Взрыв: действия ударной волны и поражающие факторы

Поражающие факторы ядерного взрыва

• ударная волна
• световое излучение
• проникающая радиация
• радиоактивное заражение
• электромагнитный импульс (ЭМИ)
• вторичные поражающие факторы

Ударная волна

Изменение давления в фиксированной точке на местности в зависимости от времени и действия ударной волны на местные предметы: 1 — фронт ударной волны; 2 — кривая изменения давления

_{фску.в.ффффф}22
_{ску.в.у.в.ф}

Проникающая радиация

Альфа-излучение Бета-излучениеГамма-излучениеНейтронное излучение

-1грей (Гр)_R

-1зиверт (Зв)
_jn

• менее 10 кэВ — 5
• от 10 кэВ до 100 кэВ — 10
• от 100 кэВ до 2 МэВ — 20
• от 2 МэВ до 20 МэВ — 10
• более 20 МэВ — 5.

лучевая болезнь
Необратимые измененияОбратимые изменения

Радиоактивное заражение местности

_1/21/21/2

След радиоактивного облака наземного ядерного взрыва с уровнем радиации на 1 ч после взрыва: 1 — направление среднего ветра; 2 — ось следа; 3 — наветренная сторона; 4 — подветренная сторона А — зона умеренного заражения; Б — зона сильного заражения; В — зона опасного заражения; Г — зона чрезвычайно опасного заражения L — длина следа; b — ширина следа

Зона умеренного заражения (зона А) Зона сильного заражения (зона Б)Зона опасного заражения (зона В)Зона чрезвычайно опасного заражения (зона Г)
_∞ttt-1/2

Изменение уровня радиации во времени в точке на местности, зараженной радиоактивными веществами (заштрихованная площадь — доза излучения)

_t-1/2_{101010осл(защ)}

Электромагнитный импульс (ЭМИ)

Основные варианты ЭМИ-обстановки 1 — ЭМИ-обстановка района источника и образования полей излучения наземного и воздушного взрывов; 2 — подземная ЭМИ-обстановка на некотором расстоянии от взрыва вблизи поверхности; 3 — ЭМИ-обстановка высотного взрыва

амплитуда импульса

Изменение напряженности поля электромагнитного импульса: а — начальная фаза; б — основная фаза; в — длительность первого квазиполупериода

Степени тяжести травм и характеристики

Если люди находились в здании, то тяжесть повреждений будет зависеть от того, насколько сильно сооружения будут разрушены взрывом.

При полном разрушении сооружения гибель людей составляет 90-100%.

При среднем повреждении выживаемость достигает 50-60%, но из-за того, что люди оказываются под завалами, возможны тяжелые травмы.

Слабое повреждение здания редко приводит к значительным жертвам. Обычно люди получают травмы различной тяжести.

Последствия взрыва и радиус действия на человека

Воздушная волна оказывает косвенное разрушающее воздействие на человека.  Оно заключается в летящих вместе с волной камнях, частей мебели, сучьев деревьев, стеклянных осколках и других предметах.

Что такое взрыв? Понятие и классификация взрывов. Взрывчатые вещества и взрывоопасные объекты

Расширение протекает с настолько большой ско­ростью (сотни м/с), что приводит к резкому повышению давления, плотности, температуры и сопровождается значительными звуковыми эффектами. Источ­ником энергии при взрыве могут быть как химические, так и физические процессы.

В подавляющем большинстве взрывов, с которыми приходится сталки­ваться на практике, источником выделения энергии являются химические превращения веществ. Это относится как к взрывам, предназначенным для достижения определенных целей (например в военной области или произ­водственной сфере), так и к взрывам аварийного характера.

Примерами взрывов, энерговыделение при которых обусловлено физи­ческими процессами, могут служить взрывы сжатых газов или взрывы, свя­занные с образованием перегретых жидкостей. В этом случае энергия, выделяющаяся при взрыве, определяется процессами, связанными с адиабатическим расширением парога­зовых сред и перегревом жидкостей. Так при выливании расплавленного металла в воду испарение протекает взрывным образом вследствие фрагментации капель расплава, быстрой теплоотдачи и перегрева холодной жидкости. Возникающая при этом физическая детонация сопровождается образованием ударной волны.

На практике взрывы, имеющие физическую природу, встречаются значительно реже, чем взрывы химического происхождения, и как правило только при авариях, поэтому далее будут рассматриваться только химические взрывы.

