Понятие и классификация взрывов. Взрывчатые вещества и взрывоопасные объекты
Впервые задача изучения физической сущности взрыва была поставлена М.В. Ломоносовым. В работе «О природе и рождении селитры», написанной в 1748 г., он дает определение взрыва, как очень быстрого выделения значительного количества энергии и большого объема газов.
Взрывом называется процесс очень быстрого(сверхзвукового) физического или химического перехода вещества или группы веществ изодного состояния в другое, сопровождающееся весьма быстрым переходом потенциальной энергии исходного вещества в кинетическую энергию, способную совершать механическую работу.
Явление взрыва в таких его проявлениях, как грозовой разряд, извержение вулкана известно человечеству с незапамятных времен. Несколько позднее люди научились изготовлять взрывчатые составы и использовать взрыв в своих целях. Однако для формирования правильного представления о сущности явления, именуемого взрывом, потребовались значительные успехи в развитии естественных наук.
Характерным признаком взрыва является крайне быстрое появление или, точнее, проявление действия давления, как правило, очень большого.
По характеру процесса протекания взрывов их принято классифицировать на:
ФИЗИЧЕСКИЕ – при которых только происходит физическое преобразование вещества (беспламенное взрывание помощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых котлов, баллоны со сжиженным газом, электрические разряды) т.е.при физическом взрыве энергия выделяется в результате физического процесса.
Физический взрыв находит применение в угледобывающей промышленности в виде патронов аэрдокс , в которых для разрушения среды используют энергию сжатого воздуха.
ХИМИЧЕСКИЕ – при которых происходит чрезвычайно быстрые изменения химического состава веществ, участвующих в реакции с выделением тепла и газов (взрыв метана, угольной пыли, ВВ).
При химическом взрыве энергия выделяется в результате быстрой химической реакции. Этому типу взрыва можно дать следующее определение: взрывом называется быстрое химическое превращение взрывчатого вещества, протекающее с выделением тепла и образованием газов.
Из этого определения вытекают четыре основных условия, которым должна удовлетворять химическая реакция для того, чтобы она могла протекать в форме взрыва:
· экзотермичность (выделение тепла),
· образование газов,
· большая скорость реакции,
· способность к самораспространению.
Если хотя бы одно из этих условий не выполняется - взрыва не произойдет.
Химическое превращение взрывчатых веществ и смесей может протекать в различных формах, основными из которых являются:
· медленное химическое превращение (разложение вещества);
· горение;
· детонация.
При медленном химическом превращении реакция разложения протекает одновременно во всем объеме вещества, находящимся при одинаковой температуре, практически равной температуре окружающей среды. Скорость реакции соответствует этой температуре и во всех точках масса ВВ одинакова. При нагревании ВВ его температура возрастает не только за счет внешнего нагрева, но и за счет тепла, выделяющегося при химической реакции разложения. При определенных условиях эта реакция может стать самоускоряющейся, в результате чего ВВ быстро превратится в сжатые газы почти одновременно по всему объему. Произойдет тепловой взрыв ВВ, который может служить примером гомогенного (однородного) взрыва. Однако практически гомогенный взрыв неосуществим из-за неравномерного теплоотвода из ВВ, так как в веществе всегда имеет место возникновение одного или нескольких очагов горения, из которых горение затем распространяется на остальную массу ВВ.
Основой современной взрывной техники является использование самораспространяющегося взрывчатого превращения. При этой форме взрыва химическое превращение, начавшееся в какой-либо точке заряда, самопроизвольно распространяется до его границ. Способность химической реакции в самораспространению, является, характерной особенностью этой формы взрыва.
Самораспространяющееся взрывчатое превращение возможно при горении и детонации ВВ. В обоих случаях имеется фронт химического превращения - относительно узкая зона, в которой происходит интенсивная химическая реакция, распространяющаяся по веществу с некоторой скоростью. Впереди этой зоны находится исходное ВВ, позади нее - продукты превращения
Температуры впереди фронта, позади него и в самой зоне химической реакции существенно различаются; имеет место также неравенство давлений и плотности.
Скорость реакции, точнее, линейная скорость перемещения фронта процесса зависит в основном не от начальной температуры вещества, а от количества выделяющейся при реакции энергии, условий передачи ее непрореагировавшему веществу и кинетических характеристик возникающего в нем при этой передаче химического превращения. Так как механизм передачи энергии при горении и детонации различен (при горении тепловая энергия передается за счет теплопроводности, при детонации основную роль играет ударная волна), скорость распространения процесса также различается и при горении не превышает для конденсированных ВВ нескольких сантиметров в секунду, а при детонации составляет километры в секунду.
