Глава 6 «Взрыв в особых условиях» посвящена специальным видам взрыва. Рассматриваются подземный, подводный и ядерный взрывы. Приводятся примеры по управлению взрывом.

Учитывая, что отдельные поражающие факторы, как, например, электромагнитный импульс, проникающая радиация и радиоактивное заражение местности при ядерном взрыве имеют самостоятельное значение и достаточно полно освещены в литературе по Гражданской обороне, здесь они опускаются. Более кратко рассматривается также подводный взрыв. Основное внимание обращается на раскрытие сущности физических процессов при таких взрывах.

Изложение материала сопровождается рисунками и таблицами, содер­жащими необходимые справочные данные.

В заключение автор выражает искреннюю признательность и благодарность В.И. Гуменюку, В.В. Матвееву и В.В. Яковлеву за внимательное отношение к содержанию монографии, полезные советы и замечания, как по содержанию, так и оформлению материалов работы.

Глава 1. Элементы термодинамики, термохимии и кинетической теории газов в процессах горения и взрыва § 1.1. Определение горения и взрыва

Принято считать горением химическую реакцию, сопровождающуюся выделением тепла и света. С этой точки зрения вещества могут гореть как в кислороде, так и других газовых средах. Например, некоторые металлы «горят» в хлоре, окислы натрия и бария «горят» в углекислом газе. Тем не менее, в общепринятом понимании горение – относительно быстро протекающая реакция соединения горючего вещества с кислородом воздуха, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света.

Горение твёрдых веществ и материалов, горючих жидкостей, газов имеет определённые особенности. В целом это сложный физико-химический процесс [1].

Неконтролируемый процесс горения часто приводит к пожару. Как от-мечалось во введении, в огне пожаров уничтожаются материальные и при-родные ценности; пожар – это угроза жизни людей. К числу основных по-ражающих факторов пожара относят, прежде всего, высокую температуру в зоне горения; тепловое излучение из зоны горения, способное привести к поражению людей и возгоранию горючих материалов за пределами этой зоны; задымление значительной территории, оказывающее раздражающее и отрицательное психологическое воздействие на людей, а в некоторых случаях и отравление их окисью углерода и другими токсичными газами; снижение видимости.

Особой формой горения является взрыв [2]. Взрыв – это процесс чрезвычайно быстрого превращения вещества, сопровождающийся выделением большого количества энергии. При взрыве исходное вещество, занимавшее определённый объём, превращается, как правило, в сильно нагретый и сжатый газ (продукты взрыва). Область, заполненная продуктами взрыва, стремительно расширяется, сжимая и приводя в движение окружающую среду. Порождённое взрывом движение внешней среды проявляется в виде специфического волнового процесса – ударной волны. Ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью. По мере удаления от центра взрыва скорость ударной волны снижается и на больших расстояниях приближается к звуковой. Ударная волна является основным поражающим фактором взрыва.

Взрывы могут быть вызваны различными физическими или химическими явлениями.

В инженерной практике и военном деле широкое распространение получили химические взрывчатые вещества (ВВ). Они используются при ведении строительных и горных работ: при строительстве тоннелей, каналов, разработке полезных ископаемых. В военном деле ВВ применяются в различного рода огнестрельном оружии, боеприпасах, подрывных средствах.

Химические ВВ представляют собой относительно неустойчивые в термодинамическом смысле системы, способные под влиянием внешних ударных или тепловых воздействий к быстрым экзотермическим превращениям. Источник энергии таких взрывов заключается в энергии молекулярных связей.

При взрыве происходит превращение относительно сложных нестойких молекул исходного вещества в молекулы более простых и стойких веществ.

Примерами взрывов, обусловленных физическими процессами, могут служить взрывы паровых котлов и ёмкостей со сжатым газом; взрывы, возникающие при мощных искровых разрядах, например, молниях; при пропускании электрического тока высокого напряжения через тонкие металлические проволочки и др.

При взрыве парового котла взрывной процесс связан с быстрым переходом перегретой воды в парообразное состояние; при взрыве ёмкости со сжатым газом – повышенным давлением газа. Взрыв происходит при разрушении стенок котла или оболочки ёмкости (резервуара, баллона и др.). При мощных искровых разрядах разность потенциалов выравнивается за промежутки времени с, вследствие чего в зоне разряда достигается большая плотность энергии и высокая температура 20000⁰ С - 40000°С, что приводит к резкому подъёму давления воздуха в месте разряда и распространению интенсивного возмущения в окружающей среде. Взрывы проволочек под действием тока высокого напряжения связаны с быстрым переходом металла в газообразное состояние, температура при этом достигает величины ~20000°С.

Можно привести и другие примеры взрывов, обусловленных физическими процессами, например, взрывы, наблюдаемые при извержении вулканов, падении космических тел на земную поверхность и др.

Экстремально высокие значения параметров взрывной реакции (температура и давление) имеют место при ядерных взрывах, обусловленных реакциями деления и синтеза атомов.

Несмотря на известные различия, горение и взрыв объединяет то обстоятельство, что они является термодинамическим процессами. Для получения представления об особенностях этих явлений, целесообразно опираться на основные законы термодинамики.