เมฆรูปเห็ดเป็นกลุ่มค วัน เศษซาก ควัน และไอน้ำ ที่ควบแน่น มีลักษณะเป็น รูป ทรงคล้าย เห็ด อันเป็นเอกลักษณ์ เกิดจากการระเบิดครั้งใหญ่ ปรากฏการณ์นี้มักเกี่ยวข้องกับการระเบิดนิวเคลียร์แต่การระเบิดหรือการลุกไหม้ ที่มีพลังงานสูงเพียงพอใดๆ ก็ สามารถทำให้เกิดผลคล้ายกันได้ เมฆรูปเห็ดสามารถเกิดขึ้นได้จากอาวุธธรรมดาที่ มีอานุภาพ สูง รวมถึงอาวุธเทอร์โมบาริก ขนาดใหญ่ การระเบิดของภูเขาไฟและการพุ่งชนของ อุกกาบาต บางครั้งก็สามารถทำให้เกิดเมฆรูปเห็ดตามธรรมชาติได้

เมฆรูปเห็ดเกิดจากการรวมตัวกันอย่างฉับพลันของก๊าซที่มีความหนาแน่นต่ำปริมาณมากที่ระดับความสูงใดๆ ก็ตาม ทำให้เกิดความไม่เสถียรแบบเรย์ลี-เทย์เลอร์มวลก๊าซที่ลอยตัวจะลอยขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดกระแสลมหมุนวนปั่นป่วนหมุนวนลงรอบขอบ ก่อตัวเป็นวงแหวนกระแสลม หมุนวนชั่วคราว ที่ดึงเอาเสาตรงกลางขึ้นมา ซึ่งอาจมีควัน เศษซาก ไอน้ำควบแน่น หรือส่วนผสมของสิ่งเหล่านี้ ก่อตัวเป็น "ลำต้นของเมฆรูปเห็ด" มวลก๊าซรวมกับอากาศชื้นที่ถูกดึงเข้ามาจะไปถึงระดับความสูงที่ความหนาแน่นไม่ต่ำกว่าอากาศโดยรอบอีกต่อไป ณ จุดนี้ มันจะกระจายตัวและลอยลงมาซึ่งส่งผลให้เกิดกัมมันตภาพรังสีตกค้างหลังจากการระเบิดนิวเคลียร์ ระดับความสูงที่ทำให้เกิดความเสถียรขึ้นอยู่กับลักษณะของอุณหภูมิ จุดน้ำค้าง และแรงเฉือนของลมในอากาศที่ระดับความสูงเริ่มต้นและสูงกว่านั้นอย่างมาก

แม้ว่าคำว่า "เมฆรูปเห็ด" ดูเหมือนจะถูกบัญญัติขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1950 แต่เมฆรูปเห็ดที่เกิดจากการระเบิดนั้นถูกกล่าวถึงมานานหลายศตวรรษก่อนยุคปรมาณู แล้ว ภาพพิมพ์แกะสลักสีน้ำร่วมสมัยโดยศิลปิน นิรนามที่แสดงถึง การโจมตีของฝรั่งเศสและสเปนที่ยิบรอลตาร์ในปี 1782 แสดงให้เห็น ป้อมปืนลอยน้ำของฝ่ายโจมตีระเบิด และเกิดเมฆรูปเห็ดหลังจาก ที่ ฝ่ายป้องกันของอังกฤษจุดไฟเผาด้วยการยิงกระสุนร้อน

ในปี ค.ศ. 1798 เกอร์ฮาร์ด วีธ ได้ตีพิมพ์รายงานโดยละเอียดพร้อมภาพประกอบเกี่ยวกับเมฆก้อนหนึ่งในบริเวณใกล้เคียงเมืองโกทาซึ่งมีรูปร่างคล้ายเห็ด เมฆก้อนนี้เคยถูกสังเกตเห็นโดยที่ปรึกษาคณะทูต ลิชเทนเบิร์ก เมื่อไม่กี่ปีก่อนหน้านั้น ในช่วงบ่ายของฤดูร้อนที่อบอุ่น มันถูกตีความว่าเป็นเมฆทางอุตุนิยมวิทยาที่ผิดปกติ และดูเหมือนว่าจะทำให้เกิดพายุฝนฟ้าคะนองจากเมฆดำก้อนใหม่ที่ก่อตัวขึ้นใต้เมฆก้อนนั้น ลิชเทนเบิร์กกล่าวว่าต่อมาเขาได้สังเกตเห็นเมฆที่คล้ายกันบ้าง แต่ไม่มีก้อนใดที่โดดเด่นเท่านี้^{[ 1 ]}

การระเบิดที่แฮลิแฟกซ์ ใน ปี 1917 ทำให้เกิดเมฆรูปเห็ด ในปี 1930 โอลาฟ สเตเปิลดอนในนวนิยายเรื่องLast and First Menจินตนาการถึงการสาธิตอาวุธนิวเคลียร์ครั้งแรกว่า "กลุ่มไอน้ำจากทะเลเดือด... เห็ดขนาดมหึมาของไอน้ำและเศษซาก" หนังสือพิมพ์เดอะไทมส์ตีพิมพ์รายงานเมื่อวันที่ 1 ตุลาคม 1937 เกี่ยวกับการโจมตีเซี่ยงไฮ้ ประเทศจีนของ ญี่ปุ่น ซึ่งก่อให้เกิด "กลุ่มควันรูปเห็ดขนาดใหญ่" ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองการทำลายเรือรบยามาโตะ ของญี่ปุ่น ทำให้เกิดเมฆรูปเห็ด^{[ 2 ]}

หนังสือพิมพ์ เดอะไทมส์ออฟลอนดอนฉบับวันที่ 13 สิงหาคม พ.ศ. 2488 บรรยายถึงกลุ่มควันและฝุ่นจากระเบิดปรมาณูเหนือเมืองนางาซากิ ประเทศญี่ปุ่น ว่าเป็น "เห็ดขนาดมหึมาของควันและฝุ่น" เมื่อวันที่ 9 กันยายน พ.ศ. 2488 หนังสือพิมพ์เดอะนิวยอร์กไทมส์ได้ตีพิมพ์บันทึกเหตุการณ์การทิ้งระเบิดนางาซากิจากผู้เห็นเหตุการณ์ ซึ่งเขียนโดยวิลเลียม แอล. ลอว์เรนซ์ผู้สื่อข่าวหนังสือพิมพ์อย่างเป็นทางการของโครงการแมนฮัตตันผู้ซึ่งร่วมเดินทางไปกับเครื่องบินหนึ่งในสามลำที่ทำการทิ้งระเบิด เขาเขียนถึงระเบิดที่ก่อให้เกิด "เสาไฟสีม่วง " ซึ่งจากด้านบนมี "เห็ดขนาดยักษ์ที่เพิ่มความสูงของเสาเป็น 45,000 ฟุต" ^{[ 3 ]}

ในปี พ.ศ. 2489 การทดสอบระเบิดนิวเคลียร์ Operation Crossroadsถูกอธิบายว่ามีเมฆ " รูป ดอกกะหล่ำ " แต่ผู้สื่อข่าวที่อยู่ในเหตุการณ์ยังพูดถึง "เห็ด ซึ่งปัจจุบันเป็นสัญลักษณ์ทั่วไปของยุคปรมาณู" เห็ดมีความเกี่ยวข้องทั้งกับชีวิตและความตาย อาหารและพิษ ซึ่งทำให้เห็ดมีความเชื่อมโยงเชิงสัญลักษณ์ที่ทรงพลังกว่าเมฆ "รูปดอกกะหล่ำ" ^{[ 4 ]}

