Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ВЗРЫВ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 5. Москва, 2006, стр. 242-243

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Н. М. Кузнецов

ВЗРЫВ, бы­строе вы­де­ле­ние боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва энер­гии в ог­ра­ни­чен­ном объ­ё­ме, при­во­дя­щее к силь­но­му воз­рас­та­нию дав­ле­ния в нём и фор­ми­ро­ва­нию взрыв­ной вол­ны, при рас­про­стра­не­нии ко­то­рой в ок­ру­жаю­щем про­стран­ст­ве мо­гут про­ис­хо­дить раз­ру­ше­ния. Для В. в от­кры­том про­стран­ст­ве вре­мя вы­де­ле­ния энер­гии $τ$ долж­но удов­ле­тво­рять ус­ло­вию $τC/L<1$, где $C$ – ско­рость зву­ка в га­зе, $L$ – ми­ним. ли­ней­ный раз­мер об­лас­ти по­вы­шен­но­го дав­ле­ния (га­зо­ди­на­ми­че­ский кри­те­рий В.). Боль­шая ско­рость вы­де­ле­ния энер­гии не по­зво­ля­ет за ко­рот­кое вре­мя ве­ще­ст­ву в оча­ге В. зна­чи­тель­но рас­ши­рить­ся, а дав­ле­нию по­ни­зить­ся.

Ис­точ­ни­ки энер­гии В. име­ют разл. при­ро­ду – хи­мич., ме­ха­нич., элек­три­че­скую, элек­тро­маг­нит­ную, ядер­ную и др. Вы­де­ле­ние энер­гии при В. оз­на­ча­ет пре­вра­ще­ние внутр. энер­гии ве­ще­ст­ва (при хи­ми­че­ской или ядер­ной ре­ак­ции) или энер­гии внеш­них ис­точ­ни­ков В. (напр., ме­ха­нич. энер­гии при уда­ре) в энер­гию те­п­ло­во­го дви­же­ния ато­мов и мо­ле­кул, т. е. в те­п­ло­вую энер­гию. В этом смыс­ле поч­ти все В. яв­ля­ют­ся те­п­ло­вы­ми. В при­ро­де на­блю­да­ют­ся В. с разл. ис­точ­ни­ка­ми энер­гии: В. на по­верх­но­сти Лу­ны и пла­нет при столк­но­ве­ни­ях с ме­тео­ри­та­ми, мощ­ные элек­трич. раз­ря­ды во вре­мя гро­зы, со­про­во­ж­даю­щие­ся вспыш­ками све­та и гро­мом, В. сверх­но­вых звёзд. Энер­ге­ти­че­ские и про­стран­ст­вен­ные мас­шта­бы В. из­ме­ня­ют­ся в ши­ро­ких пре­де­лах – от мик­ро­взры­вов при уда­ре час­ти­цы кос­мич. пы­ли по об­шив­ке ле­та­тель­но­го ап­па­ра­та, схло­пы­ва­нии ка­ви­та­ци­он­ных пу­зырь­ков в жид­ко­сти или при про­пус­ка­нии им­пуль­са элек­трич. то­ка че­рез тон­кую про­во­лоч­ку до ги­гант­ских В., про­ис­хо­дя­щих в кос­мо­се.

Спец. ве­ще­ст­ва, ис­поль­зуе­мые для разл. взрыв­ных ра­бот и в во­ен. де­ле (взрыв­ча­тые ве­ще­ст­ва, ВВ), вы­де­ля­ют те­п­ло­ту в хи­мич. ре­ак­ци­ях. Наи­бо­лее мощ­ные из них – кон­ден­си­ро­ван­ные ВВ – гек­со­ген, ок­то­ген, три­нит­ро­то­лу­ол (тро­тил) и др. Это «ав­то­ном­ные» ВВ, не тре­бую­щие для вы­де­ле­ния энер­гии до­пол­нит. окис­ли­те­ля. Их удель­ная те­п­ло­та сго­ра­ния со­став­ля­ет ок. 5 кДж/г, т. е. в не­сколь­ко раз мень­ше, чем у ти­пич­ных ор­га­нич. го­рю­чих – ка­мен­но­го уг­ля, неф­ти, при­род­но­го га­за, но дав­ле­ния, дос­ти­гае­мые при В. та­ких ве­ществ, име­ют по­ря­док де­сят­ков ГПа (со­тен ты­сяч ат­мо­сфер). Ис­точ­ни­ки не­ожи­дан­ных (ава­рий­ных) В. на про­из­вод­ст­ве и в бы­ту обыч­но то­же хи­ми­че­ские – при­род­ный газ и его со­став­ляю­щие при их утеч­ке в мес­тах хра­не­ния, при транс­пор­ти­ров­ке и по­треб­ле­нии, воз­душ­ная смесь ме­та­на с воз­ду­хом (напр., в уголь­ных шах­тах), во­до­род и др.

