Детонація - термін французько-латинського походження, в основі якого лежать два слова - détoner (від франц. - вибухати), і detono (від лат. - гримлю). Процес хімічного перетворення вибухової речовини, що протікає з надзвуковою швидкістю, який супроводжується звільненням енергії і поширюється по речовині у вигляді хвилі від одного шару до іншого називають детонацією.
Хімічна галузь не стоїть на місці: створюються всі нові хімічні сполуки, в тому числі і вибухові речовини, які, власне, і є основою будь-якого вибуху.
Вибух - на жаль, явище дуже небезпечне, і використовується не тільки на благо суспільства. Вибухові речовини є часто використовуваним інструментом у справі терористів.
Крім того, вибухові речовини можуть виявитися небезпечними не тільки від цілеспрямованої діяльності, а й з необережності, так як до їх зберігання і транспортування слід ставиться з особливою увагою.
Метою роботи є систематизація знань про детонації і вибухи, основних їх джерелах - вибухові речовини, а також про негативні фактори, які можуть спричинити за собою ці явища.
Для досягнення поставленої мети необхідно поставити наступні завдання:
1. Розкрити загальні відомості про детонації і вибухи.
2. Вивчити вибухові речовини, вибухові суміші, а також середовище, в якій вони найбільш вибухонебезпечні.
3. Систематизувати негативні фактори, які є продуктом будь-якого вибуху.
Глава 1. Загальні відомості про детонації і вибуху
1.1Історія детонації
Термін детонація був введений в ужиток вчених засновником сучасної хімії - Антуаном Лораном Лавуазьє. Вперше він використовував його в 1789 році у своїй роботі Трактат по елементарної хімії.
Подальший поштовх у розвитку цієї теорії дали хіміки Малляром і Лешательє, коли в 1881 році відкрили явище детонації газових сумішей в трубах (Щолкіне, Трошин, Газодинаміка горіння, 1963, с. 13.). Незалежно від них над цим же відкриттям працювали також вчені Бертло і Вьель, що прийшли до такого ж результату. Рівняння для поширення детонаційної хвилі було виведено в 1890 році В. А. Михельсоном, який на основі вже виведеного рівняння зміг отримати вираз для швидкості детонації (Хітрін, Фізика горіння і вибуху, 1957, с. 262.).
З 1899 до 1905 року теорія удосконалилася Чепменом і Жуге. В
своїй роботі гідродинамічна теорія детонації вчені розглядали детонационную хвилю як поверхня вибуху, що дозволило їм вивести умова для визначення швидкості вибуху (умова Чепмена-Жуге), яке в подальшому отримало статус постулату.
У 40-их роках двадцятого століття була розроблена поліпшена теорія детонації, яка враховувала кінцеве час перебігу хімічної реакції, що слідувало за нагріванням речовини ударною хвилею. Ця робота належить хіміку Я. Б. Зельдовича, який не тільки створив нову модель, але і вклав ясний фізичний зміст в умова чемп-Жуге, в наслідок чого воно стало правилом відбору швидкості детонації (Зельдович Я. Б. До теорії поширення детонації в газоподібних системах // Журнал експериментальної і теоретичної фізики. 1940. В. 5. Т. 10. С. 542568.). Так само незалежно від Зельдовича над цією моделлю працювали американець Нейман і німець Дерінг. Основою для назви моделі послужили перші літери прізвищ вчених, тому звичайно позначення звучить так: модель ZND.
Подальшим етапом розвитку дослідження в цій області став поставлений в 1926 році експеримент Кемпбелла і Вудхед, який відкрив ефект спірального просування фронту детонації по газовій суміші (Щолкіне, Трошин, Газодинаміка горіння, 1963, с. 44.). Згодом явище так само було виявлено в конденсованих системах і отримало назву детонації спину.
Останнім значним відкриттям стало явище пористої структури детонаційної хвилі, зроблене в 1959 році вченими Ю. М. Денисовим і Я. К. Трошиним (Денисов Ю. М. Трошин Я. К. Пульсуюча і спінова детонація газових сумішей в трубах // Доповіді АН СРСР . 1959. Т. 125. № 1. С. 110-113.).
