ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВНУТРЕННЕЙ И ВНЕШНЕЙ БАЛЛИСТИКЕ.
Наука, изучающая движение пули (снаряда), называется баллистикой (баллистика от греческого слова БАЛЛО - бросаю). По характеру сил действующих на пулю, баллистика делится на внутреннюю и внешнюю.
Взрывчатыми веществами (ВВ) называются неустойчивые смеси и химические соединения, способные под влиянием незначительных внешних воздействий (удар, трение, укол, нагревание и т.д.) совершать быстрое превращение в газообразное состояние.
Взрывом называется явление чрезвычайно быстрого физического или химического изменения вещества, сопровождающегося таким же быстрым превращением его потенциальной (скрытой) энергии в механическую работу.
Химическая реакция, сопровождающаяся взрывом, называется взрывчатым превращением.
Характерные признаки взрыва следующие: кратковременность процесса - быстрота перехода ВВ из твердого или жидкого состояния в газообразное, т.е. в конечную систему продуктов превращения. В зависимости от химического состава и условий, при которых происходит взрыв, взрывчатые превращения протекают с различными скоростями - от сотых до миллионных долей секунды. Так, заряд бездымного пороха сгорает в винтовке за 0,0012 сек., 1 кг. динамита взрывается в течение 0,00002 сек.; образование газов - наличие большого количества газообразных продуктов взрыва, способных к расширению. Количество выделяющихся при взрыве газообразных продуктов выражается приблизительно следующими цифрами: 1 л. пироксилина дает 994 л. газообразных продуктов взрыва; 1 л. нитроглицерина дает 1121 л. газообразных продуктов взрыва; выделение тепла при реакции взрывчатого превращения, что увеличивает упругость газовых продуктов.
Виды взрывчатых превращений
В зависимости от химического состава ВВ и условий взрыва взрывчатые превращения протекают с различными скоростями, при которых может происходить: быстрое сгорание, собственно взрыв, детонация.
Быстрым сгоранием ВВ называется процесс взрывчатого превращения, распространяющийся по всей массе ВВ со скоростью не более НЕСКОЛЬКИХ метров в секунду. Пример - сгорание на открытом воздухе зерен дымного пороха, протекающее со скоростью 10-12 мм/сек.
В закрытом объеме сгорание ВВ протекает более энергично, чем на воздухе, причем горение сопровождается резким звуком. Пример - горение боевого заряда бездымного пороха в канале ствола (скорость примерно до 10 м/с). Последовательное быстрое сгорание ВВ сопровождается более или менее быстрым нарастанием давления газов в канале ствола, которое по мере образования распространяется в сторону наименьшего сопротивления, выполняя при этом работу по перемещению, выталкиванию из канала ствола пули или снаряда.
Собственно взрыв - процесс разложения ВВ, который протекает с огромной скоростью, измеряемой сотнями метров в секунду. Такой взрыв сопровождается резким нарастанием давления газов в месте взрыва, ударом газов по окружающей среде, что влечет раскалывание и дробление предметов, находящихся в непосредственной близости от места взрыва.
Детонацией называют процесс, распространяющийся по ВВ с максимально возможной для него скоростью взрывчатого превращения, измеряемой обычно тысячами метров в секунду (скорость детонации пироксилина - до 6800 м/с, нитроглицерина - 8200 м/с). К концу взрыва, т.е. к моменту, когда разложится весь заряд, газы еще не успевают расшириться и занимают первоначальный объем ВВ, в связи с чем сразу же развивается громадное давление газов во все стороны. Такой резкий скачок давления и удар газов приводят к дроблению преграды на мельчайшие куски.
Под взрывом понимают очень быстрое выделение энергии в результате физических, химических или ядерных изменений взрывчатого вещества «ВВ».
При взрыве всегда происходит расширение исходного вещества или продуктов его превращения, вследствие чего возникает очень высокое давление, вызывающее разрушение и перемещение окружающей среды.
Исходными видами энергии взрыва могут быть физическая, химическая и ядерная.