Высвобождение энергии при взрывах в общем случае выражается удельной мощностью, т.е. количеством энергии, выделяемой в единицу времени в единице объема. При химических взрывах скорость энерговыде­ления определяется скоростью распространения детонации или скоростью распространения пламени в соответствующей среде. Для различных твердых и жидких взрывчатых веществ эта скорость находится в интервале 2-9 тыс.м/с, а для газов зависит от динамики изменения значений параметров, характеризующих газовую среду в процессе взрывного горения, и может в несколько раз превосходить скорость звука в невозмущенной среде.

Возможное суммарное выделение энергии при взрыве называется энер­гетическим потенциалом взрыва и определяет его масштабы и последствия. Для твердых и жидких конденсированных ВВ этот показатель зависит от удельного энергетического потенциала вещества, находящегося в диапазоне 1.5 — 7.5 МДж/кг.

Следует отметить, что при определении этого показателя для твердого или жидкого взрывчатого вещества, в значение массы входят все его составляющие, т.е. части, играющие роль и горю­чего, и окислителя (в основном кислорода), и инертной компоненты.

Удельная теплота взрыва парогазовых смесей рассчитывается для их стехиометрического состава только по горючему веществу. Так например теплота сгорания водорода по горючему веществу составляет 120 МДж/кг и значительно превосходит соответствующий показатель троти­ла — 4520 кДж/кг.

Это обстоятельство использовано при создании боеприпасов объемно­го взрыва. В таких боеприпасах сначала подрывается вспомогательный за­ряд, разрушая корпус, содержащий горючее. Горючее распыляется в возду­хе, образуя в смеси с ним газовое облако, заполняющее негерметизиро­ванные полости и укрытия. После некоторой задержки, необходимой для формирования облака смеси по возможности близкой к стехиометрическому составу, оно подрывается при помощи детонатора. В результате, например, мощность взрыва боеприпаса, содержащего этиленоксид, в 3-5 раз превосходит мощ­ность взрыва боеприпаса, начиненного тротилом в количестве, равном массе этиленоксида. Увеличение мощности достигается за счет того, что в качестве окислителя при взрыве этиленоксида используется воздух, находящийся на месте взрыва, т.е. не входивший в состав боеприпаса.

12Следующая ⇒

Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 177; Нарушение авторских прав?;

Техника

Последствия взрыва паровоза, 1911 год

В физике и технике термин «взрыв» используется в разных смыслах: в физике взрыва необходимым условием является наличие ударной волны, в технике для отнесения процесса к взрыву наличие ударной волны не обязательно при наличии угрозы разрушения оборудования и зданий. В технике в значительной части термин «взрыв» связан с процессами, происходящими внутри замкнутых сосудов и помещений, которые при чрезмерном повышении давления могут разрушится и при отсутствии ударных волн. В технике для внешних взрывов без образования ударных волн рассматриваются волны сжатия и воздействие огненного шара. При отсутствии ударных волн признаком определяющим взрыв является звуковой эффект волны давления. В технике дополнительно к взрывам и детонации также выделяют хлопки.

В технике для химических взрывов не сопровождающихся возникновением ударных волн используется термин «взрывное горение». От нормального послойного горения этот процесс отличается нестационарностью и на несколько порядков большой скоростью распространения пламени. В замкнутом объёме взрывное горение вызывает волны сжатия. Такое горение характерно при взрывах дымного пороха, пиротехнических составов, промышленной пыли. Взрывное горение при определённых условиях может перейти в детонацию.

При взрывах с использованием химических взрывчатых веществ в грунтах и горных породах ударные волны практически никогда не возникают. Мощные ударные волны образуются только при подземных ядерных взрывах на не очень больших расстояниях от заряда.

При медленном горении возникающем в закрытой трубе впереди зоны горения всегда возникает ударная волна. При больших скоростях горения ударная волна существенно влияет на состояние газовой смеси подходящей к зоне горения. Медленное горение в трубе может перейти в детонацию при самопроизвольном ускорении пламени с возникновением детонационной волны впереди пламени.

Основные свойства ВВ

Главными из них являются:

• температура продуктов взрыва;
• теплота взрыва;
• скорость детонации;
• бризантность;
• фугасность.

На последних двух пунктах следует остановиться отдельно. Бризантность ВВ – это его способность разрушать прилегающую к нему среду (горную породу, металл, дерево). Данная характеристика во многом зависит от физического состояния, в котором находится взрывчатка (степень измельчения, плотность, однородность). Бризантность напрямую зависит от скорости детонации взрывчатого вещества — чем она выше, тем лучше ВВ может дробить и разрушать окружающие предметы.