1.2Механізм детонації
Як вже говорилося раніше, детонація - це миттєвий і руйнівний вибух будь-якого вибухової речовини під дією удару або займання детонатора (Тлумачний словник Ушакова, Д.Н. Ушаков, 1935-1940 рр.).
Енергія, яка звільняється в галузі хімічної реакції, безперервно підтримує високий тиск в ударній хвилі, і виходячи з цього є самоподдерживающееся розвиток.
Здійснення вибухів відбуваються в результаті порушення детонації. Майже будь-який механічний або тепловий вплив може створити детонацію в розряді вибухової речовини. Сила впливу, яке необхідно для явища детонації, залежить від хімічної природи вибухової речовини.
Швидкість поширення детонаційної хвилі в однорідному речовині є не тільки мінімальної, а й постійною швидкістю. Щодо швидкості продуктів реакції зона хімічної реакції переміщається і протікає з ультразвукової швидкістю. Таке явище можна помітити в детонаційної хвилі, що розповсюджується з мінімальною швидкістю. Послабити біжить попереду ударну хвилю не можуть навіть хвилі розрідження, які виникають в процесі розширення газоподібних продуктів хімічної реакції, так як не в силах проникнути в область цієї реакції.
Описані вище умови називаються процесом Чепмена-Жуге, за яким характеристикою вибухової речовини є мінімальна швидкість поширення.
Тиск, що створюється при поширенні детонаційної хвилі в різних вибухових речовинах відрізняється: так, наприклад, в газоподібних вибухових сумішах, тиск становить десятки атмосфер, а в рідких і твердих вибухових речовинах доходить до сотень тисяч атмосфер.
Варто відзначити, що детонація не завжди протікає на мінімальних швидкостях: іноді створюються умови, які можуть спричинити за собою перевищення мінімальної швидкості. Таке явище відбувається якщо, наприклад, вибух заряду твердого вибухової речовини помістити в газоподібну вибухову суміш. В результаті такої реакції виходить, що детонационная хвиля з підвищеною швидкістю поширюється в газовій суміші. Область хімічної реакції в такій хвилі рухається щодо продуктів реакції не з ультразвукової швидкістю, як в моделі Чепмена-Жуге, а з дозвуковій. Тому при видаленні даної хвилі від місця її зародження, хвиля поступово слабшає і показник швидкості поширення детонації знизиться до мінімального значення.
Однак, це не єдиний спосіб отримання детонаційної хвилі з підвищеною швидкістю. Хвиля, яка рухається в напрямку спадання щільності, в неоднорідному вибуховій речовині так само буде мати підвищену швидкість поширення.
Стійкий процес детонації не завжди можливий, і залежить в тому числі від діаметра циліндричного заряду вибухової речовини. Мінімальний його показник повинен бути пропорційний ширині області хімічної реакції. Тільки при дотриманні цієї умови можна досягти невщухаючого процесу детонації. В газоподібних вибухових сумішах є й інші умови: певні межі повинна дотримуватися концентрація горючого газу, які, в свою чергу, залежать від хімічної природи вибухової суміші, а також тиску і температури.
Дослідження хвилі детонації показало, що в разі зниження початкового тиску хімічна реакція в газах набуває характеру пульсацій. Це відбувається через спотворення ударної хвилі, що рухається попереду. Такий ефект викликає нерівномірне протікання реакції (рис. 1). Досить низький тиск призводить до режиму так званої детонації спину, розробленої Кемпбеллом і Вудхед. У цьому випадку на фронті детонаційної хвилі виникає злам, який обертається по спіральній лінії (рис. 2), а подальше зниження тиску приводить до загасання детонації.
Мал. 1. Фотографія слідів, залишених фронтом хвилі детонації на закопченої платівці, вміщеній на торці труби. Початковий тиск 300 мм рт. ст.
Мал. 4. Фотографія розповсюджується в трубі детонації спину (в газовій суміші).
1.3 Поняття про вибухи
Вибух - процес виділення енергії за короткий проміжок часу, пов'язаний з миттєвим фізико-хімічним зміною стану речовини, що призводить до виникнення стрибка тиску або ударної хвилі, який супроводжується утворенням стислих газів або парів, здатних виробляти роботу.