К разновидностям физических взрывов относят: 1) кинетический (метеорит); 2) тепловой (взрыв котла, автоклава); 3) электрический (молния, электрический заряд: 4) упругое сжатие (землетрясение, замерзание воды в резервуаре, разрыв автомобильной шины и пр.).
Химический взрыв - это импульсный экзотермический химический процесс перестройки (разложения) молекул твердых или жидких взрывчатых веществ с превращением их в молекулы взрывных газов. При этом возникает очаг высокого давления и выделяется большое количество тепла. Способностью к взрыву обладают лишь некоторые вещества, называемые взрывчатыми. Процесс разложения ВВ может происходить относительно медленно - путем горения, когда наблюдается послойный разогрев ВВ за счет теплопроводности, и относительно быстро - посредством детонации (сверхзвуковое ударно - волновое разложение химического, взрывчатого вещества).
Если скорость первого процесса измеряется сантиметрами, иногда - сотнями метров в секунду (у черного пороха - 400 м/с), то при детонации скорость разложения ВВ измеряется тысячами метров в секунду (от 1 до 9 тыс. м/с). Огромное разрушающее действие взрыва обуславливается тем, что энергия при взрыве разделяется очень быстро. Так, например, взрыв 1 кг ВВ происходит за 1-2 стотысячные доли секунды. Скорости горения и детонации у различных ВВ строго постоянны. Особенности импульсного разложения ВВ положены в основу их подразделения на метательные (пороха), инициирующие и бризантные (дробящие). В зависимости от силы и характера внешнего воздействия некоторые ВВ могут как гореть, так и детонировать.
Скорость выделения взрывных газов при разложении ВВ намного превосходит скорость их рассеивания. Масса в 1 кг ВВ образует около 500-1000 литров взрывных газов. Первоначально весь объем образующихся газов приближается к объему заряда, что объясняет возникновение гигантского скачка давления и температуры. Если при горении давление газов может достигать нескольких сотен мегапаскалей (при условии замкнутого пространства), то при детонации - 20,0 - 30,0 ГПа (2,5 млн. атм.) при температуре в несколько десятков тысяч градусов Цельсия. Давление продуктов детонации ВВ в кумулятивной строе может достигать 100,0-200,0 ГПа (10-20 млн. атм.) при скоростях перемещения до 17,7 км/сек. Никакая среда таких давлений выдержать не может. Любой твердый предмет, соприкасающийся с ВВ, начинает дробиться. Е.Л. Бакин, И.Ф. Алешина Осмотр места происшествия при преступлениях, совершенных путем взрыва, и некоторые аспекты криминалистических исследований изъятых вещественных доказательств. Методическое пособие. Москва 2001г.
Принципиальное различие в механизме распространения взрыва и горения заключается в различной скорости этих процессов: скорость горения всегда меньше скорости распространения звука в данном веществе; скорость взрыва превосходит скорость звука в заряде ВВ. Поэтому взрыв и горение ВВ по-разному воздействуют на внешнюю среду. Продукты горения осуществляют метание тел в сторону наименьшего сопротивления, а взрыв вызывает разрушения и пробивание преград, соприкасающихся с зарядом или близко от него расположенных по всем направлениям.
Скорость горения в значительной мере зависит от внешних условий, и в первую очередь от давления окружающей среды. При увеличении последнего скорость горения возрастает, при этом горение может в некоторых случаях переходить в детонацию.
До определенного расстояния взрывные газы сохраняют свои разрушительные свойства за счет высоких скоростей и давлений. Затем их движение быстро замедляется (обратно пропорционально кубу величины пройденного расстояния) и они прекращают свое разрушительное действие. Есть данные, что поршневое действие газов происходит до тех пор, пока объем не достиг 2000 - 4000-кратного объема заряда (Покровский Г.И., 1980). Однако возмущение окружающей среды продолжается и носит главным образом ударно-волновую природу (Нечаев Э.А., Грицанов А. И., Фомин Н.Ф. , Миннулин И. П., 1994г.).
