2022年安全工程師《生產(chǎn)技術(shù)》：爆炸的機(jī)理及其分類

一、爆炸的概念

（一）爆炸的機(jī)理及其分類

在自然界中存在各種爆炸現(xiàn)象。廣義地講，爆炸是物質(zhì)系統(tǒng)的一種極為快速的物理的或化學(xué)的能量釋放或轉(zhuǎn)化過(guò)程，是系統(tǒng)隱藏的或瞬間形成的大量能量在有限的體積和極短的時(shí)間內(nèi)，突然釋放或轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。在這種釋放和轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，系統(tǒng)的能量將轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射等。

爆炸可以由不同的緣由引起，但不管是何種緣由引起的爆炸，歸根結(jié)底必需有肯定的能源。根據(jù)能量的來(lái)源，爆炸可以分為三類，即物理爆炸、化學(xué)爆炸和核爆炸。

（1）物理爆炸。

物理爆炸是由系統(tǒng)釋放物理能引起的爆炸。例如：

高壓蒸汽鍋爐當(dāng)過(guò)熱蒸汽壓力超過(guò)鍋爐能承受的程度時(shí)，鍋爐裂開(kāi)，高壓蒸汽突然釋放出來(lái)，形成爆炸；

隕石落地、高速?gòu)椡鑼?duì)目標(biāo)的撞擊等物體高速碰撞時(shí)，物體高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的功能，在碰撞點(diǎn)的局部區(qū)域內(nèi)快速轉(zhuǎn)化為熱能，使受碰撞部位的壓力和溫度急劇上升，并在碰撞部位材料發(fā)生急劇變形，伴隨巨大響聲，形成爆炸現(xiàn)象；

自然界中的雷電也屬于物理爆炸，它是由帶有不同電荷的云塊間發(fā)生劇烈的放電現(xiàn)象，使能量在10-6～10-7s內(nèi)釋放出來(lái)，放電區(qū)到達(dá)極大的能量密度和高溫，導(dǎo)致放電區(qū)空氣壓力急劇上升并快速膨脹，對(duì)四周空氣產(chǎn)生劇烈擾動(dòng)，從而形成閃電雷鳴般的爆炸現(xiàn)象；

高壓電流通過(guò)細(xì)金屬絲時(shí)，溫度可到達(dá)2×104℃，使金屬絲瞬間化為氣態(tài)而引起爆炸現(xiàn)象；

此外，地震和火山爆發(fā)等現(xiàn)象也能屬于物理爆炸。

總之，物理爆炸是機(jī)械能或電能的釋放和轉(zhuǎn)化過(guò)程，參加爆炸的物質(zhì)只是發(fā)生物理狀態(tài)或壓力的變化，其性質(zhì)和化學(xué)成分不發(fā)生轉(zhuǎn)變。

（2）化學(xué)爆炸

化學(xué)爆炸是由于物質(zhì)的化學(xué)變化引起的爆炸，如炸藥爆炸，可燃?xì)怏w（甲烷、乙炔等）爆炸。

懸浮于空氣中的粉塵（煤粉、面粉等）以肯定的比例與空氣混合時(shí)，在肯定的條件下所產(chǎn)生的爆炸也屬于化學(xué)爆炸。

化學(xué)爆炸是通過(guò)化學(xué)反響，將物質(zhì)內(nèi)潛在的化學(xué)能，在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來(lái)，使其化學(xué)反響產(chǎn)物處于高溫、高壓狀態(tài)的結(jié)果。

一般氣體爆炸和粉塵爆炸的壓力可以到達(dá)2×106Pa，高能炸藥爆炸時(shí)的爆轟壓可達(dá)2×1010Pa以上，二者爆炸時(shí)產(chǎn)物的溫度均可到達(dá)3×103~5×103K，因而使爆炸產(chǎn)物急劇向四周膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)沖擊波，造成對(duì)四周介質(zhì)的破壞?；瘜W(xué)爆炸時(shí)，參加爆炸的物質(zhì)在瞬間發(fā)生分解或化合，變成新的爆炸產(chǎn)物。

（3）核爆炸

核爆炸是核裂變（如原子彈是用鈾235、钚239裂變）、核聚變（如氫彈是用氘、氚或鋰核的聚變）反響所釋放出的巨大核能引起的。核爆炸反響釋放的能量比炸藥爆炸時(shí)放出的化學(xué)能大的多，核爆炸中心溫度可達(dá)數(shù)107K，壓力可達(dá)1015Pa以上，同時(shí)產(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊波、光輻射和粒子的貫穿輻射等，比炸藥爆炸具有更大的破壞力?；瘜W(xué)爆炸和核爆炸反響都是在微秒量級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成的。

爆炸過(guò)程表現(xiàn)為兩個(gè)階段，在第一階段中，物質(zhì)的（或系統(tǒng)的）潛在能以肯定的方式轉(zhuǎn)化為劇烈的壓縮能；其次階段，壓縮急劇膨脹，對(duì)外做功，從而引起四周介質(zhì)的變形、移動(dòng)和破壞。不管由何種能源引起的爆炸，它們都同時(shí)具備兩個(gè)特征，即能源具有極大的能量密度和極大的能量釋放速度。

（二）化學(xué)爆炸反響歷程

化學(xué)爆炸性物質(zhì)或混合物發(fā)生爆炸，有熱反響和鏈?zhǔn)椒错憙煞N不同的歷程。根據(jù)鏈?zhǔn)椒错懤碚?，爆炸性混合物（如可燃性氣體和氧氣）與火源接觸后，活化分子就會(huì)汲取能量而離解為游離基，并與其他分子相互作用形成一系列的鏈?zhǔn)椒错?，釋放燃燒熱。鏈?zhǔn)椒错懹兄辨準(zhǔn)椒错懞椭ф準(zhǔn)椒错憙煞N。直鏈反響是指每一個(gè)游離基都進(jìn)展自己的連鎖反響，如氯和氫屬于這一類反響。即氯分子在光的作用下被活化成兩個(gè)氯的游離基，每一個(gè)氯的游離基都進(jìn)展自己的連鎖反響，而且每次反響只引出一個(gè)新的游離基，即：

支鏈反響是指在反響中一個(gè)游離基能生成一個(gè)以上的新的游離基，如氫和氧的連鎖反響屬于此類反響。

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