เมฆรูปเห็ดเกิดจากการระเบิดขนาดใหญ่หลายประเภทภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก แต่เป็นที่รู้จักกันดีที่สุดจากการปรากฏขึ้นหลังจากการระเบิดนิวเคลียร์หากไม่มีแรงโน้มถ่วงหรือไม่มีชั้นบรรยากาศหนาแน่น ก๊าซที่เป็นผลพลอยได้จากการระเบิดจะยังคงมีรูปร่างทรงกลม อาวุธนิวเคลียร์มักถูกจุดระเบิดเหนือพื้นดิน (ไม่ใช่เมื่อกระทบพื้น เพราะพลังงานบางส่วนจะกระจายไปกับการเคลื่อนไหวของพื้นดิน) เพื่อเพิ่มผลกระทบของลูกไฟและคลื่นระเบิด ที่ขยายตัวเป็นทรงกลมให้มากที่สุด ทันทีหลังจากการระเบิด ลูกไฟจะเริ่มลอยขึ้นไปในอากาศ โดยใช้หลักการเดียวกับบอลลูนอากาศร้อน

วิธีหนึ่งในการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ เมื่อก๊าซร้อนพ้นพื้นดินไปมากพอแล้ว ก็คือในฐานะ "ฟองอากาศทรงกลม" ^{[ 5 ]}เนื่องจากวิธีนี้ทำให้อัตราการลอยตัวสอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางที่สังเกตได้

ขณะที่เมฆลอยสูงขึ้น จะเกิด ความไม่เสถียรแบบเรย์ลี-เทย์เลอร์ขึ้น และอากาศจะถูกดึงขึ้นไปด้านบนและเข้าไปในเมฆ (คล้ายกับกระแสลมขึ้นของปล่องไฟ ) ทำให้เกิดกระแสลมแรงที่เรียกว่า "ลมตามหลัง" ในขณะที่ภายในส่วนหัวของเมฆ ก๊าซร้อนจะหมุนวนเป็น รูป ทรงวงแหวนเมื่อระดับความสูงของการระเบิดต่ำพอ ลมตามหลังเหล่านี้จะดึงเอาฝุ่นและเศษซากจากพื้นดินด้านล่างเข้ามาเพื่อก่อตัวเป็นลำต้นของเมฆรูปเห็ด

เมื่อมวลก๊าซร้อนถึงระดับสมดุล การลอยตัวจะหยุดลง และเมฆจะเริ่มแผ่ขยายออกเป็นรูปทรงคล้ายเห็ดอันเป็นเอกลักษณ์ โดยมักได้รับความช่วยเหลือจากการขยายตัวที่พื้นผิวจากการลดลงของความปั่นป่วน

ในขณะที่เกิดการระเบิดนิวเคลียร์ จะเกิดลูกไฟขึ้น มวลก๊าซร้อนที่ร้อนจัดและมีรูปร่างคล้ายทรงกลมที่พุ่งขึ้นไปจะเปลี่ยนรูปร่างเนื่องจากแรงเสียดทานในชั้นบรรยากาศ และพื้นผิวของลูกไฟจะเย็นลงด้วยการแผ่รังสีพลังงาน เปลี่ยนจากทรงกลมเป็นกระแสน้ำวนทรงกลมที่หมุนอย่างรุนแรง ความไม่เสถียรของเรย์ลี-เทย์เลอร์เกิดขึ้นเมื่ออากาศเย็นด้านล่างผลักก๊าซด้านล่างของลูกไฟให้มีรูปร่างคล้ายถ้วยคว่ำในตอนแรก ซึ่งก่อให้เกิดความปั่นป่วนและกระแสน้ำวนที่ดูดอากาศเข้าไปตรงกลางมากขึ้น สร้างลมตามภายนอกและทำให้ลูกไฟเย็นลงอีก ความเร็วในการหมุนจะช้าลงเมื่อลูกไฟเย็นลงและอาจหยุดหมุนโดยสิ้นเชิงในระยะต่อมา ส่วนที่ระเหยของอาวุธและอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนจะเย็นตัวลงกลายเป็นก๊าซที่มองเห็นได้ ก่อตัวเป็นเมฆ แกนกลางของกระแสน้ำวน ที่ร้อนจัดจะเปลี่ยนเป็นสีเหลือง จากนั้นเป็นสีแดงเข้ม แล้วก็สูญเสียความร้อนที่มองเห็นได้ เมื่อเย็นลงอีก มวลของเมฆจะเต็มไปด้วยความชื้นในชั้นบรรยากาศที่ควบแน่น เมื่อเมฆลอยสูงขึ้นและเย็นลงแรงลอยตัว ของมัน จะลดลง และการลอยตัวก็จะช้าลง หากขนาดของลูกไฟเทียบได้กับความสูงของชั้น บรรยากาศ การลอยตัวของเมฆทั้งหมดจะเป็นแบบวิถีโค้งโดยจะพุ่งผ่านมวลอากาศที่มีความหนาแน่นสูงไปยังระดับความสูงที่มากกว่าระดับความสูงที่เมฆจะคงตัวในที่สุด ลูกไฟที่มีขนาดเล็กกว่ามากจะทำให้เกิดเมฆที่มีการลอยตัวเป็นตัวกำหนด

หลังจากถึงชั้นโทรโปสเฟียร์ (ส่วนล่างของบริเวณที่มีเสถียรภาพคงที่สูง) เมฆมีแนวโน้มที่จะชะลอตัวและกระจายตัวออกไป หากมีพลังงานเพียงพอ ส่วนกลางอาจลอยขึ้นไปสู่ชั้นสตราโตสเฟียร์ในลักษณะเดียวกับพายุฝนฟ้าคะนอง ทั่วไป ^{[ 6 ]}มวลอากาศที่ลอยขึ้นจากชั้นโทรโปสเฟียร์ไปยังชั้นสตราโตสเฟียร์นำไปสู่การก่อตัวของคลื่นเสียงโน้มถ่วงซึ่งแทบจะเหมือนกับที่เกิดจากพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงที่ทะลุผ่านชั้นสตราโตสเฟียร์ การระเบิดขนาดเล็กที่ทะลุผ่านชั้นโทรโปสเฟียร์จะสร้างคลื่นความถี่สูงกว่า ซึ่งจัดเป็นคลื่นเสียงความถี่ต่ำ การระเบิดจะยกอากาศที่มีความชื้นจำนวนมากจากระดับความสูงที่ต่ำกว่า เมื่ออากาศลอยขึ้น อุณหภูมิจะลดลง และไอน้ำจะควบแน่นเป็นหยดน้ำก่อน แล้วจึงแข็งตัวเป็นผลึกน้ำแข็งการเปลี่ยนแปลงสถานะจะปล่อยความร้อนแฝง ออกมา ทำให้เมฆร้อนขึ้นและผลักดันให้ขึ้นไปในระดับความสูงที่สูงขึ้นอีก ส่วนหัวของเมฆประกอบด้วยอนุภาคกัมมันตรังสี สูง โดยส่วนใหญ่ เป็นผลิตภัณฑ์ฟิสชันและละอองลอยเศษซากอาวุธอื่นๆ และมักจะกระจายตัวไปตามลม แม้ว่ารูปแบบสภาพอากาศ (โดยเฉพาะฝน) อาจทำให้เกิดกัมมันตรังสีตกค้างได้ [ ^{7 ] หยด}น้ำที่ควบแน่นจะค่อยๆ ระเหยไป ทำให้เมฆดูเหมือนหายไป อย่างไรก็ตาม อนุภาคกัมมันตรังสียังคงลอยอยู่ในอากาศ และเมฆที่มองไม่เห็นนี้ยังคงปล่อยกัมมันตรังสีตกค้างไปตามเส้นทางของมัน

