Что такое взрыв? понятие и классификация взрывов

Хронология событий в теории Большого Взрыва

Так все выглядело в разрезе времени.

Основываясь на знаниях о нынешнем состоянии Вселенной, ученые предполагают, что все должно было начаться с единственной точки с бесконечной плотностью и конечным временем, которые начали расширяться. После первоначального расширения, как гласит теория, Вселенная прошла фазу охлаждения, которая позволила появиться субатомным частицам и позже простым атомам. Гигантские облака этих древних элементов позже, благодаря гравитации, начали образовывать звезды и галактики.

Все это, по догадкам ученых, началось около 13,8 миллиарда лет назад, и поэтому эта отправная точка считается возрастом Вселенной. Путем исследования различных теоретических принципов, проведения экспериментов с привлечением ускорителей частиц и высокоэнергетических состояний, а также путем проведения астрономических исследований дальних уголков Вселенной ученые вывели и предложили хронологию событий, которые начались с Большого взрыва и привели Вселенную в конечном итоге к тому состоянию космической эволюции, которое имеет место быть сейчас.

Ученые считают, что самые ранние периоды зарождения Вселенной — продлившиеся от 10-43 до 10-11 секунды после Большого взрыва, — по прежнему являются предметом споров и обсуждений. Если учесть, что те законы физики, которые нам сейчас известны, не могли существовать в это время, то очень сложно понять, каким же образом регулировались процессы в этой ранней Вселенной. Кроме того, экспериментов с использованием тех возможных видов энергий, которые могли присутствовать в то время, до сих пор не проводилось. Как бы там ни было, многие теории о возникновении Вселенной в конечном итоге согласны с тем, что в какой-то период времени имелась отправная точка, с которой все началось.

Тайны сингулярности

Сингулярность мало кто может объяснить человеческим языком.

Также известная как планковская эпоха (или планковская эра) принимается за самый ранний из известных периодов эволюции Вселенной. В это время вся материя содержалась в единственной точке бесконечной плотности и температуры. Во время этого периода, как считают ученые, квантовые эффекты гравитационного взаимодействия доминировали над физическим, и ни одна из физических сил не была равна по силе гравитации.

Планковская эра предположительно длилась от 0 до 10-43 секунды и названа она так потому, что измерить ее продолжительность можно только планковским временем. Ввиду экстремальных температур и бесконечной плотности материи состояние Вселенной в этот период времени было крайне нестабильным. После этого произошли периоды расширения и охлаждения, которые привели к возникновению фундаментальных сил физики.

Приблизительно в период с 10-43 до 10-36 секунды во Вселенной происходил процесс столкновения состояний переходных температур. Считается, что именно в этот момент фундаментальные силы, которые управляют нынешней Вселенной, начали отделяться друг от друга. Первым шагом этого отделения явилось появление гравитационных сил, сильных и слабых ядерных взаимодействий и электромагнетизма.

В период примерно с 10-36 до 10-32 секунды после Большого взрыва температура Вселенной стала достаточно низкой (1028 К), что привело к разделению электромагнитных сил (сильное взаимодействие) и слабого ядерного взаимодействия (слабого взаимодействия).

Источники энергии

По происхождению выделившейся энергии различают следующие типы взрывов:

  • Химические взрывы взрывчатых веществ — за счёт энергии химических связей исходных веществ.
  • Взрывы ёмкостей под давлением (газовые баллоны, паровые котлы, трубопроводы) — за счет энергии сжатого газа или перегретой жидкости. К ним, в частности, относятся:
    • 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.
  • Ядерные взрывы — за счет энергии, высвобождающейся в ядерных реакциях.
  • Электрические взрывы (например, при грозе).
  • Вулканические взрывы.
  • Взрывы при столкновении космических тел, например, при падении метеоритов на поверхность планеты.
  • Взрывы, вызванные гравитационным коллапсом (взрывы сверхновых звёзд и др.).

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.

Зоны очага ядерного взрыва

Для определения характера возможных разрушений, объема и условий проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ очаг ядерного поражения условно делят на четыре зоны: полных, сильных, средних и слабых разрушений.

