атомного ядра. Ядерный взрыв основан на сnособности оnределен
ных изотоnов тяжелых элементов урана или nлутония к делению, nри котором ядра исходного вещества расnадаются, образуя ядра более легких элементов. При делении всех ядер, содержащихся в 50 г урана или nлутония, освобождается такое же количество энергии, как и nри детонации 1 000 т тринитротолуола.
Термоядерные взры вы
Существует другой тиn ядерной реакции - реакция синтеза лег ких ядер, соnровождающаяся выделением большого количества энер
гии. Силы отталкивания одноименных электрических зарядов (все ядра имеют nоложительный электрический заряд) nреnятствуют nро теканию реакции синтеза, nоэтому для эффективного ядерного nре вращения такого тиnа ядра должны обладать высокой энергией. Такие условия могут быть созданы нагреванием веществ до очень высокой темnературы. Процесс синтеза, nротекающий nри высокой темnера туре, называют термоядерной реакцией. При синтезе ядер дейтерия (изотоnа водорода 2Н) освобождается nочти в три раза больше энер гии, чем nри делении такой же массы урана. Необходимая для синтеза темnература достигается nри ядерном взрыве урана или nлутония.
Таким образом, если nоместить в одном и том же устройстве де лящееся вещество и изотоnы водорода, то может быть осуществлена реакция синтеза, результатом которой будет взрыв огромной силы -
термоядерный взрыв.
2. 1.4. Взрывы в средах
Взрывы nроисходят в различных средах. В зависимости от места nервоначального выделения энергии взрывы nодразделяются:
воздушный взрыв - это взрыв заряда в газе в отсутствии отражающих nоверхностей;
nодземный взрыв - взрыв заряда в грунте;
nодводный взрыв - взрыв заряда в воде;
наземный взрыв - взрыв заряда на nоверхности грунта (nо
верхностный).
Действие взрыва зависит от характеристик среды и от условий его осуществления, таких как глубина (высота) nод или над границей
раздела фаз.
Раздел 2 . Взры в |
|
Воздушные взрывы |
|
При взрыве в воздухе продукты взрыва движутся вслед за ударной |
|
волной, < nодпитывая > ее. Затем характер ударной волны определяет |
|
ся запасом энергии, переданной ей продуктами взрыва в процессе их |
|
расширения. |
|
Для расчета избыточного давления используются многочислен |
|
ные методы, |
учитывающие состав горючего вещества (индивидуаль |
ное вещество или смесь горючих веществ), место взрыва (открытое |
|
пространство или закрытое помещение) и т. д. В качестве иллюстра |
|
ции приведем метод определения избыточного давления для воздуш |
|
ных взрывов по формуле М.А. Садовского: |
|
0,084 - r - + 0,27 |
||||||||||
т - масса тротилового эквивалента взрывного вещества, кг; |
||||||||||
r - расстояние до центра взрыва, м. |
||||||||||
Более подробно ознакомимся с методами расчета подобных взры |
||||||||||
в разделе 3. |
||||||||||
Подземные взрывы |
|
При подземном взрыве происходит передача энергии внешней |
|
среде путем прогрева ее выделяющейся теплотой. По грунту распро |
|
страняются тепловая и ударная волны. |
|
Особенностью подземного взрыва является большая плотность |
|
грунта, которая на три порядка больше плотности воздуха. |
|
Ударная волна в грунте, в отличие от ударной волны в воздухе, |
|
является неустойчивой, так как встречающийся на пути ударной |
|
волны грунт имеет различную структуру (почва, скальные породы |
|
Подземные взрывы являются контролируемыми взрывами. В за- |
|
висимости от глубины заложения заряда в грунт принято различать: |
|
камуфлетный подземный взрыв; |
|
подземный взрыв с выбросом грунта. |
|
Особенности таких взрывов заключаются в следуюшем: |
|
при камуфлетнам взрыве не происходит раскрытия грунтового |
|
канала (выброса грунта в атмосферу); |
|
при подземном взрыве с выбросом грунта происходит раскры
тие грунтового купола и образование воронки выброса.
Подводные взрывы
При подводном взрыве в момент выхода детонационной волны на поверхность начинает распространяться ударная волна. Вслед за
ударной волной движется граница раздела между продуктами детона
ции и водой. При этом в воде образуется полость с газообразными
продуктами детонации, обладающими колоссальной энергией.
где G R- масса заряда взрывчатого вещества (ВВ), кг; расстояние от заряда ВВ до точки наблюдения, м.
2.2. Случай ные взрывы
В зависимости от причин, вызывающих взрыв, принято разделе ни взрывов на контролируемые и неконтролируемые.