เมฆรูปเห็ดมีการก่อตัวหลายขั้นตอน^{[ 8 ]}

• ช่วงเวลาแรกประมาณ 20 วินาทีแรก เมื่อลูกไฟก่อตัวขึ้นและผลิตภัณฑ์ฟิสชันผสมกับวัสดุที่ถูกดูดขึ้นมาจากพื้นดินหรือถูกพุ่งออกมาจากปล่องภูเขาไฟ การควบแน่นของพื้นดินที่ระเหยเกิดขึ้นในช่วงไม่กี่วินาทีแรก โดยเกิดขึ้นอย่างรุนแรงที่สุดในช่วงอุณหภูมิของลูกไฟระหว่าง 3500 ถึง 4100 K ^{[ 9 ]}
• ระยะการลอยตัวและทรงตัวใช้เวลา 20 วินาทีถึง 10 นาที เมื่อก๊าซร้อนลอยขึ้นและเกิดการตกของฝุ่นกัมมันตรังสีปริมาณมากในช่วงแรก
• ในช่วงเวลาค่อนข้างนานจนกระทั่งประมาณ 2 วันต่อมา อนุภาคในอากาศจะถูกกระจายโดยลมตกลงสู่พื้นโดยแรงโน้มถ่วงและถูกชะล้างออกไปโดยหยาดน้ำฝน

รูปร่างของเมฆได้รับอิทธิพลจากสภาพบรรยากาศในท้องถิ่นและรูปแบบลม การกระจายตัวของกัมมันตรังสีส่วนใหญ่จะเป็นกลุ่มควัน ตามทิศทางลม อย่างไรก็ตาม หากเมฆไปถึงชั้นโทรโปสเฟียร์ มันอาจกระจายตัวสวนทางกับลมได้ เนื่องจากความเร็วในการพาความร้อนสูงกว่าความเร็วลมโดยรอบ ที่ชั้นโทรโปสเฟียร์ รูปร่างของเมฆจะค่อนข้างเป็นวงกลมและแผ่กระจายออกไป สีเริ่มต้นของเมฆกัมมันตรังสีบางชนิดอาจมีสีแดงหรือสีน้ำตาลแดง เนื่องจากมีไนโตรเจนไดออกไซด์และกรดไนตริกซึ่งเกิดจากไนโตรเจนออกซิเจนและความชื้นในบรรยากาศที่แตกตัวเป็นไอออนในตอนแรก ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและรังสีสูงจากการระเบิดโอโซนก็ถูกสร้างขึ้นด้วย มีการประมาณการว่าผลผลิตแต่ละเมกะตันจะผลิตไนโตรเจนออกไซด์ประมาณ 5,000 ตัน^{[ 10 ]}การระเบิดที่มีผลผลิตสูงกว่าสามารถพัดพาไนโตรเจนออกไซด์จากการระเบิดขึ้นไปในชั้นบรรยากาศสูงพอที่จะทำให้ชั้นโอโซนถูกทำลายอย่างมีนัยสำคัญนอกจากนี้ยังมีการอธิบายถึงเฉดสีเหลืองและสีส้มด้วย สีแดงอมส้มนี้จะถูกบดบังในภายหลังด้วยสีขาวของเมฆน้ำ/น้ำแข็งที่ควบแน่นออกมาจากอากาศที่ไหลเร็วเมื่อลูกไฟเย็นลง และสีเข้มของควันและเศษซากที่ถูกดูดเข้าไปในกระแสลมขึ้น โอโซนทำให้การระเบิดมีกลิ่นคล้ายการปล่อยประจุโคโรนา ที่เป็นเอกลักษณ์ ^{[ 11 ]}

การกระจายตัวของรังสีในเมฆรูปเห็ดจะแตกต่างกันไปตามกำลังของการระเบิด ประเภทของอาวุธ อัตราส่วน ฟิวชัน -ฟิสชัน ระดับความสูงของการระเบิด ประเภทของภูมิประเทศ และสภาพอากาศ โดยทั่วไป การระเบิดที่มีกำลังต่ำจะมีกัมมันตภาพรังสีประมาณ 90% อยู่ในส่วนหัวของเห็ด และ 10% อยู่ในส่วนลำต้น ในทางตรงกันข้าม การระเบิดระดับเมกะตันมักจะมีกัมมันตภาพรังสีส่วนใหญ่อยู่ในส่วนล่างหนึ่งในสามของเมฆรูปเห็ด กัมมันตภาพรังสีตกค้างอาจปรากฏเป็นเกล็ดแห้งคล้ายเถ้า หรือเป็นอนุภาคขนาดเล็กเกินกว่าจะมองเห็นได้ ในกรณีหลัง อนุภาคเหล่านี้มักจะถูกฝนพัดพามา อนุภาคกัมมันตภาพรังสีที่ใหม่กว่าจำนวนมากที่ตกค้างบนผิวหนังสามารถทำให้เกิดแผลไหม้จากเบต้าซึ่งมักจะปรากฏเป็นจุดและรอยแผล ที่มีสีเปลี่ยนไป บนหลังของสัตว์ที่สัมผัส^{[ 13 ]}กัมมันตภาพรังสีตกค้างจาก การทดสอบ Castle Bravoมีลักษณะเป็นฝุ่นสีขาวและถูกตั้งชื่อเล่นว่าหิมะบิกินีเกล็ดสีขาวเล็กๆ เหล่านั้นคล้ายกับเกล็ดหิมะ เกาะติดกับพื้นผิว และมีรสเค็ม ในปฏิบัติการวิกแวมอนุภาคตกค้าง 41.4% ประกอบด้วยอนุภาคทึบแสงรูปร่างไม่สม่ำเสมอ อนุภาคที่มีทั้งส่วนโปร่งใสและทึบแสงมากกว่า 25% เล็กน้อย สิ่งมีชีวิตในทะเลขนาดเล็กประมาณ 20% และเส้นใยกัมมันตรังสีขนาดเล็กที่ไม่ทราบที่มา 2% ^{[ 14 ]}

^{เมื่อ เกิด}การระเบิดในอากาศที่พื้นผิวและใกล้พื้นผิว ปริมาณเศษซากที่ถูกพัดขึ้นไปในอากาศจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อระดับความสูงของการระเบิดเพิ่มขึ้น ที่ระดับความสูงของการระเบิดประมาณ 7  เมตร/กิโลตัน^1/3 จะไม่เกิด หลุมอุกกาบาต และปริมาณฝุ่นและเศษซากที่เกิดขึ้นก็จะน้อยลงตามไป ^ด้วยความสูงที่ลดการตกค้างของกัมมันตรังสี ซึ่งเหนือระดับนี้อนุภาคกัมมันตรังสีหลักส่วนใหญ่ประกอบด้วยการควบแน่นของลูกไฟละเอียด จะอยู่ที่ประมาณ 55 เมตร/กิโลตัน^{0.4 [ 7 ]} อย่างไรก็ตาม แม้ที่ระดับความสูงของการระเบิดเหล่านี้ การตกค้างของกัมมันตรังสีอาจเกิดขึ้นจากกลไกอื่นๆ การระเบิดในอากาศ จะทำให้เกิดก้านสีขาวเป็นไอน้ำ ในขณะที่การระเบิดที่พื้นผิวจะทำให้เกิดก้านสีเทาถึงน้ำตาล เนื่องจากฝุ่นละออง สิ่งสกปรก ดิน และเศษซากจำนวนมากถูกดูดเข้าไปในเมฆรูปเห็ด การระเบิดที่พื้นผิวจะทำให้เกิดเมฆรูปเห็ดสีเข้มที่มีวัสดุที่ได้รับรังสีจากพื้นดิน นอกเหนือจากระเบิดและปลอกหุ้ม จึงทำให้เกิดการตกค้างของกัมมันตรังสีมากขึ้น โดยมีอนุภาคขนาดใหญ่กว่าที่ตกตะกอนในพื้นที่ได้ง่าย  