Зона полных разрушений характеризуется массовыми безвозвратными потерями среди незащищенного населения (до 100 %), полными разрушениями зданий и сооружений, а также части убежищ гражданской обороны, образованием сплошных завалов в населенных пунктах. Лес полностью уничтожается.

Зона сильных разрушений характеризуется массовыми безвозвратными потерями (до 90 %) среди незащищенного населения, полными разрушениями зданий и сооружений, образованием местных и сплошных завалов в населенных пунктах и лесах, сохранением убежищ и большинства противорадиационных укрытий подвального типа.

Зона средних разрушений характеризуется безвозвратными потерями среди населения (до 20 %), средними разрушениями зданий и сооружений, сплошных пожаров, сохранением коммунально-энергетических сетей, убежищ и большинства противорадиационных укрытий.

Зона слабых разрушений характеризуется слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений.

Степень лучевой болезни

Доза излучения, вызывающая заболевание, рад

людей

животных

Легкая (I)

100-200

150-250

Средняя (II)

200-400

250-400

Тяжелая (III)

400-600

400-750

Крайне тяжелая (IV)

Более 600

Более 750

Таблица 2. Зависимость степени лучевой болезни от величины дозы облучения

Взрывной характер

Ядро урана содержит 92 протона. Природный уран представляет собой в основном смесь двух изотопов: U238 (в ядре которого 146 нейтронов) и U235 (143 нейтрона), причем последнего в природном уране лишь 0,7%. Химические свойства изотопов абсолютно идентичны, потому и разделить их химическими методами невозможно, но различие в массах (235 и 238 единиц) позволяет сделать это физическими методами: смесь уранов переводят в газ (гексафторид урана), а затем прокачивают через бесчисленные пористые перегородки. Хотя изотопы урана не отличимы ни по внешнему виду, ни химически, их разделяет пропасть в свойствах ядерных характеров.

Процесс деления U238 — платный: прилетающий извне нейтрон должен принести с собой энергию — 1 МэВ или более. А U235 бескорыстен: для возбуждения и последующего распада от пришедшего нейтрона ничего не требуется, вполне достаточно его энергии связи в ядре.

Цепная реакция При попадании нейтронов ядро урана-235 легко делится, образуя новые нейтроны. При определенных условиях начинается цепная реакция.

При попадании нейтрона в способное к делению ядро образуется неустойчивый компаунд, но очень быстро (через 10−23−10−22 с) такое ядро разваливается на два осколка, не равных по массе и «мгновенно» (в течение 10−16−10−14 с) испускающих по два-три новых нейтрона, так что со временем может размножаться и число делящихся ядер (такая реакция называется цепной). Возможно такое только в U235, потому что жадный U238 не желает делиться от своих собственных нейтронов, энергия которых на порядок меньше 1 МэВ. Кинетическая энергия частиц — продуктов деления на много порядков превышает энергию, выделяющуюся при любом акте химической реакции, в которой состав ядер не меняется.

Металлический плутоний существует в шести фазах, плотности которых от 14,7 до 19,8 кг/см3. При температуре ниже 119 градусов Цельсия существует моноклинная альфа-фаза (19,8 кг/см3), но такой плутоний очень хрупок, а в кубической гранецентрированной дельта-фазе (15,9) он пластичен и хорошо обрабатывается (именно эту фазу и стараются сохранить с помощью легирующих добавок). При детонационном обжатии никаких фазовых переходов быть не может — плутоний находится в состоянии квазижидкости. Фазовые переходы опасны при производстве: при больших размерах деталей даже при незначительном изменении плотности возможно достижение критического состояния. Конечно, произойдет это без взрыва — заготовка просто раскалится, но может произойти сброс никелирования (а плутоний очень токсичен).

Классификация взрывчатых веществ

Все
ВВ, применяемые при производстве
подрывных работ и снаряжении различных
боеприпасов делятся на три основные
группы:

  • инициирующие;

  • бризантные;

  • метательные
    (пороха).