На даному етапі вивчення вибухів не існує єдиної думки щодо того, які саме хімічні процеси слід називати вибухом. Це пов'язано з тим, що процеси високих швидкостей можуть протікати у вигляді детонації і у вигляді горіння. У разі детонації хімічні реакції і процес виділення енергії йдуть нерозривно з утворенням ударної хвилі, а в разі горіння утворюється теплопровідність і дифузія.
Найчастіше швидкість детонації вище швидкості горіння, однак це правило не абсолютно - воно має винятки. Залежно від механізму передачі енергії і речовини швидкість протікання процесів може змінитися. Так само вони можуть вплинути на результати дії і навколишнє середовище. На практиці спостерігаються настільки дивовижні поєднання подібних процесів, що трапляються навіть переходи з детонації в горіння і назад. Саме виходячи з цього вибухами вважаються різні швидкоплинні процеси, їх характер прийнято не уточнювати.
Звичайно, існують і інші визначення вибуху, наприклад, виділяють більш жорстке визначення, воно характеризується як виключно детонационное. Дотримуючись таку умову при хімічному вибуху, який з необхідністю супроводжується окислювально-відновної реакцією, що згоряє речовина і окислювач перемішуються в обов'язковому характері, інакше швидкість реакції обмежиться швидкістю процесу доставки окислювача, а цей процес, в своєму звичаї, має дифузний характер.
Наприклад, повільне горіння природного газу в пальниках кухонних плит обумовлено повільним попаданням кисню в область горіння шляхом дифузії. Але якщо газ з повітрям перемішається, ця суміш може вибухнути від зовсім маленької іскри.
Табл. 1. Сумарні хімічні формули і основні детонаційні параметри: питома енергія вибуху Q, початкова щільність r, швидкість детонації D, тиск P і температура T на момент завершення реакції.
Глава 2. Вибухові речовини і вибухонебезпечні середовища і суміші
2.1.Взривчатие речовини. Їх характеристика і класифікація
Вибуховими речовинами також є і вибухові склади, які можуть містити одне і більш вибухова речовина.
Безсумнівно, всі вибухові речовини різні за своєю структурою і природі, але не дивлячись на це, мають ряд єдиних характеристик.
По-перше, всі вибухові речовини здатні до екзотермічним перетворенням.
По-друге, вибухові речовини здатні до самораспространяющемуся хімічному перетворенню.
У вибухових речовин також є не тільки здібності, але і найважливіші характеристики. Які і визначають вибухову речовину:
- швидкість вибухової реакції
- обсяг газових продуктів вибухової реакції, а так само його склад
- максимальна температура, що виникає в кінцевому продукті вибуху
- чутливість до зовнішніх факторів
- небезпечний діаметр детонації
- критична щільність детонації.
В результаті детонації газоподібні продукти розкладання, що мають дуже високу температуру, виявляються стислими в обсязі, і їх обсяг стає вкрай близький до початкового об'єму заряду. Їх розширення, - основна причина руйнівної дії вибуху.
Існує два основних види вибухових речовин: що зачіпає лише зону місцевої дії - бризантне, і більш небезпечне, загальної дії - фугасний.
При зберіганні вибухових речовин важливо підтримувати їх стан стабільності.
За складом виділяють:
1. Індивідуальні хімічні кислородосодержащие речовини, які мають властивість окислюватися,
2. Вибухові суміші, що складаються з двох і більше речовин.
Мал. 3. Піктограма для позначення вибухових речовин по системі маркування СГС.
За фізичним станом бувають:
За формою вибуху існують:
1. Первинні, призначені для взбудоражіванія вибухових перетворень,
2. Вторинні, які є менш чутливими до зовнішніх чинників,
3. Метальні, які необхідні для наявності джерела енергії, для метання різних тіл, наприклад, снарядів,
4. Піротехнічні необхідні для отримання різних ефектів: звукового, світлового та т. Д.
За методом приготування снарядів класифікують:
За напрямками застосування виділяють:
2. Промислові, які в свою чергу бувають:
2.1. Для гірського справи, наприклад, видобуток копалин,
2.4. Спеціального призначення,
2. Класифікація за ступенем небезпеки на гірничих об'єктах.
2.2Взривоопасная середу. її характеристики
Вибухонебезпечне середовище - суміш повітря і горючого газу, здатна до
вибуху при виникненні певного джерела вибуху або при деякій концентрації.