การระเบิดที่เกิดขึ้นสูงเหนือพื้นดินอาจทำให้เกิดกลุ่มควันรูปเห็ดที่ไม่มีก้าน ในบางเงื่อนไขอาจเกิดกลุ่มควันรูปเห็ดคู่ที่มีสองระดับได้ ตัวอย่างเช่น การระเบิด Buster-Jangle Sugarทำให้เกิดกลุ่มควันแรกจากแรงระเบิด ตามด้วยกลุ่มควันอีกกลุ่มที่เกิดจากความร้อนจากหลุมอุกกาบาตที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่^{[ 14 ]}

การระเบิดที่อยู่ลึกใต้พื้นดินหรือใต้น้ำมาก (เช่น ระเบิดนิวเคลียร์ใต้น้ำ) จะไม่ก่อให้เกิดเมฆรูปเห็ด เนื่องจากแรงระเบิดทำให้ดินหรือน้ำจำนวนมหาศาลกลายเป็นไอ เกิดเป็นฟองอากาศแล้วยุบตัวลง ในกรณีของการระเบิดใต้ดินที่ไม่ลึกมากนัก จะเกิดเป็นหลุมยุบการระเบิดใต้น้ำใกล้ผิวน้ำอาจทำให้เกิดเสาน้ำซึ่งยุบตัวลงเป็นรูปทรงคล้ายดอกกะหล่ำ ซึ่งอาจเข้าใจผิดว่าเป็นเมฆรูปเห็ดได้ง่าย (เช่นในภาพถ่ายที่รู้จักกันดีจาก การทดสอบ Crossroads Baker ) การระเบิดใต้ดินที่ระดับความลึกต่ำจะทำให้เกิดเมฆรูปเห็ดและคลื่นกระแทกฐานซึ่งเป็นเมฆสองประเภทที่แตกต่างกัน ปริมาณรังสีที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความลึกของการระเบิดเพิ่มขึ้น

กลุ่มควันประกอบด้วยวัสดุหลักสามประเภท ได้แก่ ซากของอาวุธและผลิตภัณฑ์ฟิสชันของมัน วัสดุที่ได้มาจากพื้นดิน (ซึ่งมีความสำคัญเฉพาะในระดับความสูงที่ต่ำกว่าระดับความสูงที่ลดการตกค้างของกัมมันตรังสี ซึ่งขึ้นอยู่กับกำลังของอาวุธ) และไอน้ำ รังสีส่วนใหญ่ในกลุ่มควันประกอบด้วยผลิตภัณฑ์ฟิสชันนิวเคลียร์ ส่วน ผลิตภัณฑ์จาก การกระตุ้นด้วยนิวตรอนจากวัสดุของอาวุธ อากาศ และเศษซากบนพื้นดินนั้นมีสัดส่วนเพียงเล็กน้อย การกระตุ้นด้วยนิวตรอนเริ่มต้นขึ้นในระหว่างการระเบิดของนิวตรอน ณ ขณะที่เกิดการระเบิด และระยะของการระเบิดของนิวตรอนนี้ถูกจำกัดโดยการดูดซับของนิวตรอนขณะที่พวกมันผ่านชั้นบรรยากาศของโลก

อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์สร้างพลังงานส่วนใหญ่จากปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์ ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาฟิวชันโดยทั่วไปจะไม่เป็นกัมมันตรังสี ดังนั้นปริมาณกัมมันตรังสีที่ตกค้างจึงวัดเป็นกิโลตันจากปฏิกิริยาฟิสชัน ระเบิดTsar Bombaซึ่งสร้างพลังงาน 97% จากปฏิกิริยาฟิวชันของพลังงานทั้งหมด 50 เมกะตัน ถือเป็นอาวุธที่สะอาดมากเมื่อเทียบกับสิ่งที่คาดหวังได้จากอาวุธที่มีพลังงานในระดับเดียวกัน (แม้ว่ามันจะยังคงสร้างพลังงาน 1.5 เมกะตันจากปฏิกิริยาฟิสชันก็ตาม) เนื่องจากตัวจุดระเบิด ฟิวชัน ทำจากตะกั่วแทนที่จะเป็นยูเรเนียม-238มิเช่นนั้น พลังงานของมันจะอยู่ที่ 100 เมกะตัน โดย 51 เมกะตันมาจากปฏิกิริยาฟิสชัน หากมันถูกจุดระเบิดที่หรือใกล้พื้นผิวโลก กัมมันตรังสีที่ตกค้างจะคิดเป็นหนึ่งในสี่ของกัมมันตรังสีที่ตกค้างจากการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ ทั้งหมด รวมกัน

ในระยะแรก ลูกไฟจะประกอบด้วยพลาสมาที่มีการแตกตัวเป็นไอออนสูงมาก ซึ่งประกอบด้วยอะตอมของอาวุธ ผลิตภัณฑ์จากการแตกตัวของนิวเคลียร์ และก๊าซในบรรยากาศโดยรอบเท่านั้น เมื่อพลาสมาเย็นลง อะตอมจะทำปฏิกิริยา ก่อตัวเป็นละอองขนาดเล็ก แล้วจึงกลายเป็นอนุภาคของแข็งของออกไซด์ อนุภาคเหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้น และตกตะกอนบนพื้นผิวของอนุภาคอื่นๆ อนุภาคขนาดใหญ่มักเกิดจากวัสดุที่ถูกดูดเข้าไปในเมฆ อนุภาคที่ถูกดูดเข้าไปในขณะที่เมฆยังร้อนพอที่จะหลอมเหลวได้ จะผสมกับผลิตภัณฑ์จากการแตกตัวของนิวเคลียร์ตลอดทั้งปริมาตร อนุภาคขนาดใหญ่จะได้รับวัสดุกัมมันตรังสีที่หลอมเหลวตกตะกอนบนพื้นผิว อนุภาคที่ถูกดูดเข้าไปในเมฆในภายหลัง เมื่ออุณหภูมิต่ำลง จะไม่ปนเปื้อนอย่างมีนัยสำคัญ อนุภาคที่เกิดขึ้นจากอาวุธเพียงอย่างเดียวจะมีขนาดเล็กมากพอที่จะลอยอยู่ในอากาศได้นาน และกระจายตัวออกไปอย่างกว้างขวางและเจือจางลงจนถึงระดับที่ไม่เป็นอันตราย การระเบิดในระดับความสูงที่สูงกว่า ซึ่งไม่พัดพาเศษซากบนพื้นดิน หรือพัดพาฝุ่นละอองก็ต่อเมื่อเย็นตัวลงมากพอแล้ว และด้วยเหตุนี้สัดส่วนของอนุภาคกัมมันตรังสีจึงมีน้อย จึงทำให้เกิดการตกของกัมมันตรังสีในพื้นที่จำกัดน้อยกว่าการระเบิดในระดับความสูงที่ต่ำกว่า ซึ่งมีอนุภาคกัมมันตรังสีขนาดใหญ่กว่าเกิดขึ้น

ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์จากการควบแน่นมีค่าเท่ากันสำหรับอนุภาคขนาดเล็กและสำหรับชั้นผิวที่ตกตะกอนบนอนุภาคขนาดใหญ่ อนุภาคขนาดเล็กประมาณ 100 กิโลกรัมเกิดขึ้นต่อผลผลิต 1 กิโลตัน ปริมาตรและกิจกรรมของอนุภาคขนาดเล็กนั้นต่ำกว่าปริมาตรของชั้นผิวที่ตกตะกอนบนอนุภาคขนาดใหญ่เกือบสามลำดับความ magnitud สำหรับการระเบิดที่ระดับความสูงสูง กระบวนการก่อตัวของอนุภาคหลักคือการควบแน่นและการจับตัวเป็นก้อนในภายหลัง สำหรับการระเบิดที่ระดับความสูงต่ำและบนพื้นดิน ซึ่งเกี่ยวข้องกับอนุภาคดิน กระบวนการหลักคือการตกตะกอนบนอนุภาคแปลกปลอม

การระเบิดที่ระดับความสูงต่ำทำให้เกิดเมฆที่มีปริมาณฝุ่น 100 ตันต่อผลผลิตเมกะตัน การระเบิดบนพื้นดินทำให้เกิดเมฆที่มีฝุ่นประมาณสามเท่า สำหรับการระเบิดบนพื้นดิน ดินประมาณ 200 ตันต่อผลผลิตกิโลตันจะหลอมเหลวและสัมผัสกับรังสี^{[ 9 ]}ปริมาตรของลูกไฟจะเท่ากันสำหรับการระเบิดบนพื้นผิวหรือในชั้นบรรยากาศ ในกรณีแรก ลูกไฟจะเป็นครึ่งทรงกลมแทนที่จะเป็นทรงกลม โดยมีรัศมีที่ใหญ่กว่าตามไปด้วย^{[ 9 ]}

ขนาดของอนุภาคมีตั้งแต่ขนาดเล็กกว่าไมโครเมตรและขนาดไมโครเมตร (เกิดจากการควบแน่นของพลาสมาในลูกไฟ) ไปจนถึง 10–500 ไมโครเมตร (วัสดุพื้นผิวที่ถูกรบกวนโดยคลื่นระเบิดและถูกยกขึ้นโดยลมหลัง) และขนาดมิลลิเมตรขึ้นไป (เศษวัสดุที่พุ่งออกมาจากหลุมอุกกาบาต) ขนาดของอนุภาคพร้อมกับระดับความสูงที่อนุภาคถูกพัดพาไป จะเป็นตัวกำหนดระยะเวลาที่อนุภาคอยู่ในชั้นบรรยากาศ เนื่องจากอนุภาคขนาดใหญ่จะถูกชะล้างด้วยฝนแห้ง อนุภาคขนาดเล็กกว่าอาจถูกชะล้างด้วยฝนได้เช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นจากความชื้นที่ควบแน่นในเมฆหรือจากเมฆที่ตัดกับเมฆฝน เศษวัสดุที่ตกลงมาโดยฝนเรียกว่าrain-outหากถูกชะล้างในระหว่างการก่อตัวของเมฆฝน และwashoutหากถูกดูดซับเข้าไปในหยาดฝนที่ตกลงมาแล้ว^{[ 15 ]}

อนุภาคจากการระเบิดในอากาศมีขนาดเล็กกว่า 10–25 ไมโครเมตร โดยปกติอยู่ในช่วงย่อยไมโครเมตร อนุภาคเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยออกไซด์ของเหล็กโดยมีสัดส่วนของ ออกไซด์ของ อะลูมิเนียมยูเรเนียมและพลูโทเนียม ในปริมาณที่น้อยกว่า อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 1–2 ไมโครเมตรจะมีรูปร่างทรงกลมมาก ซึ่งสอดคล้องกับวัสดุที่ระเหยกลายเป็นไอแล้วควบแน่นเป็นห ยdroplets จากนั้นจึงแข็งตัว กัมมันตภาพรังสีจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วปริมาตรของอนุภาค ทำให้กัมมันตภาพรังสีโดยรวมของอนุภาคขึ้นอยู่กับปริมาตรของอนุภาคในเชิงเส้น^{[ 9 ]}ประมาณ 80% ของกัมมันตภาพรังสีมีอยู่ในธาตุที่ระเหยได้ง่ายกว่า ซึ่งจะควบแน่นก็ต่อเมื่อลูกไฟเย็นตัวลงอย่างมากแล้ว ตัวอย่างเช่นสตรอนเทียม-90จะมีเวลาในการควบแน่นและรวมตัวกันเป็นอนุภาคขนาดใหญ่น้อยลง ส่งผลให้มีการผสมในปริมาตรของอากาศและอนุภาคขนาดเล็กมากขึ้น^{[ 16 ]}อนุภาคที่ผลิตขึ้นทันทีหลังจากการระเบิดมีขนาดเล็ก โดย 90% ของกัมมันตภาพรังสีมีอยู่ในอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 300 นาโนเมตร อนุภาคเหล่านี้จะรวมตัวกับละอองลอยในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ การรวมตัวจะเกิดขึ้นอย่างกว้างขวางมากขึ้นในชั้นบรรยากาศโทรโปสเฟียร์ และที่ระดับพื้นดิน กิจกรรมส่วนใหญ่จะอยู่ในอนุภาคที่มีขนาดระหว่าง 300  นาโนเมตรถึง 1  ไมโครเมตรการรวมตัวจะชดเชยกระบวนการแยกส่วนที่เกิดขึ้นในระหว่างการก่อตัวของอนุภาค ทำให้การกระจายตัวของไอโซโทปมีความสม่ำเสมอมากขึ้น

สำหรับการระเบิดบนพื้นดินและระดับความสูงต่ำ เมฆกัมมันตภาพรังสีประกอบด้วยอนุภาคดินที่ระเหย หลอมเหลว และรวมตัวกัน การกระจายตัวของกัมมันตภาพรังสีผ่านอนุภาคขึ้นอยู่กับการก่อตัวของอนุภาค อนุภาคที่เกิดจากการระเหยและการควบแน่นจะมีกัมมันตภาพรังสีกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วปริมาตรเช่นเดียวกับอนุภาคที่ระเบิดในอากาศ อนุภาคหลอมเหลวขนาดใหญ่จะมีผลิตภัณฑ์ฟิสชันแพร่กระจายผ่านชั้นนอก และอนุภาคที่รวมตัวกันและอนุภาคที่ไม่หลอมเหลวซึ่งไม่ได้รับความร้อนเพียงพอ แต่สัมผัสกับวัสดุที่ระเหยหรือหยดน้ำที่ถูกดักจับก่อนที่จะแข็งตัว จะมีชั้นของวัสดุที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงบางๆ สะสมอยู่บนพื้นผิว องค์ประกอบของอนุภาคดังกล่าวขึ้นอยู่กับลักษณะของดิน ซึ่งโดยปกติจะเป็นวัสดุคล้ายแก้วที่เกิดจาก แร่ ซิลิเกตขนาดของอนุภาคไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณที่เกิดขึ้น แต่ขึ้นอยู่กับลักษณะของดิน เนื่องจากขนาดของอนุภาคขึ้นอยู่กับเม็ดดินแต่ละเม็ดหรือกลุ่มของเม็ดดินเหล่านั้น อนุภาคมีอยู่สองประเภท ได้แก่ อนุภาคทรงกลม ซึ่งเกิดจากการระเหยและการควบแน่นอย่างสมบูรณ์ หรืออย่างน้อยที่สุดก็คือการหลอมละลายของดิน โดยมีกิจกรรมกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วปริมาตร (หรือมีแกนกลางที่ไม่มีกิจกรรม 10–30% สำหรับอนุภาคขนาดใหญ่ระหว่าง 0.5–2 มม.) และอนุภาคที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเกิดขึ้นที่ขอบของลูกไฟโดยการหลอมรวมของอนุภาคดิน โดยมีกิจกรรมสะสมอยู่ในชั้นผิวบางๆ ปริมาณของอนุภาคขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอนั้นมีน้อยมาก^{[ 9 ]}อนุภาคที่เกิดจากการระเบิดเหนือหรือในมหาสมุทร จะมีไอโซโทปโซเดียมกัมมันตรังสีที่มีอายุสั้น และเกลือจากน้ำทะเลซิลิกาหลอมเหลวเป็นตัวทำละลายที่ดีมากสำหรับออกไซด์ของโลหะและดักจับอนุภาคขนาดเล็กได้ง่าย การระเบิดเหนือดินที่มีซิลิกาจะทำให้เกิดอนุภาคที่มีไอโซโทปผสมอยู่ทั่วปริมาตร ในทางตรงกันข้าม เศษ ปะการังซึ่งมีแคลเซียมคาร์บอเนต เป็นองค์ประกอบ หลัก มีแนวโน้มที่จะดูดซับอนุภาคกัมมันตรังสีไว้บนพื้นผิว^{[ 16 ]}