 ИНИЦИИРУЮЩИЕ

особо восприимчивые к внешним воздействиям
(удару, трению, воздействию огня). К ним
относятся:

  • гремучая
    ртуть (фульминат ртути);

  • азид
    свинца (азотистоводороднокислый
    свинец);

  • тенерес
    (тринитрорезорцинат свинца, ТНРС);

 БРИЗАНТНЫЕ(дробящие)
— способные к устойчивой детонации. Они
более мощны и менее чувствительны к
внешним воздействиям и в свою очередь
подразделяются на:

ВВ
ПОВЫШЕННОЙ МОЩНОСТИ
,
к которым относятся:

  • тэн
    (тетранитропентраэритрит, пентрит);

  • гексоген
    (триметилентринитроамин);

  • тетрил
    (тринитрофенилметилнитроамин).

ВВ
НОРМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ
:

  • тротил
    (тринитротолуол, тол, ТНТ);

  • пикриновая
    кислота (тринитрофенол, мелинит);

  • ПВВ-4
    (пластит-4);

ВВ
ПОНИЖЕННОЙ МОЩНОСТИ

(амиачноселитренные ВВ):

  • аммониты;

  • динамоны;

  • аммоналы.

МЕТАТЕЛЬНЫЕ
(пороха) — ВВ, основной формой взрывчатого
превращения которых является горение.
К ним относятся: — дымный порох; — бездымные
пороха.

Взрывы паровых облаков

Представляют собой реакции молниеносной смены состояния, порождающие образование взрывной волны. Случаются на открытом воздухе, в ограниченном пространстве из-за воспламенения горючего парового облака. Как правило, подобное происходит при утечке сжиженного газа.

В целях безопасности рекомендуется тщательно соблюдать следующие меры предосторожности:

— отказ от работы с горючим газом или паром;

— отказ от источников зажигания, способных вызвать искру;

— избегание замкнутого пространства.

Нужно здраво понимать, что такое взрыв, какую опасность он несет. Несоблюдение правил безопасности и неграмотное использование некоторых предметов приводит к катастрофе.

Взрывчатый краситель

В 1868 году британскому химику Фредерику-Августу Абелю после шестилетних исследований удалось получить прессованный пироксилин. Однако в отношении тринитрофенола (пикриновой кислоты) Абелю была отведена роль «авторитетного тормоза». Еще с начала XIX века были известны взрывчатые свойства солей пикриновой кислоты, но о том, что сама пикриновая кислота способна к взрыву, никто не догадывался до 1873 года. Пикриновая кислота на протяжении века использовалась как краситель. В те времена, когда началось оживленное испытание взрывчатых свойств разных веществ, Абель несколько раз авторитетно заявлял о том, что тринитрофенол абсолютно инертен.

Трехмерная модель молекулы тринитрофенола.

Герман Шпренгель был немцем по происхожде-нию, но жил и работал в Великобритании. Именно он дал французам воз-можность заработать денег на секретном мелините.

В 1873 году немец Герман Шпренгель, создавший целый класс взрывчатых веществ, убедительно показал способность тринитрофенола к детонации, но тут возникла другая сложность — прессованный кристаллический тринитрофенол оказался очень капризным и непредсказуемым — то не взрывался, когда надо, то взрывался, когда не надо.

Пикриновая кислота предстала перед французской Комиссией по взрывчатым веществам. Было установлено, что она — мощнейшее бризантное вещество, уступающее разве только нитроглицерину, но ее слегка подводит кислородный баланс. Также выяснили, что сама пикриновая кислота обладает низкой чувствительностью, а детонируют ее соли, образующиеся при длительном хранении. Эти исследования положили начало полному перевороту во взглядах на пикриновую кислоту. Окончательно недоверие к новому взрывчатому веществу было рассеяно работами парижского химика Тюрпена, который показал, что плавленая пикриновая кислота неузнаваемо меняет свои свойства по сравнению с прессованной кристаллической массой и совершенно теряет свою опасную чувствительность.

Это интересно: позже выяснилось, что сплавлением решаются проблемы с детонацией у сходной с тринитрофенолом взрывчатки — тринитротолуола.

