3.2.7. Вибухи і пожежі

Під вибухом розуміють процес вивільнення великої кількості енергії в обмеженому об’ємі за короткий інтервалом часу. В результаті вибуху речовина перетворюється в дуже нагрітий газ із дуже високим тиском. Утворений газ із великою силою діє на навколишнє середовище, викликаючи його рух. Породжений хвилею тиск називається вибуховою хвилею. В міру віддалення від місця вибуху механічна дія вибухової хвилі слабшає.

Типовими прикладами вибухів є вибухи хімічних вибухових речовин. Вибухи можуть бути тепловими, за яких теплота, що виділилася, не встигає відводитися за межі вибухової речовини. Завдяки підвищенню температури розвивається процес хімічного розкладу, який самоприскорюється. Цей хімічний розклад називають тепловим вибухом.

Можливий інший процес вибуху. Хімічне перетворення поширюється по вибуховій речовині послідовно від одного шару до іншого у вигляді хвилі. Передній фронт такої хвилі, що рухається з великою швидкістю, являє собою ударну хвилю  різкий (стрибкоподібний) перехід речовини із вихідного стану у стан з дуже високим тиском і температурою. Такий процес хімічного перетворення вибухової речовини, який утворюється ударною хвилею і супроводжується швидким виділенням енергії, називається детонацією.

Детонаційні хвилі поширюються зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку у вихідній речовині. Наприклад, швидкість хвилі у твердій вибухівці складає кілька кілометрів за секунду. Тонна такої твердої речовини може перетворитися у густий газ із дуже високим тиском за 10^-4 с. Тиск при цьому в утворюваних газах може досягати кількох сотень тисяч атмосфер. Дія вибуху може бути посилена у певному напрямку за рахунок надання вибуховій речовині спеціальної форми (кумулятивний ефект).

До вибухів, пов’язаних з фундаментальнішими перетвореннями речовин, відносяться ядерні вибухи. Під час ядерного вибуху відбувається перетворення атомних ядер вихідної речовини у ядра інших елементів, яке супроводжується вивільненням енергії зв’язку елементарних частинок (протонів і нейтронів), що входять у склад атомного ядра. Під час ділення всіх ядер, що містяться у 50 г урану або плутонію, вивільнюється така сама кількість енергії, як і при детонації 1000 т тринітротолуолу.

Існує інший тип ядерної реакції  реакція синтезу легких ядер, що супроводжується виділенням великої кількості енергії. Сили відштовхування одноіменних електричних зарядів перешкоджають перебігу реакції синтезу. Енергія, необхідна для синтезу температур досягається при ядерному вибуху урану або плутонію. Таким чином, якщо помістити в одному і тому самому пристрої речовини, що діляться, та ізотопи Гідрогену, то може бути здійснена реакція синтезу, результатом якої буде вибух величезної сили. При синтезі ядер дейтерію (ізотопи Гідрогену) вивільнюється енергія майже в три рази більша, ніж при діленні такої самої маси урану. Процес синтезу, що протікає за високої температури, називають термоядерною реакцією.

Існують вибухи, у яких енергія, що виділяється підводиться із зовні. Прикладом такої енергії є електричні розряди та лазерне випромінювання. Одним з видів вибуху є процес швидкого вивільнення енергії, що відбувається в результаті руйнування оболонки, яка утримує газ з високим тиском (наприклад, вибух балона із стисненим газом).

Вибух може відбутися при зіткненні твердих тіл, що рухаються назустріч одне одному з великою швидкістю. Під час зіткнення кінетична енергія тіл переходить у теплоту в результаті поширення по речовині потужної ударної хвилі, яка виникає в момент зіткнення. Швидкість відносного зближення тіл, необхідна для того, щоб в результаті зіткнення речовина повністю перетворилася на пару, вимірюється десятками кілометрів за секунду. Тиск, який при цьому розвивається, складає мільйони атмосфер.

У природі відбувається багато явищ, які супроводжуються вибухами: блискавки, виверження вулканів, падіння на землю великих метеоритів  все це приклади вибухів. Тунгуський метеорит (1907р.) викликав вибух, еквівалентний за виділеною енергією 10⁷ т тринітротолуолу. Ще більше енергії вивільнилося в результаті вибуху вулкана Кракатау (1883). Величезними за масштабом вибухами є хромосомні спалахи на Сонці. Енергія, що виділяється при цьому, колосальна  10¹⁷ Дж.

Характер гігантських вибухів, які відбуваються в космічному просторі, мають спалахи нових зірок. Під час цих спалахів виділяється енергія 10³⁸ -10³⁹ Дж. Така енергія випромінюється Сонцем за 10100 тис. років. Ще могутніші вибухи являють собою спалахи наднових зірок, при яких вивільнюється енергія близько 10⁴³ Дж.

Вибухи бувають: народногосподарські, воєнні, науково-дослідницькі тощо. Небезпеку становлять неконтрольовані вибухи.

Пожежа  це неконтрольоване горіння, яке супроводжується знищенням матеріальних цінностей і створює небезпеку для життя людей. Пожежа, погашена у самій початковій стадії розвитку, називається загорянням. Пожежі завдають великої матеріальної шкоди, наприклад, у США близько 11 млрд доларів на рік. Причини пожеж: необережне поводження з вогнем, недотримання правил експлуатації, самозаймання речовин та матеріалів, розряди статичної електрики, грозові розряди, підпали.

Залежно від місця виникнення розрізняють пожежі: на транспортних засобах, степові та польові, підземні у шахтах та рудниках, торф’яні та лісові, а також у будівлях і спорудах (зовнішні та закриті).

Простір, охоплений пожежею, умовно ділять на 3 зони: зона активного горіння (вогнище), теплова дія, задимлення.

Основною характеристикою, що характеризує руйнуючу дію пожежі, є температура, яка розвивається під час горіння. У житлових будинках та громадських будівлях температури всередині приміщень досягають 800900 ⁰С, але розподіляються нерівномірно. Найвищі температури виникають під час зовнішніх пожеж і в середньому складають 12001300 ⁰С.

Тепло, що утворюється в зоні горіння, виділяється у навколишнє середовище у процесі конвекції, променистого теплообміну й теплопровідності.

Вогнище оточує зона теплової дії, тобто територія, на якій температура повітря та газоподібних продуктів згоряння не менша 80 ⁰С.

Зона задимлення складається з азоту, кисню, оксиду карбону, вуглекислого газу, парів води, тепла та інших речовин. Багато продуктів, що входять у склад диму, мають підвищену токсичність, особливо токсичні продукти горіння полімерів. Іноді продукти неповного згоряння, наприклад СО, можуть утворювати з киснем вибухонебезпечні суміші.

Припинення горіння досягається дією на гарячі поверхні охолоджуючими засобами, що гасять вогонь, розбавленням гарячих речовин або повітря, яке надходить у зону горіння, негорючими парами або газами; створенням між зоною горіння та горючим матеріалом ізолюючого шару із засобів, що гасять вогонь. У якості основного засобу, що гасить вогонь, використовують воду. Крім води, використовуються хімічні та повітряно-механічні піни, вуглекислий газ, азот, порошки, водяну пару, інгібітори.

Засоби для гасіння вогню подають у вогнище пожежі за допомогою пожежної техніки стаціонарними установками гасіння пожежі, пожежними автомобілями, поїздами, кораблями, мотопомпами, вогнегасниками. Заходи з пожежної безпеки поділяються на пожежну профілактику та гасіння пожеж.

    