Контролируемые взрывы используются для решения экономиче
ских задач. Наиболее часто применяют такие взрывы для ведения гор ных разработок, в сейсморазведке, при строительстве подземных со
оружений, в военных целях. Параметры контролируемых взрывов стро го регламентированы в соответствии с нормативными документами.
Неконтролируе.мые взрывы происходят случайно, поэтому их на
зывают случайными.
Термин «случайный взрыв» включает широкий спектр взрывов, и
каждый из них в отдельных своих проявлениях отличается от остальных.
Причинами таких взрывов чаше всего являются процессы горения. Случайные взрывы происходят:
при изготовлении, хранении, транспортировке горючих, взры воопасных вешеств;
нарушении технологических режимов, поломке оборудования.
Чаще всего взрывы имеют место в химической, нефтеперерабаты вающей промышленности, при утечке природного газа и т. д.
Классификация случайных взрывов
Случайные взрывы объединены в груnnы, каждая из которых имеет отличительные особенности.
Случайные взрывы nодразделяются:
на взрывы газов, nаров и n ыли в замкнутых объемах без избыточного давления;
взрывы сосудов с газом nод давлением;
взрывы, вызванные горением;
взрывы емкостей с nереrретой жидкостью;
взрывы неограниченных облаков пара;
физические (nаровые) взрывы и др.
2.2. 1. Взрывы паров горючего и пыли в замкнутых
Такие взрывы, как nравило, nроисходят nри неисnравности обо рудования. Горючее nодтекает в ограждение, nары его смешиваются с воздухом и образуется горючая смесь, которая встуnает в контакт с уже имеющимиен nарами.
Взрывы случаются в жилых домах nри утечке газа. В результате nроисходят расnространение и значительное ускорение nламени, nриводящие к nожарам и значительным разрушениям.
Примером взрыва горючих nаров и газов является катастрофа, nроизошедшая 26 февраля 2006 г в г. Ангарске на лакокрасочном nредnриятии.
Наиболее расnространены взрывы nыли. Взрывы nыли в замкну том nространстве имеют более длительную историю, чем взрывы nа ров и газов. Это объясняется тем, что nары и газы в качестве тоnлива
начали исnользоваться относительно недавно. Взрывы же пыли nро исходят в котельных, на nредnриятиях химической nромышленности,
в фармацевтической индустрии, угольных шахтах, мукомольных nредnриятиях.
Взрыв nыли в замкнутом объеме может nривести к катастрофиче ским nоследствиям.
Практически все органические nыли и некоторые неорганичек ские или металлические nыли сгорают в воздухе и могут nривести взрывам.
высокая концентрация пыли в замкнутых объемах (помещени ях реакторов, топочных устройствах, трубопроводах и пр.);
спонтанное воспламенение пыли.
Для того чтобы облако пыли взорвалось, необходима такая кон центрация пыли, при которой характерное расстояние поглощения и
рассеяния света составляет примерно 0,2 м. Подобные облака, как
правило, непрозрачны, и концентрация пыли в них выше переноси мой человеком. Такие условия могут достигаться лишь внутри трубо
проводов и специального оборудования, т. е. в закрытых объемах. Взрывы пыли склонны к спонтанному воспламенению. Воспла
менение возникает от источника зажигания (искра, открытый огонь и т. д.) при нижнем или верхнем концентрационных пределах воспла менения.
Пример. Рассмотрим типичную последовательность событий при взрыве пыли. Вначале происходит небольшой взрыв в какой-либо части помещения или оборудования. Затем возникают движение пыли и вибрация оборудования от ударной волны, образующейся от взрыва. Это приводит к тому, что слой пыли, находящейся в помеще нии, поднимается в воздух. Эта пыль является топливом для более сильного второго взрыва, который и вызывает основные разрушения.
В другой типичной ситуации масса пыли начинает тлеть либо из-за спонтанного воспламенения, например, когда слой пыли по крывает горячий участок оборудования (кожух электромотора, обой му электролампы). Рабочий, обнаружив очаг горения, пытается лик видировать его либо с помощью химического огнетушителя, либо струей воды. Это приводит к тому, что пыль разбрасывается и образу ется облако с большим количеством пыли, часть которой горит. Уси ление горения приводит к взрыву.
Для взрывов пыли в помещении, также как и для взрывов газов и паров, характерно существование двух предельных случаев. В замкну
том объеме с малым отношением длины сосуда к диаметру (Ljd = \) следует ожидать простого взрыва за счет избыточного давления. В конструкциях с большим отношением Ljd может возникать ускоре ние пламени вплоть до детонационной скорости. В этом случае раз рушения носят локальный характер и оказываются достаточно серь езными. Осколки могут разбрасываться на значительное расстояние, а внешняя взрывная волна может быть очень сильной.
