نوويين للروديوم -102 . خلال عملية هاردتاك ، تم إنتاج التنجستن -185 و181 و187 والرينيوم -188 من عناصر أضيفت كمواد متتبعة إلى أغلفة القنابل، وذلك لتحديد التساقط النووي الناتج عن انفجارات محددة. كما ذُكر الأنتيمون -124 والكادميوم -109 والكادميوم-113م كمواد متتبعة. ^{[ 9 ]}

تُعدّ نواتج الانشطار من المرحلة الانشطارية الأولية، وفي حالة أسلحة الانشطار-الاندماج-الانشطار، من انشطار اليورانيوم المُغلِّف في مرحلة الاندماج، أهم مصادر الإشعاع. يُطلق الانفجار النووي الحراري عددًا أكبر بكثير من النيوترونات لكل وحدة طاقة مقارنةً بالانشطار وحده، مما يؤثر على تركيب نواتج الانشطار. على سبيل المثال، يُعدّ اليورانيوم-237 مؤشرًا فريدًا للانفجار النووي الحراري، إذ يُنتَج من تفاعل (ن،2ن) من اليورانيوم-238 ، حيث تبلغ طاقة النيوترونات الدنيا اللازمة حوالي 5.9 ميغا إلكترون فولت. وتُشير الكميات الكبيرة من النبتونيوم-239 واليورانيوم-237 إلى حدوث انفجار انشطار-اندماج-انشطار. كما تتشكل كميات ضئيلة من اليورانيوم-240، ويؤدي التقاط أعداد كبيرة من النيوترونات بواسطة النوى الفردية إلى تكوين كميات صغيرة ولكن يمكن اكتشافها من العناصر العابرة لليورانيوم الأعلى ، مثل الإينشتاينيوم -255 والفيرميوم -255. ^{[ 9 ]}

يُعد الكريبتون-90 أحد أهم نواتج الانشطار ، وهو غاز نبيل مشع . ينتشر بسهولة في السحابة النووية ويخضع لعمليتي اضمحلال إلى الروبيديوم-90 ثم السترونتيوم-90 ، بنصف عمر يبلغ 33 ثانية و3 دقائق على التوالي. يُعزى انخفاض تركيز السترونتيوم-90 في التساقط الإشعاعي المحلي، وما يقابله من زيادة تركيزه في التساقط الإشعاعي البعيد، إلى عدم تفاعل الغاز النبيل وسرعة انتشاره. ^{[ 18 ]}

يقل النشاط الإشعاعي للجسيمات مع مرور الوقت، حيث تكون النظائر المختلفة ذات أهمية في فترات زمنية متفاوتة. بالنسبة لمنتجات تنشيط التربة، يُعدّ الألومنيوم-28 المساهم الأهم خلال أول 15 دقيقة. يليه المنغنيز-56 والصوديوم-24 حتى حوالي 200 ساعة. ثم الحديد-59 عند 300 ساعة، وبعد 100-300 يوم، يصبح الكوبالت-60 المساهم الأهم.

يمكن أن تنتقل الجسيمات المشعة لمسافات طويلة. وقد جرف المطر الغزير في إلينوي الإشعاع الناتج عن تجربة ترينيتي . وقد استُنتج ذلك، وتُحدد مصدره، عندما اكتشفت شركة إيستمان كوداك أن أفلام الأشعة السينية تتضباب بسبب عبوات الكرتون المُنتجة في الغرب الأوسط الأمريكي . وحملت رياح غير متوقعة جرعات قاتلة من تساقط إشعاع كاسل برافو فوق جزيرة رونجيلاب المرجانية ، مما أجبر سكانها على الإخلاء. كما تأثر طاقم سفينة الصيد اليابانية دايغو فوكوريو مارو ، التي كانت تقع خارج منطقة الخطر المتوقعة. وأدى اكتشاف السترونتيوم-90 في التساقط الإشعاعي العالمي لاحقًا إلى إبرام معاهدة الحظر الجزئي للتجارب النووية . ^{[ 16 ]}

قد يتسبب الإشعاع الشديد في الثواني الأولى بعد الانفجار في ظهور هالة مرئية من التألق ، وهي عبارة عن توهج أزرق بنفسجي ناتج عن تأين الأكسجين والنيتروجين ، يمتد لمسافة كبيرة من كرة اللهب، محيطًا برأس سحابة الفطر المتشكلة. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} يكون هذا الضوء أكثر وضوحًا في الليل أو في ظروف ضوء النهار الخافت. ^{[ 7 ]} يتناقص سطوع التوهج بسرعة مع مرور الوقت منذ الانفجار، ليصبح بالكاد مرئيًا بعد بضع عشرات من الثواني. ^{[ 22 ]}