ธาตุต่างๆ จะเกิดการแยกส่วนระหว่างการก่อตัวของอนุภาค เนื่องจากความผันผวน ที่แตกต่าง กันธาตุที่ทนความร้อนสูง (Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm) จะเกิดเป็นออกไซด์ที่มีจุดเดือดสูงซึ่งจะตกตะกอนได้เร็วที่สุดและเมื่ออนุภาคแข็งตัวที่อุณหภูมิ1400 ° Cจะถือว่าควบแน่นอย่างสมบูรณ์ธาตุที่ระเหยง่าย ( Kr , Xe , I , Br ) จะไม่ควบแน่นที่อุณหภูมินั้น ธาตุระดับกลางจะมีจุดเดือด (หรือออกไซด์ของธาตุเหล่านั้น) ใกล้เคียงกับอุณหภูมิการแข็งตัวของอนุภาค ( Rb , Cs , Mo , Ru , Rh , Tc , Sb , Te ) ธาตุในลูกไฟจะอยู่ในรูปของออกไซด์ เว้นแต่ว่าอุณหภูมิจะสูงกว่าอุณหภูมิการสลายตัวของออกไซด์นั้นๆ ผลิตภัณฑ์ที่ทนความร้อนน้อยกว่าจะควบแน่นบนพื้นผิวของอนุภาคที่แข็งตัวแล้ว ไอโซโทปที่มีสารตั้งต้นเป็นก๊าซจะแข็งตัวบนพื้นผิวของอนุภาคเมื่อเกิดขึ้นจากกระบวนการสลายตัว

อนุภาคขนาดใหญ่ที่สุดและดังนั้นจึงมีกัมมันตภาพรังสีมากที่สุดจะถูกสะสมโดยฝุ่นกัมมันตรังสีในช่วงไม่กี่ชั่วโมงแรกหลังจากการระเบิด อนุภาคขนาดเล็กกว่าจะถูกพัดพาไปยังระดับความสูงที่สูงกว่าและตกลงมาอย่างช้าๆ โดยจะถึงพื้นดินในสถานะที่มีกัมมันตภาพรังสีน้อยกว่า เนื่องจากไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิต สั้นที่สุด จะสลายตัวเร็วที่สุด อนุภาคที่เล็กที่สุดสามารถไปถึงชั้นสตราโตสเฟียร์และคงอยู่ที่นั่นเป็นเวลาหลายสัปดาห์ หลายเดือน หรือแม้แต่หลายปี และปกคลุมซีกโลกทั้งหมดของโลกผ่านกระแสลมในชั้นบรรยากาศ ฝุ่นกัมมันตรังสีที่มีอันตรายสูงกว่าในระยะสั้นและเฉพาะที่ จะถูกสะสมส่วนใหญ่ตามทิศทางลมจากจุดระเบิด ในพื้นที่รูปทรงซิการ์ โดยสมมติว่าลมมีความแรงและทิศทางคงที่ ลมขวาง การเปลี่ยนแปลงทิศทางลม และปริมาณน้ำฝนเป็นปัจจัยที่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปแบบของฝุ่นกัมมันตรังสีได้อย่างมาก^{[ 17 ]}

การควบแน่นของหยดน้ำในเมฆรูปเห็ดขึ้นอยู่กับปริมาณของนิวเคลียสการควบแน่นหากมีนิวเคลียสการควบแน่นมากเกินไป จะยับยั้งการควบแน่น เนื่องจากอนุภาคจะแย่งชิงไอน้ำที่มีอยู่อย่างจำกัด ปฏิกิริยาทางเคมีของธาตุและออกไซด์ คุณสมบัติการดูดซับไอออน และความสามารถในการละลายของสารประกอบ มีอิทธิพลต่อการกระจายตัวของอนุภาคในสิ่งแวดล้อมหลังจากการตกสู่พื้นโลกจากชั้นบรรยากาศ การสะสม ทางชีวภาพมีอิทธิพลต่อการแพร่กระจายของไอโซโทปรังสีในชีว ภาค

อันตรายหลักจากกัมมันตรังสีตกค้างคือรังสีแกมมา จาก ไอโซโทปกัมมันตรังสีอายุสั้นซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของกัมมันตภาพรังสี ภายใน 24 ชั่วโมงหลังจากการระเบิด ระดับรังสีแกมมาจากกัมมันตรังสีตกค้างจะลดลง 60 เท่า ไอโซโทปกัมมันตรังสีอายุยืนยาวกว่า เช่นซีเซียม-137และสตรอนเทียม-90ก่อให้เกิดอันตรายในระยะยาว รังสีเบตาเข้มข้นจากอนุภาคกัมมันตรังสีตกค้างสามารถทำให้เกิดแผลไหม้จากรังสีเบตาแก่คนและสัตว์ที่สัมผัสกับกัมมันตรังสีตกค้างไม่นานหลังจากการระเบิด อนุภาคที่กลืนกินหรือสูดดมเข้าไปจะทำให้ได้รับ รังสีอัลฟาและเบตา ภายในร่างกาย ซึ่งอาจนำไปสู่ผลกระทบระยะยาว รวมถึงโรคมะเร็ง การฉายรังสีนิวตรอนในชั้นบรรยากาศทำให้ เกิดการกระตุ้นกัมมันตภาพรังสีเล็กน้อย ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอน-14 อายุยืนยาวและ อาร์กอน -41 อายุสั้น ธาตุที่สำคัญที่สุดสำหรับ การเหนี่ยวนำกัมมันตภาพรังสีในน้ำทะเลคือโซเดียม -24 คลอรีนแมกนีเซียมและโบรมีนสำหรับการระเบิดบนพื้นดิน ธาตุที่น่าเป็นห่วง ได้แก่อะลูมิเนียม -28, ซิลิคอน -31, โซเดียม-24, แมงกานีส -56, เหล็ก -59 และโคบอลต์ -60

เปลือกหุ้มระเบิดสามารถเป็นแหล่งสำคัญของไอโซโทปรังสีที่ถูกกระตุ้นด้วยนิวตรอนได้ ฟลักซ์นิวตรอนในระเบิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ มีปริมาณมากพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ ที่มีเกณฑ์สูง ไอโซโทปที่เกิดขึ้น ได้แก่ โคบอลต์-60, 57 และ 58, เหล็ก-59 และ 55, แมงกานีส-54, สังกะสี-65, อิตเทรียม-88 และอาจรวมถึงนิกเกล-58 และ 62, ไนโอเบียม-63, โฮลเมียม-165, อิริเดียม-191 และแมงกานีส-56, โซเดียม-24, ซิลิคอน-31 และอะลูมิเนียม-28 ที่มีอายุสั้น นอกจากนี้ยัง อาจมี ยูโรเปียม -152 และ 154 รวมถึงไอโซเมอร์นิวเคลียร์ สองชนิด ของโรเดียม -102 ด้วย ในระหว่างปฏิบัติการ Hardtackทังสเตน-185, 181 และ 187 และรีเนียม -188 ถูกผลิตขึ้นจากธาตุที่เติมเป็นสารติดตามลงในปลอกระเบิด เพื่อให้สามารถระบุฝุ่นกัมมันตรังสีที่เกิดจากการระเบิดเฉพาะได้แอนติโมนี-124แคดเมียม-109และแคดเมียม-113m ก็ถูกกล่าวถึงว่าเป็นสารติดตามเช่นกัน^{[ 9 ]}

