Взрыв

ВЗРЫВ, быстрое выделение большого количества энергии в ограниченном объёме, приводящее к сильному возрастанию давления в нём и формированию взрывной волны, при распространении которой в окружающем пространстве могут происходить разрушения. Для взрыва в открытом пространстве время выделения энергии τ должно удовлетворять условию τС/L < 1, где С - скорость звука в газе, L - минимальный линейный размер области повышенного давления (газодинамический критерий взрыва). Большая скорость выделения энергии не позволяет за короткое время веществу в очаге взрыва значительно расшириться, а давлению понизиться.

Источники энергии взрыва имеют различную природу - химическую, механическую, электрическую, электромагнитную, ядерную и др. Выделение энергии при взрыве означает превращение внутренней энергии вещества (при химической или ядерной реакции) или энергии внешних источников взрыва (например, механической энергии при ударе) в энергию теплового движения атомов и молекул, т. е. в тепловую энергию. В этом смысле почти все взрывы являются тепловыми. В природе наблюдаются взрывы с различными источниками энергии: взрывы на поверхности Луны и планет при столкновениях с метеоритами, мощные электрические разряды во время грозы, сопровождающиеся вспышками света и громом, взрывы сверхновых звёзд. Энергетические и пространственные масштабы взрывов изменяются в широких пределах - от микровзрывов при ударе частицы космической пыли по обшивке летательного аппарата, схлопывании кавитационных пузырьков в жидкости или при пропускании импульса электрического тока через тонкую проволочку до гигантских взрывов, происходящих в космосе.

Специальные вещества, используемые для различных взрывных работ и в военном деле (взрывчатые вещества, ВВ), выделяют теплоту в химических реакциях. Наиболее мощные из них - конденсированные ВВ - гексоген, октоген, тринитротолуол (тротил) и др. Это «автономные» ВВ, не требующие для выделения энергии дополнительного окислителя. Их удельная теплота сгорания составляет около 5 кДж/г, т. е. в несколько раз меньше, чем у типичных органических горючих - каменного угля, нефти, природного газа, но давления, достигаемые при взрыве таких веществ, имеют порядок десятков ГПа (сотен тысяч атмосфер). Источники неожиданных (аварийных) взрывов на производстве и в быту обычно тоже химические - природный газ и его составляющие при их утечке в местах хранения, при транспортировке и потреблении, воздушная смесь метана с воздухом (например, в угольных шахтах), водород и др.

Общее свойство химических ВВ - сильная зависимость времени выделения энергии τ от термодинамических параметров (температуры, плотности и др.) и связанная с этим чувствительность к внешним воздействиям. В зависимости от кинетических свойств и от количества ВВ внешним воздействием (инициатором), сильно уменьшающим τ и приводящим к взрыву, могут быть саморазогревание веществ, способных выделять тепловую энергию (в узком смысле термин «тепловой взрыв» относится именно к такому механизму его развития), локальное повышение температуры (например, от электрической искры или горящей спички), механический удар, трение, пластические течение. В случае разветвлённых цепных реакций (так называемый цепной взрыв) достаточной причиной взрыва может быть изотермическое сжатие способной к взрыву системы. Примером такой системы является стехиометрическая водородно-кислородная смесь 2Н₂ + О₂ (гремучий газ). Другой пример цепного взрыва - ядерный взрыв, происходящий при разветвлённых цепных реакциях деления изотопов урана и плутония с размножением нейтронов.

Наиболее высокие давления при взрыве достигаются, если процесс выделения энергии инициируется ударной волной, а выделяемая энергия «питает» волну, поддерживая её интенсивность на постоянном уровне (смотри Детонация). К давлению, сравнимому по порядку величины с детонационным, приводит и горение при постоянном объёме, например в замкнутом (герметизированном) сосуде, заполненном смесью горючего вещества и окислителя. Внезапная разгерметизация такого сосуда порождает взрывную волну.

Действие взрыва усиливается, если вблизи его очага имеется горючая пыль (мука, древесные опилки, травяная пыль и др.), взвешенная в воздухе или осевшая на каких-либо поверхностях (в цехах деревообрабатывающих и трикотажных фабрик, на мельницах и тому подобное). Такая пыль перемешивается с газовым потоком и быстро сгорает, что приводит к быстрому росту давления. Особую опасность представляет загрязнение вентиляционных систем горючими отложениями на стенках трубопроводов, где возгорание приводит к большему повышению давления, чем в открытом пространстве. В элеваторах и других хранилищах, где находится большое количество зерна, недостаточная вентиляция и избыточная влажность приводят к реакциям брожения, не требующим кислорода. В результате до недопустимого уровня поднимается температура и выделяются взрывоопасные горючие газы - метан, водород, которые скапливаются в имеющихся пустотах (в чердачных помещениях и др.). Взрыв газа и пыли характеризуются давлениями в сотни и тысячи раз меньшими по сравнению с давлением в центре взрыва конденсированного ВВ, но они тоже обладают большой разрушительной силой. Горючая компонента при этом обычно рассредоточена в больших объёмах, где окислителем служит кислород воздуха.

Взрыв широко используется в военном деле, при исследованиях свойств веществ в экстремальных условиях, во многих наукоёмких и энергосберегающих технологиях (получение технических алмазов, взрывная ковка, сварка и резка металлов и др., смотри Взрывные технологии), при геологическом изучении территорий, поиске и извлечении полезных ископаемых, строительстве зданий и гидротехнических систем. При целенаправленных применениях взрыва и всюду, где имеется вероятность случайных взрывов, требуется строжайшее соблюдение правил техники безопасности.

Лит.: Зельдович Я. Б., Компанеец А. С. Теория детонации. М., 1955; Щелкин К. И., Трошин Я. К. Газодинамика горения. М., 1963; Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. 2-е изд. М., 1967; Физика взрыва. 2-е изд. М., 1975; Семенов Н. Н. Цепные реакции. 2-е изд. М., 1986; Прюммер Р. Обработка порошкообразных материалов взрывом. М., 1990.