С энергетической точки зрения, взрыв характеризуется высвобождением значительного количества энергии в течение очень короткого времени и в ограниченном пространстве. Часть энергии взрыва первоначально растрачивается на разрыв оболочки боеприпаса (переход в кинетическую энергию осколков). Около 30-40% энергии образовавшихся газов расходуется на формирование ударной волны (областей сжатия и растяжения окружающей среды с их распространением от центра взрыва), светового и теплового излучений, на перемещение элементов окружающей среды
В процессе взрыва выделяют следующие стадии: внешний импульс; детонация; внешний эффект (работа взрыва).
Изложенное открывает путь к пониманию сущности, назначения, структуры и содержания криминалистического учения о ВВ и ВУ как орудиях преступлений, а также создаваемых с учетом положений криминалистических методик расследования.
Данное учение относится к классу частных криминалистических теорий. Каждая из двух частей: обшей и особенной. Имеются в виду два уровня: две подсистемы одной системы научного знания. Общую часть обычно называют общей теорией (в контексте данной системы знаний). В особенную часть в качестве
элементов включаются частные теории как подсистемы, имеющие отношение к тем или иным компонентам, аспектам, объективно-предметной области соответствующей системы.
Криминалистическое учение о ВВ и ВУ как орудиях преступления в этом отношении не составляет исключения. Оно также состоит из общей и особенной частей. Общая часть данного учения (его общая теория) может быть определена как обобщенная типовая информационная модель, содержащая в виде общих, базовых положений знания, одинаково значимые для всех случаев расследования по делам, где в качестве орудий преступлений фигурируют ВВ и ВУ (определение ключевых понятий учения, сведения о видах и особенностях ВВ и ВУ, связанных с ними следах, различные классификации тех и иных объектов, информация об их информационном потенциале, принципах, методах, средствах обнаружения, фиксации, изъятии, исследования носителей и источников уголовно-релевантной информации, формах, возможностях, направлениях и путях ее использования в досудебном уголовном процессе).
Что касается особенной части, то ее можно определить как систему теорий, каждая из которых, также будучи типовой информационной моделью, но более низкого уровня по сравнению с общей теорией рассматриваемого учения, включает в себя знания о специфике отдельных видов и разновидностей изучаемых объектов и своеобразии деятельности по их вовлечению в уголовный процесс иной информации в условиях типичных следственных ситуаций и решений обусловленных ими поисково-познавательных задач.
Иначе говоря, общая теория должна дать представление об общей характеристике всего класса изучаемых и конструируемых объектов, а каждая частная теория отражает своеобразие соответствующего вида объектов, всего того, что составляет его специфику как элемента класса (системы).
Объектом криминалистического учения о ВВ и ВУ как орудиях преступлений является преступная деятельность, связанная с изготовлением, хищением, хранением, транспортировкой, сбытом и применением ВВ и ВУ, последствия их использования в криминальных целях, следы, возникающие на всех стадиях механизма преступной деятельности, а также деятельность правоохранительных органов по обнаружению, фиксации, осмотру, изъятию, сохранению, исследованию указанных объектов, получению, проверке и реализации содержащейся в них криминалистически значимой информации на стадии возбуждения уголовного дела и при производстве предварительного расследования.
Предметом данного учения служат закономерности, лежащие в основе упомянутых процессов, а также криминальной и криминалистической деятельности. Под закономерностями в данном случае понимаются каждый раз с необходимостью повторяющиеся при определенных условиях устойчивые связи между элементами познаваемого по уголовным делам криминального события и такого же типа связи, существующие между элементами расследования как познающей системы.
В круг закономерностей также включаются внешние связи обеих систем, то есть связи между системой расследования и системой преступления (например, закономерная связь между видом и объемом ВВ и мощностью взрыва, его последствиями и возникшими следами, между характером и масштабом вредных последствий взрыва и решением вопроса о количестве следователей, которых необходимо привлечь для производства осмотра места происшествия, между качеством работы следователя по подготовке судебной взрывотехнической экспертизы и результативностью экспертного исследования).