Об­щее свой­ст­во хи­мич. ВВ – силь­ная за­ви­си­мость вре­ме­ни вы­де­ле­ния энер­гии $τ$ от тер­мо­ди­на­мич. па­ра­мет­ров (темп-ры, плот­но­сти и др.) и свя­зан­ная с этим чув­ст­ви­тель­ность к внеш­ним воз­дей­ст­ви­ям. В за­ви­си­мо­сти от ки­не­тич. свойств и от ко­ли­че­ст­ва ВВ внеш­ним воз­дей­ст­ви­ем (ини­циа­то­ром), силь­но умень­шаю­щим $τ$ и при­во­дя­щим к В., мо­гут быть са­мо­ра­зо­гре­ва­ние ве­ществ, спо­соб­ных вы­де­лять те­п­ло­вую энер­гию (в уз­ком смыс­ле тер­мин «те­п­ло­вой В.» от­но­сит­ся имен­но к та­ко­му ме­ха­низ­му его раз­ви­тия), ло­каль­ное по­вы­ше­ние темп-ры (напр., от элек­трич. ис­кры или го­ря­щей спич­ки), ме­ха­нич. удар, тре­ние, пла­стич. те­че­ние. В слу­чае раз­ветв­лён­ных цеп­ных ре­ак­ций (т. н. цеп­ной В.) дос­та­точ­ной при­чи­ной В. мо­жет быть изо­тер­мич. сжа­тие спо­соб­ной к В. сис­те­мы. При­ме­ром та­кой сис­те­мы яв­ля­ет­ся сте­хио­мет­ри­че­ская во­до­род­но-ки­сло­род­ная смесь $\ce {2Н_2+O_2}$ (гре­му­чий газ). Др. при­мер цеп­но­го В. – ядер­ный взрыв, про­ис­хо­дя­щий при раз­ветв­лён­ных цеп­ных ре­ак­ци­ях де­ле­ния изо­то­пов ура­на и плу­то­ния с раз­мно­же­ни­ем ней­тро­нов.

Наи­бо­лее вы­со­кие дав­ле­ния при В. дос­ти­га­ют­ся, ес­ли про­цесс вы­де­ле­ния энер­гии ини­ции­ру­ет­ся удар­ной вол­ной, а вы­де­ляе­мая энер­гия «пи­та­ет» вол­ну, под­дер­жи­вая её ин­тен­сив­ность на по­сто­ян­ном уров­не (см. Де­то­на­ция). К дав­ле­нию, срав­ни­мо­му по по­ряд­ку ве­ли­чи­ны с де­то­на­ци­он­ным, при­во­дит и го­ре­ние при по­сто­ян­ном объ­ё­ме, напр. в замк­ну­том (гер­ме­ти­зи­ро­ван­ном) со­су­де, за­пол­нен­ном сме­сью го­рю­че­го ве­ще­ст­ва и окис­ли­те­ля. Вне­зап­ная раз­гер­ме­ти­за­ция та­ко­го со­су­да по­ро­ж­да­ет взрыв­ную вол­ну.