Такие исследования, разумеется, были строго засекречены. И в восьмидесятые годы XIX века, когда французы стали выпускать новое взрывчатое вещество под названием «мелинит», Россия, Германия, Великобритания и США проявили к нему огромный интерес. Ведь фугасное действие боеприпасов, снаряженных мелинитом, выглядит внушительным и в наши дни. Активно заработали разведки, и спустя недолгое время тайна мелинита стала секретом Полишинеля.

В 1890 году Д. И. Менделеев писал морскому министру Чихачеву: «Что же касается до мелинита, разрушительное действие коего превосходит все данные испытания, то по частным источникам с разных сторон однородно понимается, что мелинит есть не что иное, как сплавленная под большим давлением остывшая пикриновая кислота».

Пожары и взрывы техногенного характера

  1. Сильное тепловое излучение.
  2. Разрушение конструкций и зданий.
  3. Токсичные для человека продукты горения.
  4. Механическое воздействие в силу взрывной волны.

Риски возникновения техногенных пожаров

  1. Низкая профессиональность рабочего персонала.
  2. Игнорирование правил пожарной безопасности.
  3. Несоблюдение строительных нормативов.
  4. Уместные поджоги.
  5. Замыкания в электрической сети.
  6. Несоблюдение правил использования печного отопления.
  7. Деформация емкостей и, как следствие, высвобождение легковоспламеняющихся жидкостей.
  8. Поломка используемого оборудования.
  9. Несоблюдение сроков строительства и прочее.

Примеры пожаров и взрывов техногенного характера

Техногенный пожар

Пожар в ночном клубе «Хромая лошадь», который унес жизнь 156 человек

ЧП случилось в силу несоблюдения правил безопасности во время использования пиротехнических средств.
Поджар в доме-интернате «Приазовье», который возник по причине неосторожного обращения с огнем. Среди погибших – 63 человека

Пострадавших – 29 человек.
Возгорание здания УМВ в Самаре. Причина – непогашенный окурок одного из сотрудников. Среди погибших – 57 человек. Пострадавших – более 200 человек.

Разбудить демона

Как ни забавно, у «родственника» пикриновой кислоты — тринитротолуола — судьба оказалась сходной. Впервые он был получен немецким химиком Вильбрандом еще в 1863 году, но лишь в начале XX века нашел применение в качестве взрывчатого вещества, когда за его исследование взялся немецкий инженер Генрих Каст

В первую очередь он обратил внимание на технологию синтеза тринитротолуола — она не содержала опасных по взрыву этапов. Уже одно это было колоссальным преимуществом. Еще свежи были в памяти европейцев многочисленные ужасающие взрывы фабрик, производивших нитроглицерин

Еще свежи были в памяти европейцев многочисленные ужасающие взрывы фабрик, производивших нитроглицерин.

Трехмерная модель молекулы тринитротолуола.

Еще одним немаловажным достоинством была химическая инертность тринитротолуола — реакционная способность и гигроскопичность пикриновой кислоты изрядно досаждали конструкторам артиллерийских снарядов.

Полученные Кастом желтоватые чешуйки тринитротолуола проявили удивительно мирный нрав — настолько мирный, что многие сомневались в его способности к детонации. Сильные удары молотком плющили чешуйки, в огне тринитротолуол взрывался не лучше, чем березовые дрова, а горел гораздо хуже. Доходило до того, что в мешки с тринитротолуолом пытались стрелять из винтовок. Результатом были лишь облачка желтой пыли.

Но способ разбудить дремлющего демона был найден — впервые это произошло при подрыве мелинитовой шашки вплотную к массе тринитротолуола. А затем выяснилось, что если его сплавить в монолитный блок, то надежная детонация обеспечивается стандартным капсюлем-детонатором Нобеля №8. В остальном плавленый тринитротолуол оказался таким же флегматиком, как и до плавления. Его можно пилить, сверлить, прессовать, размалывать — словом, делать что заблагорассудится. Температура плавления 80°С чрезвычайно удобна с технологической точки зрения — на жаре не потечет, но и особых затрат на плавление не требует. Расплавленный тринитротолуол весьма текуч, его можно запросто заливать в корпуса снарядов и бомб через отверстие взрывателя. В общем, воплощенная мечта военных.