Важным с научной, практической и дидактической точек зрения является вопрос о месте криминалистического учения о ВВ и ВУ как орудиях преступлений в более широкой системе научного знания. Не менее значимо и получение правильных ответов на вопросы о его связях и соотношениях с другими криминалистическими теориями (учениями), в первую очередь со смежными, близкими, родственными.
«Частные криминалистические теории связаны между собой множеством связей, отношений, взаимопереходов», - писал Р. С. Белкин, дополняя эту мысль положениями о том, что у частных криминалистических теорий могут полностью или частично совпадать и объекты, и предметы, «поскольку они могут изучать различные проявления одних и тех же объективных закономерностей, относящихся к предмету криминалистики в целом, в различных предметных областях» Белкин Р. С. Курс криминалистики. М., 1997. Т. 2. С. 22, 24.
Вопрос о месте рассматриваемого учения не имеет однозначного ответа. Все зависит от того, с. какой точки зрения подходить к его решению. Первый подход как бы лежит на поверхности, поскольку он имеет самое непосредственное отношение к функциональному значению ВВ и ВУ в механизме исследуемых нами преступлений, будучи включенным в этот механизм в качестве орудия их совершения.
Из этого следует, что криминалистическое учение о ВВ и ВУ является составной частью более широкой системы криминалистического знания, которое называется криминалистическим учением об орудии преступления (криминалистическим орудиеведением). В рамках последней системы оно занимает промежуточное звено, с одной стороны, входя определенной своей частью в криминалистическое учение о веществах, используемых в качестве орудий преступления, поскольку взрывчатые вещества - одни из видов веществ, используемых в криминальных целях в данном качестве (наряду с ядовитыми, сильнодействующими и другими веществами).
Таким образом, есть основания рассматривать криминалистическое взрывоведение, как целостную, сложную, относительно самостоятельную подсистему криминалистики, в объектно-предметную область которой входят все виды взрывов криминальной природы, все виды умышленных и неосторожных преступных деяний, прямо или опосредованно связанных с реальными и потенциальными, объективно возможными и мнимыми взрывами, в механизмах совершения и следообразования которых функционируют различные виды взрывчатых веществ и взрывных устройств (либо информация о них), независимо от того, выполняют последние функцию орудия преступления или иную функцию.
Основное прикладное значение криминалистического взрывоведения как частной криминалистической теории, на наш взгляд, состоит в оптимизации процессов разработки различного типа общих и частных методик расследования преступлений, о которых идет речь в этой работе, повышения их качественного уровня и практической отдачи.
Теоретическую основу, создания общей методики расследования данной группы преступлений закладывает общая часть, общая теория криминалистического взрывоведения. Те же теории, которые в качестве составляющих входят в особенную часть криминалистического взрывоведения, играют роль теоретических предпосылок, теоретических построений, способствующих созданию менее общих и частных методик расследования.
Таким образом, «криминалистическое взрывоведение» может трактоваться в широком и узком смысле. В широком смысловом значении этим понятием характеризуется достаточно обширная по объему группа преступлений и деятельность по их выявлению и расследованию. Центральное место здесь занимают преступления, связанные с использованием ВВ и ВУ в качестве орудия преступления. В узком смысле криминалистическим взрывоведением может быть обозначена лишь одна из подсистем научного знания в этой области, то есть теория и методика выявления и расследования преступлений, связанных с использованием ВВ и ВУ в качестве орудия достижения криминальных целей.
Все ВВ по агрегатному состоянию делятся на: 1) газообразные (водород и кислород, метан и кислород); 2) пылевоздушные (угольная, мучная, текстильная и т.п. пыль в смеси с воздухом или кислородом); 3) жидкие (нитроглицерин); 4) твердые (тротил, мелинит, гексоген, пластит): 5) аэрозольные (капли масла, бензина и проч. в воздухе); 6) смеси.
Существует следующая техническая классификация ВВ: 1) первичные, или инициирующие; 2) вторичные, или бризантные (дробящие); 3) метательные, или пороха; 4) пиротехнические смеси.