В соответствии с различием в скорости распространения процесса разрушающее действие при разных формах превращения ВВ существенно отличается.
Медленное превращение только в замкнутом объеме может привести к повышению давления вплоть до разрыва оболочки.
Горение также способно значительно повысить давление лишь в замкнутом или полузамкнутом объеме. Соответственно этот процесс используют в тех случаях, где слишком большое давление нежелательно (ракетные камеры, огнестрельное оружие и т. п.).
ЯДЕРНЫЕ – при которых происходят цепные реакции деления ядер с образованием новых элементов. В настоящее время реализуются два вида выделения атомной энергии при взрыве:
· превращение тяжелых ядер в более легкие (радиоактивный распад и деление атомных ядер урана и плутония);
· образование из легких ядер более тяжелые (синтез атомных ядер).
При взрывных работах в промышленности применяются химические взрывы.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Государственный Университет Управления»
Кафедра управления природопользованием и экологической безопасностью
Специальность Экономика
Специализация Финансы, денежное обращение и кредит
Форма обучения: очная
Реферат. Н а тему:
«Факторы опасности, меры предупреждения и действия населения при пожарах и взрывах»
По дисциплине «Безопасность Жизни Деятельности»
Исполнитель
Студент 1 курса 4 группы __________ ____Пак Р.В __________
(подпись) (фамилия и инициалы)
Руководитель
Кандидат экономических наук, доцент ______ _Зозуля П.В.________ (ученая степень, звание) (подпись) (фамилия и инициалы)
Москва 2011
Введение………………………………………………………………….. 2
1) Общие понятия факторов опасности……………………..............3
а) пожары……………………………………………………………3
б)взрывы и классификация взрывов………………………………4
2) Причины возникновения пожаров и взрывов и их последствия..7
3) Факторы опасности…………………………………………………9
4) Взрывы и их последствия………………………………………11
5) Виды пожаров…………………………………………………….12
6) Сильнодействующие ядовитые вещества………………………17
7) Первая помощь при пожарах и ожогах………………………….18
8) Действия населения при пожарах и взрывах……………………19
Заключение
Введение
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. На рубеже 21 века человечество всё больше и больше ощущает на себе проблемы, возникающие при проживании в высокоиндустриальном обществе. Опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Практически ежедневно в различных уголках нашей планеты возникают пожары и взрывы. О которых сообщают средства массовой информации. Наносящий большой материальный ущерб и связанный с гибелью людей, а так же ущерб окружающей среде, психологический эффект и.т.д. По химической природе это разновидности неконтролируемого горения
Огонь угрожал людям с момента его появления на Земле, и столь же долго пытаются найти защиту от него. Он продолжает уничтожать огромные материальные ценности, как в ранние времена, так и в настоящее время. За беспечность, непочтительное отношение к огню, человечество расплачивается тысячами жизней. Сегодня никто не может сказать: «Мы потушили последний пожар и предотвратили последний взрыв, других не будет!». Умение пользоваться огнем дало человеку ощущение независимости от циклической смены тепла и холода, света и тьмы. В то же время всем известен дуализм природы огня на человека и его среду обитания. Вышедший из под контроля огонь способен вызвать огромные разрушительные, а также смертоносные последствия. К таким проявлениям огненной стихи относятся пожары.
Понятия факторов опасности, мер предупреждений при пожарах и взрывах
Пожары и взрывы являются распространенными чрезвычайными событиями в индустриальном обществе. Пожары и химические взрывы объединяет то, что в их основе лежит процесс горения. Отличие взрыва от пожара заключается в том, что при взрыве скорость распространения пламенного горения достигает 10-100 м/с, температура – несколько тысяч градусов, давление газов (в ударной волне) возрастает во много раз.
Пожар - неконтролируемый процесс горения вне специального очага, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей. В России каждые 4-5 минут вспыхивает пожар и ежегодно погибает от пожаров около 12 тысяч человек.
Основными причинами пожара являются: неисправности в электрических сетях, нарушение технологического режима и мер пожарной безопасности (курение, разведение открытого огня, применение неисправного оборудования, тепловое излучение, высокая температура, отравляющее действие дыма (продуктов сгорания: окиси углерода и др.) и снижение видимости при задымлении. Критическими значениями параметров для человека, при длительном воздействии указанных значений опасных факторов пожара, являются:
1 температура – 70ºС;
1 плотность теплового излучения – 1,26 кВт/м²;
2 концентрация окиси углерода – 0,1% объема;
3 видимость в зоне задымления – 6-12 м.
Пожар опасен для человеческого организма как непосредственно – поражение в результате воздействия огня и высоких температур, так и косвенно – в побочных эффектах пожара (удушье вследствие вдыхания дыма или крушение здания из-за высокой температуры, расплавляющей его фундамент).
Пожар может стать чрезвычайным событием сам по себе, либо быть вызванным иным бедствием (землетрясение, распространение опасных веществ и так далее). Ущерб, причинённый крупным пожаром, требует долгого восстановительного периода (восстановление сожжённого леса может занять несколько десятков лет), а может быть и необратимым.
Взрывы. Классификация взрывов по происхождению выделившейся энергии
ВЗРЫВ – это горение, сопровождающееся освобождением большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. Взрыв приводит к образованию и распространению со сверхзвуковой скоростью взрывной ударной волны (с избыточным давлением более 5 кПа), оказывающей ударное механическое воздействие на окружающие предметы.
Основными поражающими факторами взрыва являются воздушная ударная волна и осколочные поля, образуемые летящими обломками различного рода объектов, технологического оборудования, взрывных устройств.
Классификация взрывов по происхождению выделившейся энергии:
Химические;
Физические;
Взрывы ёмкостей под давлением (баллоны, паровые котлы);
Взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости (BLEVE);
Взрывы при сбросе давления в перегретых жидкостях;
Взрывы при смешивании двух жидкостей, температура одной из которых намного превышает температуру кипения другой;
Кинетические (падение метеоритов);
Ядерные
Электрические (например, при грозе).
1.2.1 Химические взрывы
Единого мнения о том, какие именно химические процессы следует считать взрывом, не существует. Это связано с тем, что высокоскоростные процессы могут протекать в виде детонации или дефлаграции (горения). Детонация отличается от горения тем, что химические реакции и процесс выделения энергии идут с образованием ударной волны, и вовлечение новых порций взрывчатого вещества в химическую реакцию происходит на фронте ударной волны, а не путём теплопроводности и диффузии, как при горении. Как правило, скорость детонации выше скорости горения, однако это не является абсолютным правилом. Различие механизмов передачи энергии и вещества влияют на скорость протекания процессов и на результаты их действия на окружающую среду, однако на практике наблюдаются самые различные сочетания этих процессов и переходы детонации в горение и обратно. В связи с этим обычно к химическим взрывам относят различные быстропротекающие процессы без уточнения их характера.
Существует более жёсткий подход к определению химического взрыва как исключительно детонационному. Из этого условия с необходимостью следует, что при химическом взрыве, сопровождаемом окислительно-восстановительной реакцией (сгоранием), сгорающее вещество и окислитель должны быть перемешаны, иначе скорость реакции будет ограничена скоростью процесса доставки окислителя, а этот процесс, как правило, имеет диффузионный характер. Например, природный газ медленно горит в горелках домашних кухонных плит, поскольку кислород медленно попадает в область горения путём диффузии. Однако, если перемешать газ с воздухом, он взорвётся от небольшой искры - объёмный взрыв.
Индивидуальные взрывчатые вещества, как правило, содержат кислород в составе своих собственных молекул, притом, их молекулы, по сути, метастабильные образования. При сообщении такой молекуле достаточной энергии (энергии активации) она самопроизвольно диссоциирует на составляющие атомы, из которых образуются продукты взрыва, с выделением энергии, превышающей энергию активации. Подобными свойствами обладают молекулы нитроглицерина, тринитротолуола и др. Нитраты целлюлозы (бездымный порох), чёрный порох, который состоит из механической смеси горючего вещества (древесный уголь) и окислителя (различные селитры), в обычных условиях не склонны к детонации, но их по традиции относят к взрывчатым веществам.
1.2.2 Ядерные взрывы
Ядерный взрыв - это неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной ядерной реакции расщепления атома или реакции термоядерного синтеза. Искусственные ядерные взрывы в основном используются в качестве мощнейшего оружия, предназначенного для уничтожения крупных объектов и скоплений (однако единственное военное применение ядерного оружия было против мирного населения (Хиросима и Нагасаки)) войск противника.
Взрыв - весьма быстрый переход потенциальной энергии в механическую работу.
Взрывы: Электрический, Кинетический, Физический(взрыв баллонов) ,Атомный(выделение большого кол-ва тепла за счет цепной реакции), Химический взрыв(за счет помещенной внутрь энергии, которая преврщется в энергию сильносжатых газов за счет хим. реакций)
Энергия - способность тела совершать работу. Работа – Величина, измеряющая количество энергии превращения из одной формы в другую. Мощность – работа, проделанная за единицу времени.
Взрывчатые материалы – представляют собой относительно неустойчивую термодинамическими свойствами систему, способную, под влиянием внешних воздействий, производить протекание изотермических превращений с образованием большого количества разогретых материалов.
Возможность химического взрыва определяется четырьмя условиями:
1) большой скоростью химического превращения;
2) экзотермичностью его;
3) наличием газов или паров в продуктах взрыва;
4) способностью реакции к самораспространению. Скорость химического превращения. Для небольших зарядов.
3. Классификация взрывчатых процессов
классификация взрывчатых процессов: а) Медленное химическое разложение;
б) взрыв (физический или/и химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов.)
в) детонация (режим горения, в котором по веществу распространяется ударная волна, инициирующая химические реакции горения, в свою очередь, поддерживающие движение ударной волны за счёт выделяющегося в экзотермических реакциях тепла.).
г) горение(сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла)
Процесс протекает со скоростью звука в этом веществе- до 1000 м/с, в то время, как взрыв и детонация больше скорости звука
Медленное термическое превращение, горение и детонация - связаны между собою как по сущности происходящих при них процессов, так и генетически. Медленное химическое превращение может в определенных условиях приводить к возникновению горения, горение может переходить в детонацию; возможен также и переход детонации в горение.
4.Классификация вм.
Все взрывчатые вещества, применяемые или применявшиеся в практике, разделяются на три группы:
I группа -метательные BB, или пороха;
II группа - бризантные, или дробящие взрывчатые вещества;
III группа - инициирующие взрывчатые вещества.
I группа. Метательные BB, или пороха. К этой группе относятся вещества, характеризующиеся быстрым горением и пригодные для сообщения пуле или снаряду движения в канале ствола оружия или орудия. Со времени второй мировой войны пороха широко применяются для сообщения движения реактивным снарядам.
Метательные BB, или пороха, делятся на следующие классы:
1-й класс. Механические смеси. К механическим смесям относятся дымный, или черный порох и различные смеси типа черного пороха, например, смеси с натриевой селитрой.
В настоящее время дымный порох не применяется для стрельбы в артиллерии. Он применяется в военном деле для изготовления воспламенителей пороховых зарядов, в качестве вышиб-ного заряда шрапнелей, для запрессовки в дистанционные кольца, для изготовления огнепроводного шнура и других целен. Пороха на натриевой селитре в военном деле не применяются вследствие их физической нестойкости (сильной гигроскопичности). К классу смесей относятся также так называемые селтроугольные добавки, т. е. смеси аммиачной селитры с углем, служившие во время первой мировой войны для частичной замены бездымного пороха в пороховых зарядах. 2-й класс. Коллоидные, или бездымные пороха.
Бездымные
1 Изложенная здесь классификация обнимает лишь практически применяемые взрывчатые вещества. Поэтому в нее не входят такие взрывчатые вещества, как газообразные взрывчатые смеси, сверхчувствительные взрывчатые вещества и т. д.
2 Для большинства порохов этого класса название «бездымные», строго говоря, применяется неправильно: это - малодымные пороха. Вначале это название оправдывалось сравнением коллоидного пороха с черным; при современной технике даже небольшая дымность большинства коллоидных порохов нежелательна, так как демаскирует расположение орудий, и ее стремятся устранить.
В зависимости от природы растворителя коллоидные пороха делятся на две категории:
1. Пироксилиновые пороха, изготовляемые с участием летучего растворителя, в значительной мере удаляемого из пороха б последующих фазах его производства.
2. Пороха на труднолетучем или нелетучем растворителе, полностью остающемся в порохе.
II группа. Бризантные, или дробящие взрывчатые вещества. Для веществ этой группы преимущественным видом взрывчатого превращения является детонация; они применяются для снаряжения разрывных снарядов (предназначенных для разрушения целей или уничтожения осколками живой силы противника) и для подрывных или взрывных работ.
Бризантные BB делятся на следующие классы:
1-й класс. Азотнокислые эфиры углеводов или спиртов и взрывчатые вещества, приготовленные на их основе. (пироксилин, нитроглицерин, нитрогликоль, тетранитропентаэритрит, или тэн)
2-й класс. Нитросоединения. Они представляют собой важнейший класс бризантных BB и применяются для снаряжения артиллерийских снарядов, авиабомб, противотанковых и противопехотных мин, ручных гранат и других боеприпасов.
3-й класс. Взрывчатые смеси. Взрывчатые смеси относятся к так называемым суррогатным взрывчатым веществам. Сюда относятся аммиачноселитренные взрывчатые вещества, хлоратные и перхлоратные взрывчатые вещества (хлоратиты и перхлоратиты), оксиликвиты и другие смеси с жидкими окислителями.
Аммиачноселитренные взрывчатые вещества представляют собой важнейшую категорию класса взрывчатых смесей. (Аммотол, Шнейдерит, Маисит)
Только применение этих взрывчатых веществ позволило разрешить во время двух мировых войн задачу обеспечения армий взрывчатыми веществами в огромных количествах и по пониженной стоимости сравнительно с чистыми нитросоединениями.
III группа . Инициирующие взрывчатые вещества. Инициирующие BB характеризуются тем, что они либо взрываются от простых видов внешнего воздействия - луча пламени, накола, трения, причем способны вызвать взрыв (детонацию) бризантных взрывчатых веществ.
Характерным отличием инициирующих BB, применяемых для детонирования бризантных BB, является короткий период нарастания скорости детонации.
Бризантные взрывчатые вещества иногда называют вторичными в отличие от первичных - инициирующих взрывчатых веществ. Это отличие заключается в том, что вторичные BB в условиях их применения не могут быть надежно взорваны простым внешним воздействием (лучом пламени, наколом, трением и т. п.) -
Важнейшими представителями инициирующих веществ являются следующие:
1) гремучая ртуть и ртутная соль гремучей кислоты;
2) азид свинца PbN0 - свинцовая соль азотистоводородной кислоты HN,.;
3) тринитрорезорцпнат свинца
освобождение большого количестваэнергиивограниченном объеме за короткий промежуток времени. В. приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, к-рый при расширении оказывает механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела. В твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением. В. осуществляется чаще всего за счет освобождения химической энергии взрывчатых веществ.
Отличное определение
Неполное определение ↓
Взрыв
быстрое преобразование вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу. В окружающей среде распространяется взрывная волна. Количество выделившейся при в. Энергии определяет масштаб (объем, площадь) разрушений. Величина концентрации энергии в единице объема определяет интенсивность разрушений в очаге взрыва. Давление взрыва, кпамасштаб повреждения зданий 100полное разрушение зданий 5350%-ное разрушение зданий 28среднее повреждение зданий 12умеренное повреждение зданий (повреждение Внутренних перегородок, рам, дверей и т. П.) 3малое повреждение зданий (разбита часть Остекления) Давление взрыва 5 кпа, характеризующее нетравмоопасное повреждение человека, принято в качестве п о г р а н и ч н о й в е л и ч и н ы при определении категории помещений и зданий, наружных установок. При давлении в. Ниже 5 кпа помещение, здание, наружная установка не относятся к категории а или в по взрывопожароопасности. При диффузионном горении твердых и жидких веществ (материалов) в условиях пожара в. Не реализуется. Однако при накоплении в замкнутом объеме продуктов термической и термоокислительной деструкции (водород, метан, оксид углерода и др.) В. Может произойти. Примером служат в. Силосов и бункеров на элеваторах, комбикормовых заводах. При самонагревании и последующем самовозгорании растительного сырья продукты разложения аккумулируются в выгоревших полостях и при обрушениях сводов воспламеняются со в. П р о е к т и р у е м ы е В. Применяют в военном деле, горном деле, строительстве и др.
Взрыв – это быстро протекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная привести или приводящая к возникновению чрезвычайной ситуации техногенного характера. В результате взрыва вещество, заполняющее объем, превращается в сильно нагретый газ или плазму с очень высоким давлением, что обуславливает образование и распространение в окружающей среде ударной волны. Взрыв происходит при химических реакциях, электрическом разряде, воздействии луча света (от квантового генератора) на различные материалы, ядерных реакциях деления и синтеза.