Под руководством Каста в 1905 году Германия получила первые сто тонн новой взрывчатки. Как и в случае с французским мелинитом, она была строго засекречена и носила ничего не значащее название «тротил». Но спустя всего лишь год стараниями российского офицера В. И. Рдултовского тайна тротила была раскрыта, и его стали изготавливать в России.

Виды ядерных взрывов

Виды ядерных взрывов. Развитие ядерного взрыва и образование поражающих факторов.

В зависимости от задач, решаемых применением ядерного оружия, ядерные взрывы могут производиться в воздухе, на поверхности земли и воды, под землей и водой. В соответствии с этим различают высотный, воздушный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы. Высотный ядерный взрыв — это взрыв, произведенный с целью уничтожения в полете ракет и самолетов на безопасной для наземных объектов высоте (свыше 10 км). Поражающими факторами высотного взрыва являются: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и электромагнитный импульс (ЭМИ). Воздушный ядерный взрыв — это взрыв, произведенный на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли (воды). Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие. Сильное радиоактивное заражение местности образуется только вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Заражение местности по следу облака существенного влияния на действия личного состава не оказывает. Наиболее полно при воздушном ядерном взрыве проявляются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и ЭМИ. Наземный (надводный) ядерный взрыв — это взрыв, произведенный на поверхности земли (воды), при котором светящаяся область касается поверхности земли (воды), а пылевой (водяной) столб с момента образования соединен с облаком взрыва. Характерной особенностью наземного (надводного) ядерного взрыва является сильное радиоактивное заражение местности (воды} как в районе взрыва, так и по направлению движения облака взрыва. Поражающими факторами этого взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и ЭМИ. Подземный (подводный) ядерный взрыв — это взрыв, произведенный под землей (под водой) и характеризующийся выбросом большого количества грунта (воды), перемешанного с продуктами ядерного взрывчатого вещества (осколками деления урана-235 или плутония-239). Поражающее и разрушающее действие подземного ядерного взрыва определяется в основном сейсмовзрывными волнами (основной поражающий фактор), образованием воронки в грунте и сильным радиоактивным заражением местности. Световое излучение и проникающая радиация отсутствуют. Характерным для подводного взрыва является образование султана (столба воды), базисной волны, образующейся при обрушении султана (столба воды). Воздушный ядерный взрыв начинается кратковременной ослепительной вспышкой, свет от которой можно наблюдать на расстоянии нескольких десятков и сот километров. Вслед за вспышкой появляется светящаяся область в виде сферы или полусферы (при наземном взрыве), являющаяся источником мощного светового излучения. Одновременно из зоны взрыва в окружающую среду распространяется мощный поток гамма-излучения и нейтронов, которые образуются в ходе цепной ядерной реакции и в процессе распада радиоактивных осколков деления ядерного заряда. Гамма-кванты и нейтроны, испускаемые при ядерном взрыве, называют проникающей радиацией. Под действием мгновенного гамма-излучения происходит ионизация атомов окружающей среды, которая приводит к возникновению электрических и магнитных полей. Эти поля ввиду их кратковременности действия принято называть электромагнитным импульсом ядерного взрыва. В центре ядерного взрыва температура мгновенно повышается до нескольких миллионов градусов, в результате чего вещество заряда превращается в высокотемпературную плазму, испускающую рентгеновское излучение. Давление газообразных продуктов вначале достигает нескольких миллиардов атмосфер. Сфера раскаленных газов светящейся области, стремясь расшириться, сжимает прилегающие слои воздуха, создает резкий перепад давления на границе сжатого слоя и образует ударную волну, которая распространяется от центра взрыва в различных направлениях. Так как плотность газов, составляющих огненный шар, намного ниже плотности окружающего воздуха, то шар быстро поднимается вверх. При этом образуется облако грибовидной формы, содержащее газы, пары воды, мелкие частицы грунта и огромное количество радиоактивных продуктов взрыва. По достижении максимальной высоты облако под действием воздушных течений переносится на большие расстояния, рассеивается и радиоактивные продукты выпадают на поверхность земли, создавая радиоактивное заражение местности и объектов.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий