Как найти мощность взрыва

Грегуар Флеро (Grégoire Fleurot)

Через час после теракта в московском аэропорту «Домодедово» российские власти заявили, что мощность взрыва составила приблизительно 5 кг в тротиловом эквиваленте, а несколькими минутами позже – уже 7 кг. Как так быстро можно оценить мощность взрывного устройства?

После теракта криминалисты прежде всего осматривают повреждения, чтобы оценить мощность взрыва. Форма распространения ударной волны – полусферическая. Очевидно, что бьются стекла, деформируются стены, как следствие – может частично либо полностью обрушиться крыша, выдавливаются двери. Люди получают травмы: из-за повышенного давления, которое вызывает повреждения внутренних органов, глаз, барабанных перепонок; из-за вспышек, которые называют «ранящими», из-за обвала строений, падения различных предметов. Взрыв мощностью 7 кг в тротиловом эквиваленте может повредить барабанные перепонки у людей, находящихся в радиусе до 12 метров, разнести кирпичную стену в радиусе 14 метров и разбить стекло в радиусе 64 м.

Осматривая все эти разрушения, эксперты высказываются о мощности взрыва, однако эта оценка является лишь приблизительной. К примеру, травмы зависят также от положения и ориентации тела в момент взрыва. К тому же последствия взрыва одного и того же устройства будут разными в открытой местности и в здании. Разрушения при взрыве в здании более значительны, потому что ударная волна отражается от поверхностей. Если имеются окна, то волна выходит, но от стен она как бы отскакивает. Поэтому структура места взрыва имеет большое значение (оценки расстояний, представленные выше, основаны расчетах в помещении, аналогичном аэропорту).

Тротиловый эквивалент

Оценка мощности взрыва дается в тротиловом эквиваленте – единице измерения, которая позволяет определить высвобожденную взрывом энергию. 7 кг в тротиловом эквиваленте означает, что разрушения эквивалентны тем, которые были бы, если взрывное устройство на 100% состояло из тротила – как те, которые иногда используются в армии или для сноса здания. Говорят об эквиваленте, потому что так измеряются все типы взрывов, а не только вызванные тротилом в чистом виде.

Чтобы быстро оценить, какая взрывчатка использовалась, криминалисты используют специальные вещества, которые меняют цвет в случае присутствия на месте определенных взрывчатых веществ. Но эти наборы могут дать и ложные положительные ответы, особенно, если на месте взрыва присутствуют другие вещества, которые заставляют реагенты вступать в реакцию. Существуют более сложные детекторы взрывчатых веществ, как, к примеру, масс-спектрометры ионной подвижности (IMS), которые также используются при досмотре в аэропортах.

Во всех случаях первые оценки должны быть подтверждены другими методами анализа. Самый достоверный – это метод экстракции – эксперты изымают элементы с места взрыва, из воронки, образовавшейся от взрыва, берут с тел жертв или шахидов в случае атаки террориста-смертника. Криминалисты протирают большие пространства хлопком с растворителем, после чего найденное помещают в вакуум и нагревают, чтобы установить присутствующие продукты. В случае взрыва, прогремевшего 24 января, типа взрывчатого вещества, скорее всего, будет легко установить, потому что взрывчатки было в избытке, и следовательно, шансы обнаружить следы на фрагментах, бывших в непосредственном контакте со взрывчатым веществом, велики.

Детонатор

Самое сложное – это установление архитектуры системы детонации. Для этого необходимо оцепить место взрыва, потому что фрагменты, которые нужно обнаружить, крайне малы, а при этом необходимо еще и не мешать работе спасателей. Криминалисты могут взять одежду раненых до того, как их вывезут с места трагедии, потребовать от спасателей, чтобы те проверили, застряли ли в телах раненых какие-либо элементы, а от патологоанатомов – достать фрагменты из тел погибших. Верное установление системы детонации зачастую позволяет выйти на какую-либо террористическую группировку, потому что террористы часто используют один и тот же метод детонации.

Последней задачей остается определение количества. Оно не обязательно соответствует весу в тротиловом эквиваленте. Если взрывчатка самодельная, то ее поведение может зависеть от многих параметров: насколько хорошо смешаны различные составляющие, насколько плотно элементы прилегают друг к другу, какой тип детонатора. А вот взрывное устройство, сделанное в фабричных условиях, взрывается заранее известным способом. Для взрыва той силы, который прогремел в московском аэропорту, определенно, потребовалось примерно семь литров взрывчатого вещества, а это можно перевезти в чемодане или даже рюкзаке на спине.

Подобная аналитическая работа позволяет определить способы действия террористов и принять соответствующие меры безопасности. Так, после несостоявшегося взрыва «обувного террориста» Ричарда Рейда (в 2001 году этот 28-летний британец пронес на самолет, следовавший из Парижа в Майами, взрывное устройство, которое он спрятал в ботинок. Подрыва не произошло: преступника обезвредили пассажиры – прим. ред.), который прятал жидкое взрывчатое вещество в ботинках, власти решили запретить проносить на борт самолета жидкости объемом более 100 мл, потому что считается, что при помощи вещества меньшего объема вызвать разрушения в самолете невозможно.