แหล่งกำเนิดรังสีที่สำคัญที่สุดคือ ผลิตภัณฑ์จากการแตกตัวของนิวเคลียสในขั้นปฐมภูมิ และในกรณีของอาวุธแบบแตกตัว-หลอมรวม-แตกตัว คือ จากการแตกตัวของยูเรเนียมตัวเร่งปฏิกิริยาในขั้นหลอมรวม การระเบิดแบบเทอร์โมนิวเคลียร์จะปล่อยนิวตรอนออกมามากกว่าการระเบิดแบบแตกตัวของนิวเคลียสเพียงอย่างเดียว ซึ่งส่งผลต่อองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์จากการแตกตัวของนิวเคลียส ตัวอย่างเช่นยูเรเนียม-237เป็นตัวบ่งชี้การระเบิดแบบเทอร์โมนิวเคลียร์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เนื่องจากมันถูกผลิตขึ้นจากปฏิกิริยา (n,2n) จากยูเรเนียม-238โดยใช้พลังงานนิวตรอนขั้นต่ำประมาณ 5.9 MeV ปริมาณเนปทูเนียม-239 และยูเรเนียม-237 จำนวนมากเป็นตัวบ่งชี้ของการระเบิดแบบแตกตัว-หลอมรวม-แตกตัวของนิวเคลียส ยูเรเนียม-240 ในปริมาณเล็กน้อยก็เกิดขึ้นเช่นกัน และการจับนิวตรอนจำนวนมากโดยนิวเคลียสแต่ละตัวนำไปสู่การก่อตัวของธาตุทรานส์ยูเรเนียม ที่สูงกว่าในปริมาณเล็กน้อยแต่สามารถตรวจจับได้ เช่นไอน์สไตเนียม -255 และเฟอร์เมียม -255 ^{[ 9 ]}

หนึ่งในผลิตภัณฑ์ฟิสชันที่สำคัญคือคริปตอน-90 ซึ่งเป็น ก๊าซเฉื่อยที่มีกัมมันตรังสีมันแพร่กระจายได้ง่ายในเมฆและเกิดการสลายตัวสองครั้งเป็นรูบิเดียม-90 จากนั้นเป็นสตรอนเทียม-90โดยมีครึ่งชีวิต 33 วินาทีและ 3 นาที ความไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยาของก๊าซเฉื่อยและการแพร่กระจายอย่างรวดเร็วเป็นสาเหตุของการลดลงของสตรอนเทียม-90 ในฝุ่นกัมมันตรังสีในพื้นที่ และการเพิ่มขึ้นของสตรอนเทียม-90 ในฝุ่นกัมมันตรังสีในพื้นที่ห่างไกล^{[ 18 ]}

ระดับกัมมันตภาพรังสีของอนุภาคจะลดลงตามเวลา โดยไอโซโทปต่างๆ จะมีความสำคัญในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน สำหรับผลิตภัณฑ์จากการกระตุ้นดิน อะลูมิเนียม-28 เป็นตัวการสำคัญที่สุดในช่วง 15 นาทีแรก รองลงมาคือแมงกานีส-56 และโซเดียม-24 จนถึงประมาณ 200 ชั่วโมง จากนั้นเหล็ก-59 จะตามมาใน 300 ชั่วโมง และหลังจาก 100-300 วัน ตัวการสำคัญจะเปลี่ยนเป็นโคบอลต์-60

อนุภาคกัมมันตรังสีสามารถแพร่กระจายไปได้ในระยะทางไกลพอสมควร รังสีจากการทดสอบทรินิตี้ถูกชะล้างออกไปโดยพายุฝนในรัฐอิลลินอยส์เรื่องนี้ถูกสรุปและสืบหาที่มาได้เมื่ออีสต์แมน โกดักพบว่าฟิล์มเอ็กซ์เรย์เกิดฝ้าขึ้นเนื่องจาก บรรจุภัณฑ์ กระดาษแข็งที่ผลิตในมิดเวสต์ ลมที่พัดมา โดยไม่คาดคิดได้พัดพากัมมันตรังสีตกค้างจากการทดสอบ คาสเซิลบราโวในปริมาณที่ร้ายแรงไปยังเกาะรอนเกแลป ทำให้ต้องอพยพ ลูกเรือ ลูกเรือของ เรือประมงญี่ปุ่น ไดโกะ ฟุคุริว มารุซึ่งอยู่นอกเขตอันตรายที่คาดการณ์ไว้ ก็ได้รับผลกระทบเช่นกัน สตรอนเทียม-90 ที่พบในกัมมันตรังสีตกค้างทั่วโลกในภายหลังนำไปสู่ สนธิสัญญาห้ามทดสอบ นิวเคลียร์บางส่วน^{[ 16 ]}

รังสีเข้มข้นในช่วงไม่กี่วินาทีแรกหลังจากการระเบิดอาจทำให้เกิดออร่าเรืองแสง ที่สังเกตได้ ซึ่งเป็นแสงเรืองสีน้ำเงินม่วงของออกซิเจนและไนโตรเจน ที่แตกตัวเป็น ไอออนในระยะไกลจากลูกไฟ ล้อมรอบส่วนหัวของเมฆรูปเห็ดที่กำลังก่อตัว^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} แสงนี้มองเห็นได้ง่ายที่สุดในเวลากลางคืนหรือในสภาพที่มีแสงแดดอ่อนๆ^{[ 7 ]} ความสว่างของแสงเรืองจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไปนับตั้งแต่การระเบิด จนแทบมองไม่เห็นหลังจากผ่านไปไม่กี่สิบวินาที^{[ 22 ]}

เมฆรูปเห็ดนิวเคลียร์มักมาพร้อมกับเมฆไอระเหยที่มีอายุสั้น ซึ่งรู้จักกันในชื่อต่างๆ เช่น "เมฆวิลสัน" เมฆควบแน่นหรือวงแหวนไอระเหย "เฟสลบ" ที่ตามมาหลังจากความดันเกินบวกหลังแนวปะทะคลื่นกระแทกทำให้ตัวกลางโดยรอบเบาบางลงอย่างฉับพลัน บริเวณความดันต่ำนี้ทำให้เกิดการลดลงของอุณหภูมิแบบอะเดียแบติก ทำให้ความชื้นในอากาศควบแน่นเป็นเปลือกที่เคลื่อนที่ออกไปรอบๆ การระเบิด เมื่อความดันและอุณหภูมิกลับสู่ปกติ เมฆวิลสันก็จะสลายไป^{[ 23 ]}นักวิทยาศาสตร์ที่สังเกตการณ์การทดสอบนิวเคลียร์ปฏิบัติการครอสโรดส์ในปี 1946 ที่อะทอลล์บิกินีตั้งชื่อเมฆชั่วคราวนั้นว่า "เมฆวิลสัน" เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับห้องเมฆ วิลสัน ห้องเมฆใช้การควบแน่นจากการลดลงของความดันอย่างรวดเร็วเพื่อทำเครื่องหมายเส้นทางของอนุภาคย่อยอะตอมที่ มีประจุไฟฟ้า นักวิเคราะห์การทดสอบระเบิดนิวเคลียร์ในภายหลังใช้คำว่า "เมฆควบแน่น" ทั่วไปมากกว่าคำว่า "เมฆวิลสัน"

