2015年安全工程師《生產(chǎn)技術(shù)》：爆炸的機理及其分類

　　第二節(jié)爆炸基本概念

　　一、爆炸的概念

　　（一）爆炸的機理及其分類

　　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)的一種極為迅速的物理的或化學(xué)的能量釋放或轉(zhuǎn)化過程，是系統(tǒng)蘊藏的或瞬間形成的大量能量在有限的體積和極短的時間內(nèi)，驟然釋放或轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。在這種釋放和轉(zhuǎn)化的過程中，系統(tǒng)的能量將轉(zhuǎn)化為機械功以及光和熱的輻射等。

　　爆炸可以由不同的原因引起，但不管是何種原因引起的爆炸，歸根結(jié)底必須有一定的能源。按照能量的來源，爆炸可以分為三類，即物理爆炸、化學(xué)爆炸和核爆炸。

　?。?）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：

　　高壓蒸汽鍋爐當過熱蒸汽壓力超過鍋爐能承受的程度時，鍋爐破裂，高壓蒸汽驟然釋放出來，形成爆炸；

　　隕石落地、高速彈丸對目標的撞擊等物體高速碰撞時，物體高速運動產(chǎn)生的功能，在碰撞點的局部區(qū)域內(nèi)迅速轉(zhuǎn)化為熱能，使受碰撞部位的壓力和溫度急劇升高，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)生強烈的放電現(xiàn)象，使能量在10-6～10-7s內(nèi)釋放出來，放電區(qū)達到極大的能量密度和高溫，導(dǎo)致放電區(qū)空氣壓力急劇升高并迅速膨脹，對周圍空氣產(chǎn)生強烈擾動，從而形成閃電雷鳴般的爆炸現(xiàn)象；

　　高壓電流通過細金屬絲時，溫度可達到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，物理爆炸是機械能或電能的釋放和轉(zhuǎn)化過程，參與爆炸的物質(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)生改變。

　?。?）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，可燃氣體（甲烷、乙炔等）爆炸。

　　懸浮于空氣中的粉塵（煤粉、面粉等）以一定的比例與空氣混合時，在一定的條件下所產(chǎn)生的爆炸也屬于化學(xué)爆炸。

　　化學(xué)爆炸是通過化學(xué)反應(yīng)，將物質(zhì)內(nèi)潛在的化學(xué)能，在極短的時間內(nèi)釋放出來，使其化學(xué)反應(yīng)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達到2×106Pa，高能炸藥爆炸時的爆轟壓可達2×1010Pa以上，二者爆炸時產(chǎn)物的溫度均可達到3×103~5×103K，因而使爆炸產(chǎn)物急劇向周圍膨脹，產(chǎn)生強沖擊波，造成對周圍介質(zhì)的破壞。化學(xué)爆炸時，參與爆炸的物質(zhì)在瞬間發(fā)生分解或化合，變成新的爆炸產(chǎn)物。

　?。?）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）反應(yīng)所釋放出的巨大核能引起的。核爆炸反應(yīng)釋放的能量比炸藥爆炸時放出的化學(xué)能大的多，核爆炸中心溫度可達數(shù)107K，壓力可達1015Pa以上，同時產(chǎn)生極強的沖擊波、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)爆炸和核爆炸反應(yīng)都是在微秒量級的時間內(nèi)完成的。

　　爆炸過程表現(xiàn)為兩個階段，在第一階段中，物質(zhì)的（或系統(tǒng)的）潛在能以一定的方式轉(zhuǎn)化為強烈的壓縮能；第二階段，壓縮急劇膨脹，對外做功，從而引起周圍介質(zhì)的變形、移動和破壞。不管由何種能源引起的爆炸，它們都同時具備兩個特征，即能源具有極大的能量密度和極大的能量釋放速度。

　?。ǘ┗瘜W(xué)爆炸反應(yīng)歷程

　　化學(xué)爆炸性物質(zhì)或混合物發(fā)生爆炸，有熱反應(yīng)和鏈式反應(yīng)兩種不同的歷程。按照鏈式反應(yīng)理論，爆炸性混合物（如可燃性氣體和氧氣）與火源接觸后，活化分子就會吸收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式反應(yīng)，釋放燃燒熱。鏈式反應(yīng)有直鏈式反應(yīng)和支鏈式反應(yīng)兩種。直鏈反應(yīng)是指每一個游離基都進行自己的連鎖反應(yīng)，如氯和氫屬于這一類反應(yīng)。即氯分子在光的作用下被活化成兩個氯的游離基，每一個氯的游離基都進行自己的連鎖反應(yīng)，而且每次反應(yīng)只引出一個新的游離基，即：

　　支鏈反應(yīng)是指在反應(yīng)中一個游離基能生成一個以上的新的游離基，如氫和氧的連鎖反應(yīng)屬于此類反應(yīng)。

　　鏈式反應(yīng)歷程大致分為3個階段：

　?。?）鏈引發(fā)，游離基生成。

　?。?）鏈傳遞，游離基作用于其他參與反應(yīng)的化合物，產(chǎn)生新的游離基。

　?。?）鏈終止，即游離基的消耗，使連鎖反應(yīng)終止。

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