Безопасность

Взрывом называют очень
быстрое проявление механической работы,
вызываемое внезапным расширением сильно сжатых
газов или паров. Причины внезапного расширения
газов или паров могут быть различны. Укажем
некоторые из них.

а)
Внезапное изменение физического состояния
системы, например, разрыв сосуда со сжатым газом.
При расширении газа совершается работа разрыва
оболочки сосуда, сообщения скорости осколкам и
разрушения или повреждения окружающих
предметов. Взрывы, вызванные подобными
физическими процессами, носят название физических взрывов.

б) Быстрая
экзотермическая химическая реакция, протекающая
с образованием сильно сжатых газообразных или
парообразных продуктов; примером может служить
взрыв дымного пороха, при котором происходит
быстрая химическая реакция между селитрой, углем
и серой, сопровождающаяся выделением,
значительного количества теплоты.
Образовавшиеся газообразные ‘продукты, нагретые
за счет теплоты реакции до высокой температуры,
обладают высоким давлением и, расширяясь,
производят механическую работу.Взрывы,
вызванные быстрой химической реакцией, носят
название химических взрывов.
Химическую реакцию, сопровождающуюся или
способную сопровождаться взрывом, называют взрывным превращением. Вещества,
способные к взрывным превращениям, называют взрывчатыми веществами (ВВ).

в)
Быстропротекающие ядерные или термоядерные
реакции (реакции деления или соединения атомных
ядер), при которых освобождается очень большое
количество теплоты. Продукты реакции, оболочка
атомной или водородной бомбы и некоторое
количество окружающей бомбу среды мгновенно
превращается в нагретые до очень высокой
температуры газы, обладающие соответственно
высоким давлением. Явление сопровождается
колоссальной механической работой. Взрывы,
протекающие в результате таких реакций, носят
название атомных взрывов.

Взрыв протекает в две
стадии.

а) Первая
стадия -превращение того или иного вида энергии в
энергию сильно сжатых газов; в примере баллона со
сжатым газом первой стадией является
превращение электрической или механической
энергии двигателя при наполнении в упругую
энергию сильно сжатого газа; в примере взрыва
дымного пороха первой стадией является очень
быстро протекающая экзотермическая химическая
реакция, при которой образуются сильно сжатые
газы и пары.

б) Вторая
стадия — мгновенное расширение сильно сжатых
газов и паров.

В данном выше определении
оттенена вторая стадия взрыва, а именно, очень
быстрое проявление механической работы,
вызываемое расширением сильно сжатых газов или
паров.Наоборот, оттеняя первую стадию
химического взрыва, можно дать ему такое
определение: взрывом называют быстрое
экзотермическое химическое .превращение,
протекающее с образованием сильно сжатых газов и
паров и сопровождающееся механической работой
разрушения или перемещения окружающей среды.

а)
Гомогенный взрыв имеет место тогда, когда при
одновременном и равномерном нагреве всей массы
ВВ и по достижении определенной температуры,
носящей название температуры самовоспламенения
или взрыва, возникает взрывное превращение
одновременно во всей массе вещества.

б) Само
распространяющийся взрыв имеет место тогда,
когда возникшее в каком-либо участке заряда ВВ
взрывное превращение распространяется ‘по
веществу. Характерной особенностью такого ‘само
распространяющегося взрывного превращения
является наличие фронта превращения, т. е. узкой
зоны интенсивной химической реакции, отделяющей
в каждый данный момент продукты реакции от не
прореагировавшего еще исходного вещества.

В зависимости от
механизма передачи теплоты от слоя к слою ВВ
различают два вида самораспространяющегося
взрывного превращения: горение
и детонацию.

а) При
горении теплота, выделившаяся в зоне реакции,
передается путем теплопередачи от горячих
продуктов реакции к ближайшему слою ВВ, вызывая в
нем, в свою очередь, интенсивную химическую
реакцию. То же повторяется и в последующих слоях
ВВ. В этом случае химическое превращение
распространяется при атмосферном давлении со
скоростью несколько миллиметров в секунду;
скорость распространения сильно зависит от давления,
под которым протекает процесс.Когда горение
происходит в незамкнутом пространстве, оно не
сопровождается ни характерным звуковым
эффектом, ни механической работой. В замкнутом же
пространстве, например, в зарядной каморе орудия,
процесс ‘происходит энергичнее: быстро
поднимается давление, в связи с чем
увеличивается скорость горения; под действием
высокого давления происходит быстрое
перемещение снаряда или пули, т. е. выстрел,
сопровождающийся .резким звуковым эффектом.
Действие, состоящее в сообщении скорости
предмету путем выбрасывания без его разрушения
(раскалывания, дробления), называют метательным
действием. Для горения в замкнутом объеме,
например в зарядной каморе орудия или в шпуре,
характерно более или менее быстрое, но не резкое
нарастание давления газов до значений
нескольких сотен МН/м² (несколько тысяч
атмосфер). При горении дымного пороха в шпуре с
забойкой также имеет место повышение давления и
соответственно увеличение скорости горения, в
результате чего возникает взрыв,
сопровождающийся разрушением окружающей среды,
например, камня, горной породы и перемещением
разрушенных частей.

б) При
детонации механизм распространения химического
превращения взрывчатого вещества состоит в
передаче энергии от слоя к слою волною сжатия, т.
е. ударной волной. В этом случае химическое
превращение распространяется по веществу со
скоростью порядка тысяч метров в секунду.
Детонация характеризуется резким скачком
давления в месте взрывного превращения до 3040
млн. Н/м² (300400 тысяч кгс/см²) и очень
резким дробящим действием на окружающую среду.
Горение ВВ может при наличии некоторых условий
стать неустойчивым, скорость его начинает
увеличиваться, а начиная с некоторого ее
значения, изменяется режим взрывного
превращения возникает ударная волна.
Скорость ударной волны и соответствующая ей
скорость детонации продолжает возрастать, но до
некоторого предельного значения. Таким образом,
скорость взрывного превращения, протекающего по
механизму детонации, непрерывно возрастает от
минимального до предельного, ‘постоянного
значения.

Явления, имеющие место в
период неустойчивой детонации, называют взрывом в узком значении этого
слова, а протекающие в условиях устойчивого
процесса, называют детонацией,
также в узком значении этого слова. В
соответствии с этим говорят: переход горения во
взрыв и переход горения в детонацию.

Возможность химического
взрыва определяется тремя условиями:
экзотермичностью химической реакции, наличием
газов или паров в продуктах реакции, большой
скоростью химической реакции.

а)
Экзотермичность реакции. Для совершения при
взрыве механической работы необходимо затратить
эквивалентное количество энергии. При взрыве
источником энергии является теплота химической
реакции. Если для химического превращения
вещества требуется приток энергии извне
(эндотермическая реакция), то такое превращение
не может сопровождаться взрывом. Взрывчатыми
могут быть только такие вещества, при химическом
превращении которых выделяется теплота.

б) Наличие
газообразных веществ в продуктах химического
превращения. Как во всякой тепловой машине, при
взрыве для превращения теплоты химической
реакции в механическую работу необходимо
рабочее тело — газы или пары; при отсутствии газов
или паров такое превращение невозможно, а
следовательно, невозможно и явление взрыва.

в) Большая
скорость химической реакции.Это условие,
очевидно, связано с первыми двумя:
экзотермичность. реакции должна обеспечить
быстрый подъем температуры, а наличие в
продуктах реакции газов или паров требует
завершения реакции раньше, чем последние начнут
расширяться и разбрасывать непрореагировавшие
частицы вещества.