غالبًا ما تترافق السحب الفطرية النووية مع سحب بخارية قصيرة الأجل، تُعرف بأسماء مختلفة مثل "سحب ويلسون" أو سحب التكثيف أو حلقات البخار. تتسبب "المرحلة السلبية" التي تعقب الضغط الزائد الموجب خلف جبهة الصدمة في تخلخل مفاجئ للوسط المحيط. وتؤدي منطقة الضغط المنخفض هذه إلى انخفاض تدريجي في درجة الحرارة، مما يتسبب في تكثف الرطوبة الموجودة في الهواء في غلاف يتحرك للخارج حول الانفجار. وعندما يعود الضغط ودرجة الحرارة إلى وضعهما الطبيعي، تتلاشى سحابة ويلسون. ^{[ 23 ]} أطلق العلماء الذين راقبوا التجارب النووية لعملية كروسرودز عام 1946 في بيكيني أتول اسم "سحابة ويلسون" على تلك السحابة العابرة نظرًا لتشابهها البصري مع غرفة سحابة ويلسون ؛ حيث تستخدم غرفة السحابة التكثيف الناتج عن انخفاض سريع في الضغط لتحديد مسارات الجسيمات دون الذرية المشحونة كهربائيًا . وقد استخدم محللو تجارب القنابل النووية اللاحقة مصطلح "سحابة التكثيف" الأكثر عمومية بدلًا من "سحابة ويلسون".

يُلاحظ أحيانًا نفس نوع التكثف فوق أجنحة الطائرات النفاثة على ارتفاعات منخفضة في ظروف الرطوبة العالية. سطح الجناح العلوي مُقوّس، ويؤدي هذا التقوّس (مع زيادة سرعة الهواء) إلى انخفاض ضغط الهواء، وفقًا لقانون برنولي . يُسبب هذا الانخفاض في ضغط الهواء تبريدًا، وعندما يبرد الهواء إلى ما دون نقطة الندى ، يتكثف بخار الماء منه، مُنتجًا قطرات ماء تظهر على شكل سحابة بيضاء. من الناحية التقنية، تُعدّ "سحابة ويلسون" مثالًا على تفرد براندتل-غلاورت في الديناميكا الهوائية.

يتأثر شكل الموجة الصدمية بتغير سرعة الصوت مع الارتفاع، وتحدد درجة الحرارة والرطوبة في طبقات الغلاف الجوي المختلفة مظهر سحب ويلسون. تُعد حلقات التكثيف حول كرة اللهب أو فوقها سمة شائعة الملاحظة. قد تستقر الحلقات حول كرة اللهب، لتصبح حلقات حول الجذع الصاعد. تُسبب الانفجارات ذات القوة العالية تيارات صاعدة شديدة ، حيث يمكن أن تصل سرعة الهواء إلى 480 كم/ ساعة . يؤدي دخول الهواء ذي الرطوبة العالية، بالإضافة إلى الانخفاض المصاحب في الضغط ودرجة الحرارة، إلى تكوين تنانير وأجراس حول الجذع. إذا أصبحت قطرات الماء كبيرة بما يكفي، فقد يصبح هيكل السحابة الذي تُشكّله ثقيلاً بما يكفي للهبوط؛ وبهذه الطريقة، يمكن إنتاج جذع صاعد مع جرس هابط حوله. يؤثر تراكم الرطوبة في الغلاف الجوي، المسؤول عن ظهور حلقات التكثيف بدلاً من السحابة الكروية، على شكل تكثفات الرطوبة على طول ساق السحابة الفطرية، حيث يتسبب التيار الصاعد في تدفق صفائحي . ويحدث التأثير نفسه فوق قمة السحابة، حيث يدفع تمدد السحابة الصاعدة طبقة من الهواء الدافئ الرطب منخفض الارتفاع إلى أعلى باتجاه الهواء البارد عالي الارتفاع، مما يؤدي أولاً إلى تكثف بخار الماء من الهواء، ثم إلى تجمد القطرات الناتجة، مكونةً قممًا جليدية ، تشبه في مظهرها وآلية تكوينها السحب الوشاحية . 

يمكن أن تصبح الهياكل المركبة الناتجة معقدة للغاية. احتوت سحابة كاسل برافو، في مراحل مختلفة من تطورها، على 4 حلقات تكثيف، و3 قمم جليدية، و2 حافة، و3 جرس.

• 
  سحابة الفطر الناتجة عن تجربة قنبلة كاسل برافو الهيدروجينية بقوة 15 ميغا طن ، والتي تظهر حلقات تكثيف متعددة، 1 مارس 1954
• 
  سحابة الفطر الناتجة عن تجربة قنبلة كاسل روميو الهيدروجينية بقوة 11 ميغا طن ، تُظهر حلقة تكثيف بارزة
• 
  سحابة الفطر الناتجة عن تجربة القنبلة الهيدروجينية "كاسل يونيون" بقوة 6.9 ميغا طن ، تُظهر حلقات تكثيف متعددة
• 
  عمود الماء الناتج عن اختبار كروسرودز بيكر الذي بلغت قوته 21 كيلوطن ، والذي يتضمن انفجارًا نوويًا تحت الماء، يظهر سحابة ويلسون كروية بارزة
• 
  سحابة الفطر الناتجة عن اختبار غرينهاوس جورج الذي تبلغ قوته 225 كيلوطن ، تُظهر شكل جرس متطور جيدًا

تكوّن سحابة فطرية الشكل نتيجةً للتجربة النووية "تومبلر-سنابر دوغ". أما خيوط الدخان التي تُرى على يسار الانفجار لحظة التفجير فهي عبارة عن مشاعل دخانية عمودية تُستخدم لمراقبة الموجة الصدمية الناتجة عن الانفجار، ولا علاقة لها بالسحابة الفطرية.