Аварии на взрывоопасных объектах. Ядерные взрывы

Глава 3. Аварии на взрывоопасных объектах. Ядерные

взрывы

3.1. Взрывы. Ядерные взрывы

Взрыв – быстро протекающий (практически мгновенный) процесс химического или физического[1] превращения 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) – 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 миллионные доли секунды). В зоне протекания ядерных реакций температура повышается до нескольких миллионов градусов, а максимальное давление достигает миллиардов атмосфер ( » 10¹⁵ Па).

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

3.2. Взрывчатые вещества. Виды взрывов. Взрывоопасные

объекты

ВВ – это химические соединения или их смеси, способные под воздействием внешнего импульса (удара; трения; накола; нагрева и др.) к взрывчатому превращению (взрыву). Классификация ВВ вообще обширна. Их классифицируют по различным признакам, из которых ведущими для практики являются: по форме химического превращения; химической природе и составу; условиям применения; чувствительности к различным видам внешних воздействий.

По форме химического превращения ВВ делятся на: бризантные; метательные (пороха); пиротехнические составы.

Бризантные ВВ обладают большой скоростью детонации (до 8,5 км/с.) и способны производить при взрыве дробление среды. Типичный представитель этих ВВ – тротил; гексоген; ТЕН; тетрил; некоторые типы аммонитов и аммоналов и др. Этими ВВ взрывают горные породы, сооружения, конструкции, а также снаряжают боеприпасы. Из этой группы выделяют так называемые инициирующие ВВ, обладающие большой чувствительностью к удару, трению, наколу, искре (гремучая ртуть, азид свинца, тетрозен и др.). Их применяют для возбуждения взрывчатых превращений других ВВ, т.е. взрыва.

Пороха представляют собой многокомпонентные твердые ВВ, способные к стационарному горению параллельными слоями с образованием большого количества газообразных продуктов. Их энергия используется для метания снарядов, пуль, движения ракет и в других целях. Различают баллистидные (бездымные) и дымные пороха.

Пиротехнические составы представляют собой различные смеси. Их отличает малая скорость горения. Они используются для зрелищных мероприятий (бенгальские огни, различные фейерверки). В военном деле и др. областях применяют осветительные, трассирующие, сигнальные, зажигательные, дымовые пиротехнические составы.

По своему химическому составу ВВ делятся на индивидуальные (содержат группы NO₂, ONO₂ и N-NO₂) и смесевые составы (состоят из двух и более компонентов для обеспечения заданных характеристик). Все промышленные ВВ по своему составу подразделяются на: нитросоединения; ВВ на основе аммиачной селитры; нитроэфиросодержащие; хлоратные и перхлоратные ВВ.

Все ВВ бризантного действия, типа тротила, ТЭНа, тетрила и др. – называют конденсированными.

Горючие газы (ГГ), содержащие атомы C, H, O, N, Cl, Br, J, F, пары легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) в смеси с воздухом при определенных концентрациях взрывоопасны. В замкнутых объемах при определенных концентрациях взрывоопасны в смеси с воздухом угольная, мучная, сахарная, древесная и др. пыли. Подобные смеси называют газопаровоздушными (ГПВС) и пылевоздушными (ПВС) смесями. Взрывы ГПВС и ПВС образуют класс объемных взрывов.