Глава 5. Аварии на взрывоопасных объектах. Ядерные взрывы

5.1. Взрывы. Ядерные взрывы

Взрыв – быстро протекающий (практически мгновенный) процесс химического или физического⁴ превращения (изменения агрегатного состояния) ве­ществ, сопровождающийся высвобождением большого (гро­мадного) количества энергии в ограниченном объеме.

Для взрывчатых веществ (ВВ) взрыв является самораспространяющимся химическим превращением (распадом, разложением), подобно горению, с выделением громадного количества тепла и образованием газообразных продуктов. При обычном горении используется кислород атмосферы. При взрывах же используется связанный кислород, который содержится в большинстве ВВ. При этом кислород вступает во внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции распада или взаимодействия между составными частями ВВ, продуктами их разложения или газификации в результате чего выделяется тепло и газообразные продукты.

Химическое превращение ВВ может происходить в виде:

а) термического разложения; б) горения; в) детонации.

Термическое разложение является медленным процессом распада ВВ (например, подобно «горению» мокрой травы, перегниванию навоза). Оно сопровождается выделением тепла.

Горение ВВ – экзотермическая реакция, протекающая в поверхностном слое вещества – в зоне пламени. Реакция поддерживается за счёт теплопроводности и (или) диффузионного теплообмена газообразных продуктов реакции с общей массой ВВ. Различают два вида горения – стационарное (послойное горение) и возмущенное (объемное горение; характерно резкое нарастание давления).

Детонация – особый вид экзотермической реакции. Скорость горения достигает 8,5 км/с. Подобная скорость горения способствует резкому нарастанию давления на фронте детонационной волны. Реакция протекает так быстро, что вся энергия, заключенная в ВВ, высвобождается до того, как наступает расширение продуктов распада. По сути вся освободившаяся энергия сосредоточена в объеме исходного ВВ. Давление может достигать 10⁹ Па. Происходит взрыв.

Различие в химическом превращении ВВ состоит в скорости горения. Различают при: М0,2 (М – число Маха, Маиевского) – чисто дефлаграционное горение, давление при этом незначительно; в интервале 0,2 М 1 процесс перерастает во взрывное дефлаграционное горение при этом продукты нагреваются до 15003000^оС, давление нарастает постепенно, в закрытых помещениях до 0,60,9 МПа; М>1 – детонационное горение (давление нарастает скачком).

Наиболее сильные взрывы – ядерные (атомные), при которых выделяется огромная энергия, мощь которой превосходит на несколько порядков взрывы обычных ВВ. Атомная энергия может выделяться при:

а) делении ядер тяжелых элементов (урана U₂₃₃, ₂₃₅; плутония Pu₂₃₉) – ядерный (атомный) вид реакции на принципе «деления»;

б) реакции синтеза легких элементов (дейтерия и трития) в более тяжелые элементы – термоядерный (водородный) вид реакции на принципе «деление + синтез»;

в) комбинации первых двух видов реакции – реакции на принципе «деление + синтез + деление» (в последнем случае начинает деление природный уран U₂₃₈).

Ядерное оружие (ЯО) основано на использовании указанных видов реакции. Простая атомная (ядерная) бомба основана на принципе деления ядер тяжелых элементов. Термоядерная (водородная) бомба – это двойная бомба – основанная на втором принципе реакции. Атомный взрыв по сути является катализатором (условием), при котором начинает протекать реакция синтеза. На третьем виде реакции устроена «тройная» бомба, мощь которой превосходит мощь атомной и водородной бомб.

Реакции деления тяжелых ядер и синтеза легких ядер протекают практически мгновенно (за тысячные доли секунды). В зоне протекания ядерных реакций температура повышается до нескольких миллионов градусов, а максимальное давление достигает миллиардов Паскалей.

Мощь ядерных взрывов (ЯВ) принято характеризовать тротиловым эквивалентом – килотоннами. Десять килотонн – 10 Кт – означают выделение энергии эквивалентной при взрыве 10 тонн тротила.