Взрыв применяют в военном (при ведении военных действий) и горном деле (при добыче полезных ископаемых), в строительстве (при создании фундаментов и разрушении старых сооружений), машиностроении (взрывная сварка, взрывное штампование), нефтегазохимии (при выполнении технологических операций, создании подземных хранилищ), при уничтожении химически и биологически опасных веществ и др.
В последнее время взрывы стали одним из основных видов террористических воздействий. Поражающими факторами взрывов являются ударная световая, тепловая и радиационная волны, способные создать угрозу жизни и здоровью людей, нанести ущерб хозяйственным и иным объектам и стать источником чрезвычайных ситуаций.
Читайте дополнительный материал:
Различают несколько видов взрывов:
- физический взрыв – вызываемый изменением физического состояния вещества. В результате такого взрыва вещество превращается в газ с высоким давлением и температурой;
- химический взрыв – вызываемый быстрым химическим превращением веществ, при котором потенциальная химическая энергия переходит в тепловую и кинетическую энергию расширяющихся продуктов взрыва;
- ядерный взрыв – мощный взрыв, вызванный высвобождением ядерной энергии либо быстро развивающейся цепной реакцией деления тяжелых ядер, либо термоядерной реакцией синтеза ядер гелия из более легких ядер;
- – произошедший в результате нарушения технологии производства, ошибок обслуживающего персонала либо ошибок, допущенных при проектировании;
- взрыв пылевоздушной смеси – когда первоначальный инициирующий импульс способствует возмущению пыли или газа, что приводит к последующему мощному взрыву;
- взрыв сосуда под высоким давлением – взрыв сосуда, в котором в рабочем состоянии хранятся сжатые под высоким давлением газы или жидкости, либо взрыв, в котором давление возрастает в результате внешнего нагрева или самовоспламенения образовавшейся смеси внутри сосуда;
- объемный взрыв – детонационный или дефлаграционный взрыв газовоздушных, пылевоздушных и пылегазовых облаков.
В результате взрыва. образующиеся сильно нагретый газ или плазма с очень высоким давлением с большой силой воздействуют на окружающую среду, вызывая ее движение. Порожденное взрывом движение, при котором происходит резкое повышение давления, плотности и температуры среды, называют взрывной волной. Фронт взрывной волны распространяется по среде с большой скоростью, в результате чего область, охваченная движением, быстро расширяется. Возникновение взрывной волны является характерным следствием взрыва в различных средах.
Если среда отсутствует, т.е. взрыв происходит в вакууме, энергия переходит в кинетическую энергию разлетающихся во все стороны с большой скоростью продуктов взрыва. Посредством взрывной волны (или разлетающихся продуктов в вакууме) взрыва производит механическое воздействие на объекты, расположенные на различных расстояниях от места взрыва.
По мере удаления от места взрыва механическое воздействие взрывной волны ослабевает. Разнообразные виды взрывов различаются физической природой источника энергии и способом ее освобождения. Типичными примерами являются взрывы химических взрывчатых веществ. Они обладают способностью к быстрому химическому разложению, при котором энергия межмолекулярных связей выделяется в виде теплоты. Для них характерно увеличение скорости химического разложения при повышении температуры. При сравнительно низкой температуре химическое разложение протекает очень медленно, так что взрывные вещества в течение длительного времени может не претерпевать заметного изменения в своем состоянии. В этом случае между взрывчатыми веществами и окружающей средой устанавливается тепловое равновесие, при котором непрерывно выделяющиеся небольшие количества теплоты отводятся за пределы вещества посредством теплопроводности.
Если создаются условия, при которых выделяющаяся теплота не успевает отводиться за пределы взрывчатого вещества, то благодаря повышению температуры развивается самоускоряющийся процесс химического разложения, который называется тепловым взрывом. В связи с тем, что теплота отводится через внешнюю поверхность взрывчатого вещества, а ее выделение происходит во всем объеме вещества, тепловое равновесие может быть также нарушено при увеличении общей массы взрывчатого вещества. Это обстоятельство учитывается при хранении взрывчатых веществ.
Возможен иной процесс осуществления взрыва, при котором химическое превращение распространяется по взрывному веществу последовательно, от слоя к слою в виде волны. Движущийся с большой скоростью передний фронт такой волны представляет собой ударную волну – резкий (скачкообразный) переход вещества из исходного состояния в состояние с очень высокими давлением и температурой. Взрывное вещество, сжатое ударной волной, оказывается в состоянии, при котором химическое разложение протекает очень быстро.