Автор благодарит главу подразделения пожаров и взрывов криминалистической лаборатории полиции Тулузы Доминика Деаро (Dominique Deharo).

Взрывом
называется физическое и химическое
превращение вещества, сопровождающееся
быстрым выделением энергии, что приводит
к разогреву, сжатию продуктов взрыва и
окружающей среды, резкому изменению
давления. Условиями, которым должна
удовлетворять реакция горения для того,
чтобы они могла протекать в форме взрыва,
являются: экзотермическое химическое
превращение; большая скорость реакции;
способность реакции к самораспространению.

Основными
факторами среды, характеризующими
опасность взрыва для помещений и
оборудования, являются:

 максимальное давление взрыва;

 максимальная температура взрыва;

 скорость нарастания давления при
взрыве;

 давление во фронте ударной волны;

– тротиловый
эквивалент взрывчатой системы или
вещества;

–
тротиловый эквивалент взрыва (мощность
взрыва).

К
опасным и вредным факторам, воздействующим
на работающих в результате взрыва,
относят:

 ударную волну;

 пожар;

 обрушивающиеся конструкции,
оборудование, коммуникации, здания и
сооружения и их разлетающиеся части;

 образовавшиеся при взрыве и (или)
выделившиеся из поврежденного оборудования
опасные вещества, содержание которых
в воздухе рабочей зоны превышает
предельно допустимые концентрации.

5.1. Давление при взрыве газовоздушных смесей

По температуре взрыва находят давление
взрыва. При возникновении горения внутри
замкнутого сосуда в нем происходит
быстрый рост давления. Рост давления
обусловлен повышением температуры
реагирующей смеси и образованием
продуктов сгорания. Развивающееся
давление определяется составом горючей
смеси: оно минимально для смесей
предельного состава и максимально для
смесей стехиометрического состава.

Максимальным давлением взрыва называется
наибольшее избыточное давление,
возникающее при дефлаграционном сгорании
газовоздушных смесей в замкнутом сосуде
при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Значение максимального давления взрыва
применяют в расчетах на взрывоустойчивость
аппаратуры с горючими газами, жидкостями
и порошкообразной продукцией; в расчетах
предохранительных клапанов, взрывных
мембран, разгрузочных отверстий в
ограждающих конструкциях и оболочек
взрывонепроницаемого оборудования.

Экспериментально максимальное давление
взрыва определяют путем сжигания горючей
газовой смеси заданного состава в объеме
реакционного сосуда и регистрации
развивающегося избыточного давления.
Изменяя концентрацию горючего в смеси,
находят максимальное значение давления
взрыва.

Максимальное давление взрыва можно
приближенно рассчитать по формуле:

,
МПа (15)

где Р₀ – начальное давление, при
котором находится смесь, МПа;

Т₀ – начальная температура исходной
смеси, К;

Т_взр – адиабатическая температура
горения стехиометрической смеси горючего
с воздухом при постоянном объеме, К;

n_п.г. – число молей
газообразных продуктов горения;

n_{исх.смеси} –
число молей исходной газовой смеси.

Расчет максимального давления взрыва
по указанной формуле производится без
учета диссоциации продуктов горения в
пламени. На процесс диссоциации
затрачивается определенное количество
энергии, поэтому рассчитанные значения
превышают экспериментально определяемые
величины. Величина максимального
давления взрыва для многих горючих
газов составляет 600 – 900 кПа.

Пример. Рассчитать максимальное
давление при взрыве паров бутана (С₄Н₁₀)
с воздухом при температуре 10С,
начальном давлении 0,3 МПа. Температура
взрыва 2110С.

Дано: С₄Н₁₀, t_о
= 10С, t
_взр = 2110С, Р_о
= 0,3 МПа

Найти: Р _взр = ?

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения
бутана в воздухе.

С₄Н₁₀ + 6,5О₂ + 24,44N₂
= 4CО₂ + 5Н₂О
+ 24,44N₂

2. Определяем число молей исходной смеси
(до взрыва).

n_cм = n(С₄Н₁₀
) + n(О₂) + n
(N₂) = 1 + 6,5 + 24,44 =
31,94моль

3. Определяем число молей продуктов
горения.

n_пг = n(CО₂)
+ n(Н₂О ) + n(N₂)
= 4 + 5 + 24,44 = 33,44 моль

1. Переводим значения температур из
   градусов Цельсия в Кельвины и рассчитываем
   давление взрыва паров бутана при
   заданных условиях.

Т_ВЗР = 2110 + 273 = 2383К

Т₀ = 10 + 273 = 283К

Ответ: Максимальное давление взрыва
паров бутана при заданных условиях
составляет 2,64 МПа.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #

  30.04.2022489.47 Кб017.doc

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

ВикиЧтение

Авиация и ядерные испытания
Куликов Серафим Михайлович