Якщо речовина або матеріал може вибухнути або спалахнути при взаємодії з водою, киснем, ця речовина або матеріал прийнято відносити до вибухонебезпечному середовищі.
Існують певні характеристики, завдяки яким визначають вибухонебезпечне середовище. Такими характеристиками є:
- температура, що виникає при самозаймання,
- особлива чуйність до будь-яких механічних факторів (ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожежна безпека технологічних процесів. Загальні вимоги. Методи контролю.).
Глава 3. Негативні фактори, супутні вибухів
Вибухи є одними з причин виникнення надзвичайної ситуації. Причому, найчастіше виною тому є навіть не сам процес вибуху, а його нерегламентоване зберігання, а також недбала транспортування вибухових речовин, легкозаймистих рідин, радіоактивних речовин та іншого.
Результатом порушення регламенту є вибухи, пожежі, викиди газових сумішей.
При вибухах, викликаних таким чином, страшний навіть не сам вибух, а конструкції, з якими він вступає у взаємодію. Так само неправильне зберігання і транспортування є чревата підвищення тиску в замкнутому просторі, дії ударної хвилі та іншого.
Так само негативним фактором варто вважати не тільки матеріальні впливу, а й впливу психологічного характеру.
При нестандартних ситуаціях, що загрожують здоров'ю і життю населення, в рядах громадян селиться паніка. Така реакція цілком з'ясовна, але на жаль, може лише погіршити і без того страхітливі негативні фактори вибухів.
Наприклад, люди в паніці, здатні організувати тисняву, яка тягне за собою травми, забої, смерті.
Дана робота була спрямована на систематизацію знань про детонації і вибухи, основних їх джерелах - вибухові речовини, а також про негативні фактори, які можуть спричинити за собою ці явища. Поставлена мета була досягнута шляхом здійснення ряду завдань.
Робота була розпочата з витоків - з історії розвитку теорії детонації, яка доводить важливість і актуальність даного явища.
Далі від теорії розвитку детонації робота перейшла до вивчення її механізму. Були вивчені процеси, в яких вона протікає, а також відзначені виключення з певних правил.
Були систематизовані знання щодо вибуху, уточнені формулювання поняття вибуху з урахуванням детонації і горіння.
Були розглянуті вибухові речовини і суміші, їх природа, основні здатності і характеристика. Так само без уваги не залишилася їх класифікація.
Вибухові речовини не можуть йти окремо від вибухової середовища, і, природно, були розглянуті її основні параметри а також було з'ясовано, ніж, власне, є вибухова середу.
Звичайно, розглядаючи всі перераховані вище питання варто сказати і про чинники, які вони можуть за собою спричинити. При їх розгляді, було зроблено висновок, щодо того, що при недбалому ставленні до вибухонебезпечних речовин ймовірність вибуху і наступних за ним негативних факторів зростає.
Розглянувши ці проблеми, слід сказати, що вибухонебезпечні речовини, які можуть спричинити за собою вибухи з протікає в них детонацією, - дуже тендітні і небезпечні не в тих руках.
Вибухи, які є основним інструментом впливу злочинців, а зокрема терористів, можуть спричинити за собою непоправні наслідки.
Саме тому держави повинні вжити заходів по забезпеченню безпеки населення від можливих негативних факторів.
2. Російська газета // ІТАР-ТАРС.
3. Інформаційне агентство // РІА Новини.
4. Щолкіне, Трошин, Газодинаміка горіння, 1963, с. 13.
5. Хітрін, Фізика горіння і вибуху, 1957, с. 262.
6. Зельдович Я. Б. До теорії поширення детонації в газоподібних системах // Журнал експериментальної і теоретичної фізики. 1940. В. 5. Т. 10. С. 542 568.
7. Щолкіне, Трошин, Газодинаміка горіння, 1963, с. 44.
8. Денисов Ю. М. Трошин Я. К. Пульсуюча і спінова детонація газових сумішей в трубах // Доповіді АН СРСР. 1959. Т. 125. № 1. С. 110-113.
9. Тлумачний словник Ушакова, Д.Н. Ушаков, 1935-1940 рр.
11. Андрєєв К. К. Бєляєв А. Ф. Теорія вибухових речовин // 1960 р
12. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожежна безпека технологічних процесів. Загальні вимоги. Методи контролю.