• Повышенной мощности: гексоген, тетрил, оксоген;
• Средней мощности: тротил, мелинит, пластид;
• Пониженной мощности: ВВ на основе аммиачной селитры.

Не менее важным свойством взрывчатых веществ является его фугасность. Это самая общая характеристика любого ВВ, она показывает насколько та или иная взрывчатка обладает разрушающей способностью. Фугасность напрямую зависит от количества газов, которые образовываются при взрыве. Следует отметить, что бризантность и фугасность, как правило, не связаны между собой.

Существует общепринятый способ определения мощности различных взрывчатых веществ. Это так называемый тротиловый эквивалент, когда мощность тротила условно принимается за единицу. Используя этот способ можно высчитать, что мощность 125 гр тротила равна 100 гр гексогена и 150 гр аммонита.

Чтобы лучше показать, насколько важна эта характеристика взрывчатого вещества, можно сказать, что американцы разработали специальный стандарт (STANAG 4439) для чувствительности взрывчатых веществ. И на это им пришлось пойти не от хорошей жизни, а после череды тяжелейших несчастных случаев: при подрыве на американской базе ВВС «Бьен-Хо» во Вьетнаме погибли 33 человека, вследствие взрывов на авианосце «Форрестол» были повреждены около 80 самолетов, а также после детонации авиаракет на авианосце «Орискани» (1966 год). Так что хороша не просто мощная взрывчатка, а детонирующая именно в нужный момент — и никогда больше.

Все современные ВВ – это либо химические соединения, либо механические смеси. К первой группе относятся гексоген, тротил, нитроглицерин, пикриновая кислота. Химические взрывчатые вещества, как правило, получают нитрованием различных видов углеводородов, что приводит к введению в их молекулы азота и кислорода. Ко второй группе – аммиачно-селитренные ВВ. В состав взрывчатых веществ подобного типа обычно входят вещества, богатые кислородом и углеродом. Для повышения температуры взрыва в смеси часто добавляют порошки металлов: алюминия, бериллия, магния.

Кроме всех вышеперечисленных свойств, любое взрывчатое вещество должно быть химически стойким и пригодным для длительного хранения. В 80-х годах прошлого века китайцы сумели синтезировать мощнейшую взрывчатку – трициклическую мочевину. Ее мощность превосходила тротил в двадцать раз. Проблема была в том, что через несколько дней после изготовления вещество разлагалось и превращалось в слизь, непригодную для дальнейшего использования.

Поражающие факторы

Поражающие факторы взрыва бывают 2 видов:

Основные

• Ударная волна. Это переходная область, состоящая из сжатого воздуха. Она молниеносно распространяется во все стороны от центральной точки взрыва.
• Осколочные поля. Это косвенное воздействие ударной волны, заключается в поражении людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею. Сюда также относят обломки боеприпасов, взрывных устройств.

Вторичные

• Разрушительное действие обломков строений, осколков стекол, витрин.
• Пожары.
• Обрушения высотных зданий.
• Заражение среды (воды, земли, воздуха).
• Разрушения производственных и социальных объектов.

Человеку взрывная воздушная волна, а также продукты взрыва наносят различные по тяжести травмы, нередко несовместимые с жизнью. Повреждения различаются по тяжести в зависимости от зоны, в которой человек находился в момент взрыва.

Выделяют 3 зоны действия взрывной волны. Самыми губительными для человека являются первые две. Тело разрывает на части сжатым воздухом, а также происходит обугливание из-за высокой температуры внутри области взрыва.

До 3 зоны доходят лишь отголоски взрывной волны. Если человек находится в этой зоне, то взрывная волна воспринимается им, как сильный резкий воздушный удар. Здесь возможны повреждения и разрывы внутренних органов, переломы, повреждения барабанных перепонок, черепно-мозговые травмы средней и тяжелой степени.

Значительные повреждения человек получает, когда волна его с силой отбрасывает и ударяет об землю или различные сооружения. Тяжелые травмы, создающие угрозу для жизни, люди получают если при взрыве остались без укрытия. Также опасно находится в момент прихода волны в положении стоя.

Кратко поражающие факторы взрыва:

• воздушная ударная волна;
• струи газов;
• осколки;
• высокая температура пламени;
• световое излучение;
• резкий звук.

Необходимо разделять основные поражающие факторы ядерного взрыва:

• ударная волна;
• световое излучение;
• проникающая радиация;
• радиоактивное загрязнение и электромагнитный импульс (ЭМИ).

К поражающим факторам ядерного взрыва относятся также рентгеновское излучение и сейсмические волны. Рентгеновское излучение является одним из основных поражающих факторов для баллистических ракет и космических аппаратов.

