Взрыв — быстропротекающий физический или физико-химический процесс, проходящий со значительным выделением энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени и приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду вследствие высокоскоростного расширения продуктов взрыва. Взрыв в твёрдой среде вызывает разрушение и дробление. Различают взрывы двух типов: с высвобождением химической или ядерной энергии (взрывчатых веществ, взрывы смесей газов); с высвобождением энергии, получаемой от внешнего источника (молния, разрушение оболочки со сжатым газом).
Источники энергии
Взрывное превращение — быстрый самостоятельно распространяющийся процесс с выделением энергии и образованием сильно сжатых газов, способных производить работу, возникает из-за химических и ядерных реакций. В результате взрывного превращения в окружающей среде возникает волна сжатия. Такие волны также сопровождают взрывы, не сопровождающиеся взрывным превращением, — физические взрывы сосудов под давлением, наполненных негорючими газами, паром или многофазными сжимаемыми системами (пыль, пена). Физико-химический взрыв паров вскипающей жидкости (BLEVE) происходит в результате внешнего подогрева сосуда, наполненного горючей легкокипящей жидкостью. При разрыве емкости и последующем воспламенении паров кипящей жидкости происходит образование огненного шара. В зависимости от источников энергии существуют также электрические, вулканические взрывы, взрывы при столкновении космических тел (например, при падении метеоритов на поверхность планеты), взрывы, вызванные гравитационным коллапсом (взрывы сверхновых звёзд и др.).
Точечными взрывами являются взрывы вещества, занимающего малый объем относительно зоны воздействия, например — заряд взрывчатого вещества. Объёмным взрывом является взрыв газо-, паро-, пылевоздушного облака, занимающего значительный объем зоны воздействия. При взрыве облака возникает огненный шар.
Техника
На основе взрывных процессов были созданы многие военные, строительные, научные и другие технологии. Применение взрывов, сначала в военной технике, а затем и в горной промышленности, началось задолго до других источников работы: паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, электромотора.
В физике и технике термин «взрыв» используется в разных смыслах: в физике взрыва необходимым условием является наличие ударной волны, в технике для отнесения процесса к взрыву наличие ударной волны не обязательно при наличии угрозы разрушения оборудования и зданий. В технике в значительной части термин «взрыв» связан с процессами, происходящими внутри замкнутых сосудов и помещений, которые при чрезмерном повышении давления могут разрушится и при отсутствии ударных волн. В технике для внешних взрывов без образования ударных волн рассматриваются волны сжатия и воздействие огненного шара. При отсутствии ударных волн признаком определяющим взрыв является звуковой эффект волны давления. В технике дополнительно к взрывам и детонации также выделяют хлопки.
В технике для химических взрывов, не сопровождающихся возникновением ударных волн, используется термин «взрывное горение». От нормального послойного горения этот процесс отличается нестационарностью и на несколько порядков большей скоростью распространения пламени. В замкнутом объёме взрывное горение вызывает волны сжатия. Такое горение характерно при взрывах дымного пороха, пиротехнических составов, промышленной пыли. Взрывное горение при определённых условиях может перейти в детонацию.
При взрывах с использованием химических взрывчатых веществ в грунтах и горных породах ударные волны практически никогда не возникают. Мощные ударные волны образуются только при подземных ядерных взрывах на не очень больших расстояниях от заряда.
При медленном горении возникающем в закрытой трубе впереди зоны горения всегда возникает ударная волна. При больших скоростях горения ударная волна существенно влияет на состояние газовой смеси подходящей к зоне горения. Медленное горение в трубе может перейти в детонацию при самопроизвольном ускорении пламени с возникновением детонационной волны впереди пламени.
Право
В юридической литературе широко используется термин «криминальный взрыв» — взрыв, причиняющий материальный ущерб, вред здоровью и жизни людей, интересам общества, а также взрыв, который может вызвать смерть человека. К криминальным взрывам относятся как взрывы в целях совершения умышленного преступления, так и нарушения специальных правил безопасности, которые привели к взрывам. Для определения необходимости выполнения специальных правил в области взрывобезопасности в промышленности выделяются взрывоопасные зоны и взрывоопасные объекты.
Действие взрыва
Механическое воздействие взрыва связано с работой, которая совершается при расширении газов. Воздействие условно делится на бризантные (местные) и фугасные (общие) формы. Бризантное действие проявляется непосредственно в окрестностях заряда (в твёрдой среде) или вблизи поверхности твёрдого тела, фугасное — на расстояниях намного больше размера заряда. Для бризантного действия характерно сильное деформирование и дробление среды, а его общий фугасный эффект определяется импульсом, то есть начальным давлением в полости взрыва и её размерами. Фугасное действие зависит только от энергии заряда. Форма заряда взрывчатого вещества и его детонационные характеристики существенно влияют лишь на бризантное действие взрыва. Бризантное действие взрыва может быть усилено кумулятивными эффектами.
Действие ударной волны на предметы зависит от их характеристик. Разрушение капитальных строений зависит от импульса взрыва. Например, при действии ударной волны на кирпичную стену она начнёт наклоняться. За время действия ударной волны наклон будет незначительным. Однако, если и после действия ударной волны стена будет наклоняться по инерции, то она рухнет. Если предмет жёсткий, прочно укреплён и имеет небольшую массу, то он успеет изменить свою форму под действием импульса взрыва и будет сопротивляться действию ударной волны, как силе, приложенной постоянно. В этом случае разрушение будет зависеть не от импульса, а от давления, вызываемого ударной волной.
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 (медленного горения). Детонация отличается от горения тем, что химические реакции и процесс выделения энергии идут с образованием ударной волны в реагирующем веществе, и вовлечение новых порций взрывчатого вещества в химическую реакцию происходит на фронте ударной волны, а не путём теплопроводности и диффузии, как при медленном горении. 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 горения в детонацию и обратно. В связи с этим обычно к химическим взрывам относят различные быстропротекающие процессы без уточнения их характера.
Химический взрыв неконденсированных веществ от горения отличается тем, что горение происходит, когда горючая смесь образуется в процессе самого горения.
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. Существуют очень немногие примеры химических взрывов, не имеющих своей причиной окисление/восстановление, например реакция мелкодисперсного оксида фосфора(V) с водой, но её можно рассматривать и как паровой взрыв.
Индивидуальные взрывчатые вещества, как правило, содержат кислород в составе своих собственных молекул. Это метастабильные вещества, которые способны храниться более или менее долгое время при нормальных условиях. Однако при инициировании взрыва веществу передаётся достаточная энергия для самопроизвольного распространения волны горения или детонации, захватывающей всю массу вещества. Подобными свойствами обладают нитроглицерин, тринитротолуол и другие вещества. Бездымные пороха и чёрный порох, который состоит из механической смеси угля, серы и селитры, в обычных условиях не способны к детонации, но их традиционно также относят к взрывчатым веществам.
Ядерные взрывы
Ядерный взрыв — это неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучевой 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.
Применение
Технологии на основе взрывных процессов применяются в военном деле, на взрыве основано действие боеприпасов.
Мирные технологии включают в себя разрушение конструкций направленным взрывом, сварку взрывом, взрывной синтез материалов, добычу полезных ископаемых и др.
См. также
Литература
- Андреев С. Г., Бабкин А. В., Баум Ф. А. и др. Физика взрыва / Под редакцией Л. П. Орленко. — издание 3-е, переработанное и дополненное. — М.: Физматлит, 2004. — 656 с. — ISBN 5-9221-0220-6.
- ГОСТ 12.1.010-76 ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования
Ссылки
|
| ||||