Инициирующие ВВ особо чувствительны к механическим и температурным воздействиям, поэтому очень легко взрываются. Обычно они используются для возбуждения (инициирования) взрыва вторичных ВВ, порохов и пиротехнических составов. Для этих целей они применяются в калсюлях-воспламенителях и капсюлях-детонаторах. Наиболее часто используются азид свинца, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС, стифнат свинца), гремучая ртуть и др.
Бризантные ВВ являются основным классом ВВ, применяемых для снаряжения мин, снарядов, гранат, бомб и для производства взрывных работ. Наиболее распространенным ВВ этого типа является тротил (тринитротолуол, тол). Скорость его детонации - 6700 м/сек. Промышленностью тротил выпускается в виде шашек массой 75, 200 и 400 г. Милинит (пикриновая кислота) выпускается в виде шашек. К веществам повышенной мощности относят тетритол, гексоген, октоген, ТЭН, пластит. Веществами пониженной мощности являются: аммонийная селитра, аммонал и аммотол (смеси тротила и аммиачной селитры), динамоны. Старые ВВ: нитроглицерин (ВВ на основе нитроглицерина, например гремучий студень), динамит, пироксилин (см. приложение № 1).
Метательные вещества, к которым относятся черный порох (75% - калийная селитра, 15% - уголь, 10% - сера), бездымные пороха (пироксилиновые и нитроглицериновые), обычно не детонируют, а горят параллельными слоями. Скорость их горения (вспышка) в 10-100 раз меньше, чем время детонации (в определенных условиях могут детонировать). Применяются в качестве "вышибных зарядов" в различного рода устройствах как военного, так и гражданского назначения, а также снарядов, пуль стрелкового оружия и в качестве ракетного топлива.
Пиротехнические составы представляют собой механические смеси, предназначенные для снаряжения изделий в целях получения различных эффектов. Основной взрывчатого превращения смесей - горение, однако некоторые составы могут детонировать. Состоят они из горючих материалов, окислителей, связывающих веществ и различных добавок. В военном деле и других отраслях применяются осветительные, фотоосветительные, трассирующие, сигнальные, зажигательные, помехообразующие, дымовые, термитные и другие пиротехнические составы. Основными компонентами пиротехнических составов являются: горючее, окислитель и цементатор.
Для возбуждения детонации вторичного (бризантного) ВВ требуется значительное внешнее воздействие в виде очень сильного удара (например, для толовой шашки скорость инициирующего удара должна быть не менее 1500-2000 м/с). Такой удар осуществляется при взрыве детонатора, а иногда и вспомогательного заряда, требующего для своего инициирования значительно меньшего удара или небольшого разогревания
В качестве детонаторов используют:
- 1. капсюли- воспламенители;
- 2. капсюли-детонаторы;
- 3. капсюли для ручных гранат;
- 4. электродетонаторы и электровоспламенители;
- 5. различные взрыватели (для мин, снарядов, авиабомб).
Особую группу составляют воспламенительные средства инициирования взрыва: 1) огнепроводный (бикфордов) шнур - ОШ; 2) детонирующий шнур - ДШ (со скоростью детонации 7000-8000 м/с).
Целенаправленное использование энергии взрыва и его поражающих факторов, в том числе и в преступных целях, реализуется путем применения взрывных устройств (ВУ).
Под взрывным устройством понимают специально изготовленное устройство, обладающее совокупностью признаков, указывающих на его предназначенность и пригодность для производства взрыва.
В конструкции крупных взрывных устройств (ВУ) имеются: 1) основной заряд ВВ; 2) вспомогательный заряд; 3) детонатор. Взрыв такого устройства обычно сопровождается разрушением внешних слоев ВВ с последующим разлетом его непрореагировавших частиц и осколков. Это явление снижает мощность и эффективность взрыва.
Для увеличения массы ВВ, вступающего в детонацию, увеличения мощности взрыва и его поражающего действия конструкция ВУ дополняется оболочкой. Оболочка призвана на некоторое время сдержать разлет кусочков ВВ и продлить процесс его детонации. Чем прочнее оболочка, тем сильнее взрыв.