8.2. Классификация взрывов
На взрывоопасных объектах возможны следующие виды взрывов :
1. Взрывы конденсированных взрывчатых веществ (КВВ). При этом происходит неконтролируемое резкое высвобождение энергии за короткий промежуток времени в ограниченном пространстве. К таким ВВ относятся тротил, динамит, пластид, нитроглицерин и др.
2. Взрывы топливовоздушных смесей или других газообразных, пылевоздушных веществ (ПЛВС). Эти взрывы еще называют объемными взрывами.
3. Взрывы сосудов, работающих под избыточным давлением (баллоны со сжатыми и сжиженными газами, котельные установки, газопроводы и т.д.). Это так называемые физические взрывы.
Основными поражающими факторами взрыва являются: воздушная ударная волна, осколки.
Первичные последствия взрыва: разрушение зданий, сооружений, оборудования, коммуникаций (трубопроводов, кабелей, железных дорог), травмирование и гибель людей.
Вторичные последствия взрыва: обрушение конструкций зданий и сооружений, травмирование и погребение под их обломками людей, находящихся в здании, отравление людей ядовитыми веществами, находившимися в разрушенных емкостях, оборудовании, трубопроводах.
При взрывах люди получат термические, механические, химические или радиационные поражения.
Для предотвращения взрывов на предприятиях принимается комплекс мер, зависящих от характера производства. Многие меры являются специфическим, характерными только для одного или нескольких видов производства. Однако существуют меры, соблюдать которые необходимо на любых производствах. К ним относятся:
1) размещение взрывоопасных производств, хранилищ, складов ВВ в незаселенных или малозаселенных районах;
2) если первое условие выполнить невозможно, то такие объекты допускается строить на безопасных расстояниях от населенных пунктов;
3) для надежного обеспечения взрывоопасных производств электроэнергией (при этом нарушается технологический режим) необходимо иметь автономные источники электроснабжения (генераторы, аккумуляторы);
4) на протяженных нефте- и газопроводах через каждые 100 км рекомендуется иметь аварийные бригады.
8.3. Характеристика и классификация конденсированных взрывчатых веществ
Под КВВ понимаются химические соединения , находящиеся в твердом или жидком состоянии , которые под влиянием внешних условий способны к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с образованием сильно нагретых и обладающих большим давлением газов, которые расширяясь производят механическую работу. Такое химпревращение ВВ называют взрывчатых превращением.
Взрывчатое превращение в зависимости от свойств взрывчатого вещества и вида воздействия на него может протекать в виде взрыва или горения. Взрыв распространяется по взрывчатому веществу с большой переменной скоростью, измеряемой сотнями или тысячами метров в секунду. Процесс взрывчатого превращения, обусловленный прохождением ударной волны по взрывчатому веществу и протекающий с постоянной (для данного вещества при данном его состоянии) сверхзвуковой скоростью, называется детонацией . В случае снижения качества ВВ (увлажнение, слёживание) или недостаточного начального импульса детонация может перейти в горение или совсем затухнуть.
Процесс горения КВВ протекает сравнительно медленно со скоростью несколько метров в секунду. Скорость горения зависит от давления в окружающем пространстве: с увеличением давления скорость горения возрастает и иногда горение может перейти во взрыв.
Возбуждение взрывчатого превращения ВВ называется инициированием . Оно происходит если сообщить ВВ необходимое количество энергии(начальный импульс). Он может быть передан одним из следующих способов:
Механическим (удар, накол, трение);
Тепловым (искра, пламя, нагревание);
Электрическим (нагревание, искровой разряд);
Химическим (реакции с интенсивным выделением тепла);
Взрывом другого заряда ВВ (взрыв капсюля-детонатора или соседнего заряда).
Все КВВ, применяемые в производстве, классифицируются на три группы:
- инициирующие (первичные), они обладают очень высокой чувствительностью к удару и тепловому воздействию и в основном используются в капсюлях- детонаторах для подрыва основного заряда ВВ (гремучая ртуть, нитроглицерин);
- вторичные ВВ. Взрыв их происходит при воздействии на них сильной ударной волны, которая может создаваться в процессе их горения или с помощью внешнего детонатора. ВВ этой группы относительно безопасны в обращении и могут долго храниться (тротил, динамит, гексоген, пластид);
- пороха . Чувствительность к удару очень мала, медленно горят. Загораются от пламени, искры или нагрева, быстрее горят на открытом воздухе. В закрытом сосуде взрываются. В состав пороха входят: древесный уголь, сера, азотнокислый калий.
В народном хозяйстве КВВ применяются при прокладке дорог, тоннелей в горах, разрушении заторов льда в период ледохода на реках, в карьерах при добыче полезных ископаемых, при сносе старых зданий и т.д.
| " |