В результате область, в которой освобождается энергия, оказывается сосредоточенной в тонком слое, прилегающем к поверхности ударной волны. Выделение энергии обеспечивает сохранение высокого давления в ударной волне на постоянном уровне. Процесс химического превращения взрывного вещества, который вводится ударной волной и сопровождается быстрым выделением энергии, называется детонацией. Детонационные волны распространяются по взрывным веществам с очень большой скоростью, всегда превышающей скорость звука в исходном веществе. Например, скорости волн детонации в твердых взрывных веществах составляют несколько км/с. Тонна твердого взрывчатого вещества может превратиться таким способом в плотный газ с очень высоким давлением за 10-4 с. Давление в образующихся при этом газах превосходит в несколько сотен тысяч раз атмосферное. Действие взрыва химического взрывного вещества может быть усилено в определенном направлении путем применения зарядов взрывчатых веществ специальной формы.
К В., связанным с более фундаментальными превращениями веществ, относятся ядерные. При ядерном взрыве происходит превращение атомных ядер исходного вещества в ядра др. элементов, которое сопровождается освобождением энергии связи элементарных частиц (протонов и нейтронов), входящих в состав атомного ядра.
Основан на способности определенных изотопов тяжелых элементов урана или плутония к делению, при котором ядра исходного вещества распадаются, образуя ядра более легких элементов. При делении всех ядер, содержащихся в 50 г урана или плутония, освобождается такое же количество энергии, как и при детонации 1000 т тринитротолуола, так что ядерное превращение способно произвести взрыв огромной силы. Деление ядра атома урана или плутония может произойти в результате захвата ядром одного нейтрона. Существенно, что в результате деления возникает несколько новых нейтронов, каждый из которых может вызвать деление других ядер.
В результате число делений будет очень быстро нарастать (по закону геометрической прогрессии). Если принять, что при каждом акте деления число нейтронов, способных вызвать деление др. ядер, удваивается, то менее чем за 90 актов деления образуется такое количество нейтронов, которого достаточно для деления ядер, содержащихся в 100 кг урана или плутония. Время, необходимое для деления этого количества вещества, составит ~ 10-6 с. Такой самоускоряющийся процесс называется цепной реакцией. В действительности не все нейтроны, образующиеся при делении, вызывают деление др. ядер. Если общее количество делящегося вещества мало, то большая часть нейтронов будет выходить за пределы вещества, не вызывая деления. В делящемся веществе всегда имеется небольшое количество свободных нейтронов, однако цепная реакция развивается лишь в том случае, когда число вновь образующихся нейтронов будет превышать число нейтронов, которые не производят деления. Такие условия создаются, когда масса делящегося вещества превосходит т.н. критическую массу. Взрыв происходит при быстром соединении отдельных частей делящегося вещества (масса каждой части меньше критической) в одно целое с общей массой, превосходящей критическую массу, или при сильном сжатии, уменьшающем площадь поверхности вещества и тем самым уменьшающем количество выходящих наружу нейтронов. Для создания таких условий обычно используют взрыв химического взрывчатого вещества.
Существует другой тип ядерной реакции – реакция синтеза легких ядер, сопровождающаяся выделением большого количества энергии. Силы отталкивания одноименных электрических зарядов (все ядра имеют положительный электрический заряд) препятствуют протеканию реакции синтеза, поэтому для эффективного ядерного превращения такого типа ядра должны обладать высокой энергией. Такие условия могут быть созданы нагреванием веществ до очень высокой температуры. В связи с этим процесс синтеза, протекающий при высокой температуре, называют термоядерной реакцией. При синтезе ядер дейтерия (изотопа водорода 2Н) освобождается почти в 3 раза больше энергии, чем при делении такой же массы урана. Необходимая для синтеза температура достигается при ядерном взрыве урана или плутония. Таким образом, если поместить в одном и том же устройстве делящееся вещество и изотопы водорода, то может быть осуществлена реакция синтеза, результатом которой будет взрыв огромной силы. Помимо мощной взрывной волны, ядерный взрыв сопровождается интенсивным испусканием света и проникающей радиации.