Как происходит разработка инструкций?

В основном, разработка порядка действий ведется на основе анализа причин пожаров и взрывов, возникших ранее на предприятиях той же промышленной направленности. При таком анализе:

• учитываются номенклатура и порядок использования в производственных процессах взрыво- и пожароопасных составов;
• определяется уровень пожароопасности в производственных помещениях;
• выявляются факторы производственного процесса, при наступлении которых возможна утечка пожароопасных веществ.

Так нарабатывается опыт предотвращения пожаров и взрывов в организациях и определяется порядок действий, следуя которому можно сберечь жизни и здоровье сотрудников и имущество компании. Разработкой инструкций занимаются специалисты по пожарной безопасности, а контроль над их исполнением лежит на плечах администрации. Обычно в предприятиях, где численность сотрудников превышает 70-100 человек, назначается специальный ответственный за пожарную безопасность. В компаниях, где численность штатных сотрудников не превышает 70, эту должность занимает директор или управляющий.

Источники энергии

По происхождению выделившейся энергии различают следующие типы взрывов:

• Химические взрывы взрывчатых веществ — за счёт энергии химических связей исходных веществ.
• Взрывы ёмкостей под давлением (газовые баллоны, паровые котлы, трубопроводы) — за счет энергии сжатого газа или перегретой жидкости. К ним, в частности, относятся:
  • Взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости (BLEVE).
  • Взрывы при сбросе давления в перегретых жидкостях.
  • Взрывы при смешивании двух жидкостей, температура одной из которых намного превышает температуру кипения другой.
• Ядерные взрывы — за счет энергии, высвобождающейся в ядерных реакциях.
• Электрические взрывы (например, при грозе).
• Вулканические взрывы.
• Взрывы при столкновении космических тел, например, при падении метеоритов на поверхность планеты.
• Взрывы, вызванные гравитационным коллапсом (взрывы сверхновых звёзд и др.).

Химические взрывы

Единого мнения о том, какие именно химические процессы следует считать взрывом, не существует. Это связано с тем, что высокоскоростные процессы могут протекать в виде детонации или дефлаграции (медленного горения). Детонация отличается от горения тем, что химические реакции и процесс выделения энергии идут с образованием ударной волны в реагирующем веществе, и вовлечение новых порций взрывчатого вещества в химическую реакцию происходит на фронте ударной волны, а не путём теплопроводности и диффузии, как при медленном горении. Различие механизмов передачи энергии и вещества влияют на скорость протекания процессов и на результаты их действия на окружающую среду, однако на практике наблюдаются самые различные сочетания этих процессов и переходы горения в детонацию и обратно. В связи с этим обычно к химическим взрывам относят различные быстропротекающие процессы без уточнения их характера.

Химический взрыв неконденсированных веществ от горения отличается тем, что горение происходит, когда горючая смесь образуется в процессе самого горения.

Существует более жёсткий подход к определению химического взрыва как исключительно детонационному. Из этого условия с необходимостью следует, что при химическом взрыве, сопровождаемом окислительно-восстановительной реакцией (сгоранием), сгорающее вещество и окислитель должны быть перемешаны, иначе скорость реакции будет ограничена скоростью процесса доставки окислителя, а этот процесс, как правило, имеет диффузионный характер. Например, природный газ медленно горит в горелках домашних кухонных плит, поскольку кислород медленно попадает в область горения путём диффузии. Однако, если перемешать газ с воздухом, он взорвётся от небольшой искры — объёмный взрыв. Существуют очень немногие примеры химических взрывов, не имеющих своей причиной окисление/восстановление, например реакция мелкодисперсного оксида фосфора(V) с водой, но её можно рассматривать и как паровой взрыв.

Индивидуальные взрывчатые вещества, как правило, содержат кислород в составе своих собственных молекул. Это метастабильные вещества, которые способны храниться более или менее долгое время при нормальных условиях. Однако при инициировании взрыва веществу передаётся достаточная энергия для самопроизвольного распространения волны горения или детонации, захватывающей всю массу вещества. Подобными свойствами обладают нитроглицерин, тринитротолуол и другие вещества. Бездымные пороха и чёрный порох, который состоит из механической смеси угля, серы и селитры, в обычных условиях не способны к детонации, но их традиционно также относят к взрывчатым веществам.

Ядерные взрывы

Ядерный взрыв — это неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучевой энергии в результате цепной ядерной реакции расщепления атома или реакции термоядерного синтеза. Искусственные ядерные взрывы в основном используются в качестве мощнейшего оружия, предназначенного для уничтожения крупных объектов и скоплений.

Бризантные вещества повышенной мощности

Взрывчатые вещества, имеющие повышенную мощность, располагают большой скоростью детонации и при взрыве выделяют значительное количество тепла. Они очень чувствительны ко внешнему импульсу.

Взрыв происходит от любого детонатора, в том числе и от удара винтовочной пули. При воздействии открытого огня они сильно горят, не выделяя сажи и дыма, светлым пламенем, возможен взрыв. К этой группе веществ принадлежит:

• Тэн – белый порошок, состоящий из кристаллов. Это бризантное вещество не реагирует с металлами и водой, разводится в ацетоне и считается самым уязвимым к внешним факторам воздействия. Его используют для шнуров детонации, вспомогательных детонаторов и капсюлей детонаторов.
• Тетрил – порошок кристаллического типа желтоватого цвета, соленый на вкус. Хорошо разводится ацетоном и бензином, плохо – спиртом, с металлами не реагирует, хорошо поддается прессовке. Используют для изготовления детонаторов.
• Гексоген – одно из самых бризантных веществ, которое состоит из мелких кристаллов белого цвета, не имеющих запаха и вкуса. С водой и металлами в реакцию не вступает, плохо прессуется. От внешнего воздействия происходит взрыв, горит с шипением, пламя яркого белого цвета. Применяют для некоторых образцов капсюлей-детонаторов, изготовления смесей для промышленных взрывов, морских мин.

Оценка степени повреждения отдельно стоящих зданий

Под воздействием ударной волны здания и сооружения ведут себя как упругие колебательные системы. Расчетная оценка такого воздействия требует решения достаточно сложных динамических задач, связанных с описанием поведения упругих конструктивных элементов зданий и сооружений под воздействием ударных нагрузок, определяемых изменяющимися во времени и пространстве параметрами ударной волны. Возникающие в конструктивных элементах нагрузки зависят от параметров волны, характеристик объекта, его размеров и ориентации относительно фронта волны.

Наиболее точную оценку последствий воздействия ударной волны на конкретный объект позволяет получить эксперимент, проводимый на его макете с соблюдением правил подобия. Однако применение экспериментальных методов оценки далеко не всегда возможно.

Накопленный опыт исследования объектов, подвергавшихся воздействию взрывов, и результатов экспериментов с макетами выявил ряд закономерностей, позволяющих упрощенными методами оценивать возможные ожидаемые последствия воздействия взрывов на здания и сооружения. Ниже будут рассмотрены два метода: по допустимому давлению при взрыве и по диаграмме разрушения объекта.

По допустимому давлению при взрыве

Избыточные давления, при которых наступают различные степени разрушений одного из возможных типов зданий, приведены в Таблице 5. При использовании таблицы следует иметь ввиду, что она соответствует ударной волне ядерного взрыва, т.е. учитывает воздействие на объект только избыточного давления и не учитывает поражающее действие импульса. Для других видов взрывов, например для взрывов конденсированных ВВ или ГВС, значения давлений, приведенных в таблице, должны быть увеличены в 1.5 раза и более в зависимости от мощности взрыва и после этого сопоставлены со значениями избыточного давления. рассчитанными по формуле (5). При использовании таблицы следует иметь ввиду, что результат оценки будет приблизительным, поскольку не учитывается действие импульса.

Защитные меры

Ядерный взрыв убивает все на своем пути и разрушает все материальные объекты. У людей, попавших в его эпицентр, нет возможности спастись, они мгновенно сгорают дотла. Бомбоубежище при этом абсолютно бесполезно, поскольку сразу же будет разрушено.

Спастись могут лишь те, кто находится достаточно далеко от взрыва. На расстоянии более 1-3 км от эпицентра можно избежать воздействия ударной волны, но для этого надо быстро найти надежное убежище, как только возникла яркая вспышка. На это у человека есть от 2 до 8 секунд, в зависимости от расстояния. В укрытии прямого попадания гамма-излучения не произойдет, но все равно существует очень большая вероятность радиоактивного заражения. Снизить риск лучевой болезни можно, пользуясь средствами индивидуальной защиты и избегая контакта с любыми предметами, находящимися на территории.

Ядерное оружие – одно из самых страшных изобретений человечества. Используемое в мирных целях, оно может принести большую пользу, но его военное применение несет страшную угрозу жизни на земле. Запущенную цепную реакцию нельзя остановить, поэтому существует договор о ядерном разоружении, призванный защитить планету от катастрофы.