ปรากฏการณ์การควบแน่นแบบเดียวกันนี้บางครั้งก็พบเห็นได้เหนือปีกของเครื่องบินไอพ่นที่ระดับความสูงต่ำในสภาวะที่มีความชื้นสูง ด้านบนของปีกเป็นพื้นผิวโค้ง ความโค้ง (และความเร็วลมที่เพิ่มขึ้น) ทำให้ความดันอากาศลดลงตามกฎของเบอร์นูลลีการลดลงของความดันอากาศนี้ทำให้เกิดการเย็นตัว และเมื่ออากาศเย็นลงต่ำกว่าจุดน้ำค้างไอน้ำจะควบแน่นออกจากอากาศ กลายเป็นหยดน้ำซึ่งมองเห็นได้เป็นเมฆสีขาว ในทางเทคนิคแล้ว "เมฆวิลสัน" ยังเป็นตัวอย่างหนึ่งของภาวะเอกฐานของแพรนดท์ล-เกลาเอิร์ตในอากาศพลศาสตร์ อีกด้วย

รูปร่างของคลื่นกระแทกได้รับอิทธิพลจากการเปลี่ยนแปลงของความเร็วเสียงตามระดับความสูง และอุณหภูมิและความชื้นของชั้นบรรยากาศต่างๆ จะเป็นตัวกำหนดลักษณะของเมฆวิลสัน วงแหวนควบแน่นรอบๆ หรือเหนือลูกไฟเป็นลักษณะที่พบเห็นได้ทั่วไป วงแหวนรอบลูกไฟอาจมีความเสถียรและกลายเป็นวงแหวนรอบลำต้นที่พุ่งขึ้น การระเบิดที่มีพลังงานสูงทำให้เกิดกระแสลมขึ้น อย่างรุนแรง ซึ่งความเร็วลมอาจสูงถึง 300 ไมล์ต่อชั่วโมง (480 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) การดึงอากาศที่มีความชื้นสูงขึ้น ประกอบกับการลดลงของความดันและอุณหภูมิที่เกี่ยวข้อง นำไปสู่การก่อตัวของกระโปรงและระฆังรอบลำต้น หากหยดน้ำมีขนาดใหญ่พอ โครงสร้างเมฆที่พวกมันก่อตัวอาจหนักพอที่จะตกลงมาได้ ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถสร้างลำต้นที่พุ่งขึ้นโดยมีระฆังที่ตกลงมาอยู่รอบๆ ได้ การแบ่งชั้นของความชื้นในบรรยากาศ ซึ่งเป็นสาเหตุของการปรากฏของวงแหวนควบแน่นแทนที่จะเป็นเมฆทรงกลม ยังมีอิทธิพลต่อรูปร่างของสิ่งผิดปกติจากการควบแน่นตามลำต้นของเมฆเห็ด เนื่องจากกระแสลมขึ้นทำให้เกิดการไหลแบบราบเรียบ ปรากฏการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นเหนือยอดเมฆ โดยการขยายตัวของเมฆที่ลอยขึ้นจะผลักชั้นอากาศอุ่นชื้นระดับต่ำขึ้นไปสู่ชั้นอากาศเย็นระดับสูง ส่งผลให้ไอน้ำในอากาศควบแน่นก่อน แล้วจึงทำให้หยดน้ำที่เกิดขึ้นแข็งตัวกลายเป็นแผ่นน้ำแข็ง (หรือไอซ์แคป ) ซึ่งมีลักษณะและกลไกการก่อตัวคล้ายกับเมฆ ผ้าพันคอ

โครงสร้างผสมที่เกิดขึ้นอาจมีความซับซ้อนมาก เมฆคาสเซิลบราโวมีวงแหวนควบแน่น 4 วง, แผ่นน้ำแข็ง 3 แผ่น, กระโปรงเมฆ 2 ชั้น และระฆัง 3 อัน ในช่วงต่างๆ ของการก่อตัว

• 
  ภาพกลุ่มควันรูปเห็ดจากการทดสอบ ระเบิดไฮโดรเจนคาสเซิลบราโว ขนาด 15 เมกะตันแสดงให้เห็นวงแหวนการควบแน่นหลายวง เมื่อวันที่ 1 มีนาคม 1954
• 
  กลุ่มควันรูปเห็ดจากการทดสอบ ระเบิดไฮโดรเจนคาสเซิลโรมีโอ ขนาด 11 เมกะตันแสดงให้เห็นวงแหวนการควบแน่นที่เด่นชัด
• 
  กลุ่มควันรูปเห็ดจาก การทดสอบระเบิดไฮโดรเจนแคสเซิลยูเนียนขนาด 6.9 เมกะตัน แสดงให้เห็นวงแหวนการควบแน่นหลายวง
• 
  ภาพแสดงมวลน้ำจาก การทดสอบนิวเคลียร์ใต้น้ำ " ครอสโรดส์ เบเกอร์"ขนาด 21 กิโลตัน แสดงให้เห็น เมฆวิลสันทรงกลมที่เด่นชัด
• 
  กลุ่มควันรูปเห็ดจากการทดสอบระเบิด นิวเคลียร์ที่กรีนเฮาส์ จอร์จขนาด 225 กิโลตันแสดงให้เห็นลักษณะคล้ายระฆังที่พัฒนาอย่างสมบูรณ์

ภาพแสดงการก่อตัวของกลุ่มควันรูปเห็ดจาก การทดสอบนิวเคลียร์ Tumbler-Snapper Dog ควันไฟที่เห็นทางด้านซ้ายของจุดระเบิดนั้นเป็นควันพุ่งขึ้นในแนวดิ่งเพื่อสังเกตคลื่นกระแทกจากการระเบิด และไม่เกี่ยวข้องกับกลุ่มควันรูปเห็ดแต่อย่างใด

• เทคนิคมายากลเชือก

• Glasstone, SamuelและDolan, Philip J. ผลกระทบของอาวุธนิวเคลียร์ฉบับที่ 3 วอชิงตัน ดี.ซี.: กระทรวงกลาโหมและสำนักงานวิจัยและพัฒนาพลังงานแห่งสหรัฐอเมริกา, 1977 (โดยเฉพาะ"การพัฒนาตามลำดับเวลาของการระเบิดกลางอากาศ"และ "คำอธิบายเกี่ยวกับการระเบิดกลางอากาศและบนพื้นผิว" ในบทที่ 2)
• ไวจ์, โจนาธาน. กลไกที่ชั้นบรรยากาศปรับตัวต่อเหตุการณ์ระเบิดขนาดใหญ่มาก , 2001.

ลองค้นหาคำว่า "เมฆรูปเห็ด"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์เมฆเห็ด

• หอจดหมายเหตุอาวุธนิวเคลียร์ของแครี่ ซับเล็ตต์มีภาพถ่ายกลุ่มควันรูปเห็ดอยู่มากมาย
• สำนักงาน DOE ประจำเนวาดามีภาพถ่ายมากมายเกี่ยวกับการทดสอบนิวเคลียร์ที่ดำเนินการ ณสถานที่ทดสอบเนวาดาและสถานที่อื่นๆ
• ภาพถ่ายชุด " หลอดไฟลุกไหม้" โดยเควิน ไทสโกเอตเตอร์ แสดงให้เห็นโครงสร้างกลุ่มควันรูปเห็ดละเอียดที่เกิดจากไส้หลอดไฟที่ลุกไหม้ในอากาศ