Дей­ст­вие В. уси­ли­ва­ет­ся, ес­ли вбли­зи его оча­га име­ет­ся го­рю­чая пыль (му­ка, дре­вес­ные опил­ки, тра­вя­ная пыль и др.), взве­шен­ная в воз­ду­хе или осев­шая на к.-л. по­верх­но­стях (в це­хах де­ре­во­об­ра­ба­ты­ваю­щих и три­ко­таж­ных фаб­рик, на мель­ни­цах и т. п.). Та­кая пыль пе­ре­ме­ши­ва­ет­ся с га­зо­вым по­то­ком и бы­ст­ро сго­ра­ет, что при­во­дит к бы­ст­ро­му рос­ту дав­ле­ния. Осо­бую опас­ность пред­став­ля­ет за­гряз­не­ние вен­ти­ля­ци­он­ных сис­тем го­рю­чи­ми от­ло­же­ния­ми на стен­ках тру­бо­про­во­дов, где воз­го­ра­ние при­во­дит к боль­ше­му по­вы­ше­нию дав­ле­ния, чем в от­кры­том про­стран­ст­ве. В эле­ва­то­рах и др. хра­ни­ли­щах, где на­хо­дит­ся боль­шое ко­ли­че­ст­во зер­на, не­дос­та­точ­ная вен­ти­ля­ция и из­бы­точ­ная влаж­ность при­во­дят к ре­ак­ци­ям бро­же­ния, не тре­бую­щим ки­сло­ро­да. В ре­зуль­та­те до не­до­пус­ти­мо­го уров­ня под­ни­ма­ет­ся темп-ра и вы­де­ля­ют­ся взры­во­опас­ные го­рю­чие га­зы – ме­тан, во­до­род, ко­то­рые ска­п­ли­ва­ют­ся в имею­щих­ся пус­то­тах (в чер­дач­ных по­ме­ще­ни­ях и др.). В. га­за и пы­ли ха­рак­те­ри­зу­ют­ся дав­ле­ния­ми в сот­ни и ты­ся­чи раз мень­ши­ми по срав­не­нию с дав­ле­ни­ем в цен­тре В. кон­ден­си­ро­ван­но­го ВВ, но они то­же об­ла­да­ют боль­шой раз­ру­ши­тель­ной си­лой. Го­рю­чая ком­по­нен­та при этом обыч­но рас­сре­до­то­че­на в боль­ших объ­ё­мах, где окис­ли­те­лем слу­жит ки­сло­род воз­ду­ха.

В. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в во­ен. де­ле, при ис­сле­до­ва­ни­ях свойств ве­ществ в экс­тре­маль­ных ус­ло­ви­ях, во мно­гих нау­ко­ём­ких и энер­го­сбе­ре­гаю­щих тех­но­ло­ги­ях (по­лу­че­ние тех­нич. ал­ма­зов, взрыв­ная ков­ка, свар­ка и рез­ка ме­тал­лов и др., см. Взрыв­ные тех­но­ло­гии), при гео­ло­гич. изу­че­нии тер­ри­то­рий, по­ис­ке и из­вле­че­нии по­лез­ных ис­ко­пае­мых, строи­тель­ст­ве зда­ний и гид­ро­тех­нич. сис­тем. При це­ле­на­прав­лен­ных при­ме­не­ни­ях В. и всю­ду, где име­ет­ся ве­ро­ят­ность слу­чай­ных В., тре­бу­ет­ся стро­жай­шее со­блю­де­ние пра­вил тех­ни­ки безо­пас­но­сти.

Лит.: Зель­до­вич Я. Б., Ком­па­не­ец А. С. Тео­рия де­то­на­ции. М., 1955; Щел­кин К. И., Тро­шин Я. К. Га­зо­ди­на­ми­ка го­ре­ния. М., 1963; Франк-Ка­ме­нец­кий Д. А. Диф­фу­зия и те­п­ло­пе­ре­да­ча в хи­ми­че­ской ки­не­ти­ке. 2-е изд. М., 1967; Фи­зи­ка взры­ва. 2-е изд. М., 1975; Се­ме­нов Н. Н. Цеп­ные ре­ак­ции. 2-е изд. М., 1986; Прюм­мер Р. Об­ра­бот­ка по­рош­ко­об­раз­ных ма­те­риа­лов взры­вом. М., 1990.

Вернуться к началу