В описанных выше типах взрывов освобожденная энергия содержалась первоначально в виде энергии молекулярной или ядерной связи в веществе. Существуют взрыв, в которых выделяющаяся энергия подводится от внешнего источника. Примером такого взрыва может служить мощный электрический разряд в какой-либо среде. Электрическая энергия в разрядном промежутке выделяется в виде теплоты, превращая среду в ионизованный газ с высокими давлением и температурой. Аналогичное явление происходит при протекании мощного электрического тока по металлическому проводнику, если сила тока оказывается достаточной для быстрого превращения металлического проводника в пар. Явление взрыва возникает также при воздействии на вещество сфокусированного лазерного излучения. Как один из видов взрыва, можно рассматривать процесс быстрого освобождения энергии, происходящий в результате внезапного разрушения оболочки, удерживавшей газ с высоким давлением (например, взрыв баллона со сжатым газом). Взрыв может произойти при столкновении твердых тел, движущихся навстречу друг другу с большой скоростью, например, с космической. При столкновении кинетическая энергия тел переходит в теплоту в результате распространения по веществу мощной ударной волны, возникающей в момент столкновения. Скорости относительного сближения твердых тел, необходимые для того, чтобы в результате столкновения вещество полностью превратилось в пар, измеряются десятками км/с, развивающиеся при этом давления составляют миллионы атмосфер.
В природе существует много явлений, которые сопровождаются взрывами: мощные электрические разряды в атмосфере во время грозы (молнии), внезапное извержение вулканов, падение на поверхность Земли крупных метеоритов. В результате падения Тунгусского метеорита (1907) произошел взрыв, эквивалентный по количеству выделившейся энергии взрыва ~ 107 т тринитротолуола.
В. нашли широкое применение в научных исследованиях и в промышленности. Они позволили достигнуть значительного прогресса в изучении свойств газов, жидкостей и твердых тел при высоких давлениях и температурах. Исследование взрывов играет важную роль в развитии физики неравновесных процессов, изучающей явления переноса массы, импульса и энергии в различных средах, механизмы фазовых переходов вещества, кинетику химических реакций и т.п. Под воздействием взрыва могут быть достигнуты такие состояния веществ, которые оказываются недоступными при др. способах исследования. Мощное сжатие канала электрического разряда посредством взрыва химического вещества позволяет получать в течение короткого промежутка времени магнитные поля огромной напряженности [до 1,1 Га/м (до 14 млн. э)]. Интенсивное испускание света при взрыве химического взрывного вещества в газе может использоваться для возбуждения оптического квантового генератора (лазера). Под действием высокого давления, которое создается при детонации взрывного вещества, осуществляются взрывное штампование, взрывная сварка и взрывное упрочнение металлов.
Взрывы широко применяют при разведке полезных ископаемых. Отраженные от различных слоев сейсмические волны (упругие волны в земной коре) регистрируются сейсмографами. Анализ сейсмограмм дает возможность сделать заключение о залегании нефти, природного газа и др. полезных ископаемых. Взрывы столь же широко используют при вскрытии и разработке месторождений полезных ископаемых. Без взрывных работ не обходится практически ни одно строительство плотин, дорог и тоннелей в горах.
Однако неконтролируемые и несанкционированные взрывы любой природы являются источниками возникновения аварийных и катастрофических ситуаций на большинстве потенциально опасных объектов гражданского и оборонного назначения, при возникновении опасных природных процессов на Земле, Солнце или на др. космических объектах.
Основными методами предупреждения и предотвращения взрыва. являются многие из методов противоаварийной защиты, обеспечивающих повышенную взрывоустойчивость зданий, сооружений, сосудов давления, трубопроводов, объектов горных выработок, военных складов, зернохранилищ, хвостохранилищ, производств взрывчатых веществ химической и ядерной природы.
Основой обоснования взрывоустойчивости является общая теория взрыва, дающая представление о всех сопутствующих им поражающих факторах.
К числу достаточно надежных средств защиты от взрыва относятся бункеры, контайменты, скафандры, создающие барьеры для ударной, тепловой, световой волн и радиации, а также специальные системы с ориентированными многоочаговыми разрушениями, гасящими ударные волны.
Вопросы ликвидации последствий взрыва различной природы и в различных средах являются обширной областью научных исследований и практических разработок ведущих ведомств страны (Минобороны России, МЧС России, Минтранса России, МПР России и др.), а также академических и отраслевых научных институтов, конструкторских и технологических бюро, органов государственного надзора.