Второе предназначение оболочки - формирование массивных осколков, обладающих большой кинетической энергией и выраженным поражающим действием (иногда военные судебные медики называют их высокоэнергетическими осколками. Для упорядочения этого процесса используют оболочку с заранее выполненными насечками (полуготовые поражающие элементы). Кроме того, оболочка ВУ может включать в себя и готовые "убойные" элементы (шарики, стрелки, гвозди, куски металла и др.).
Среди взрывных устройств особую группу составляют ВУ с кумулятивным действием. Оно состоит в поражении (пробитии) объектов не за счет кинетической энергии снаряда, а в результате "мгновенного" сосредоточенного воздействия высокоскоростной кумулятивной струи, образующейся при обжатии куммулятивной воронки взрывом заряда ВВ. Это характерно в основном для боеприпасов направленного действия типа специальных кумулятивных противотанковых снарядов и гранат.
По мощности взрывные устройства делятся на:
- 1. ВУ большой мощности (крупные и средние авиабомбы, артснаряды 76 мм и более, противотанковые мины, фугасы и другие подобные им ВУ с тротиловым эквивалентом не менее 250 г);
- 2. ВУ средней мощности (гранаты (рис. 4), противопехотные мины, выстрелы к ручным гранатометам, шашки ВВ, артснаряды от 27 до 75 мм и другие подобные им взрывные устройства с тротиловым эквивалентом от 100 до 200-250 г);
- 3. ВУ малой мощности (запалы, детонаторы, взрыватели (рис. 5), снаряды до 27 мм и другие подобные им ВУ с тротиловым эквивалентом до 50-100 г Е. Л. Бакин, И. Ф. Алешина. Осмотр места происшествия при преступлениях, совершенных путем взрыва, и некоторые аспекты криминалистических исследований изъятых вещественных доказательств. Методическое пособие. Москва 2001г. .
Наряду с боевыми ВУ в преступных целях могут использоваться различные пиротехнические и имитационные средства. Некоторые из них (например, имитационные патроны ИМ-82, ИМ-85, ИМ-120 и шашки имитации разрыва артиллерийского снаряда ШИРАС) снаряжены зарядами взрывчатых веществ и обладают мощным поражающим действием при взрыве.
К классу ВУ промышленного изготовления относят и так называемые изделия гражданского назначения и специальные средства, содержащие в своей конструкции взрывчатые вещества (изделия "Ключ" и "Импульс", светозвуковые гранаты "Заря", "Пламя") и используемые главным образом для проникновения в помещение и временного психофизиологического воздействия на правонарушителя.
ВУ самодельного изготовления (СВУ) представляют собой устройства, в конструкции которых имеется хотя бы один самодельный элемент, или такие, при изготовлении которых применена непромышленная нерегламентированная сборка. Существует большое количество типов СВУ, отличающихся принципом действия, уровнем поражения при взрыве, используемым в конструкции материалом. В связи с этим возможна лишь примерная классификация СВУ, в соответствии с которой их можно разделить на следующие типы: СВУ по типу ручной гранаты; СВУ по типу объектной мины (предназначена для минирования объекта); СВУ по типу мины-ловушки (имеется камуфляжный корпус); СВУ по типу подрывного снаряда со средством взрывания; СВУ по типу взрывпакета.
Не случайно в первой главе мною подробно рассмотрены понятия о взрыве, ВВ, ВУ, СВУ, их классификация. И только после этого дается методика осмотра места происшествия при преступлениях, совершенных путём взрыва. В специальной литературе для следователей раздел об основах понятиях криминалистической взрывотехники зачастую опускается или приводится очень сжато, схематично. При таких условиях нельзя научить лицо, проводящее осмотр, грамотно искать, правильно фиксировать, принимать меры к изъятию вещественных доказательств. В практике неоднократно приходилось сталкиваться с ситуациями, когда следователи, приступая к осмотру места происшествия, не имея специальных знаний, считают, что все должен «знать, искать и подсказывать им» специалист.
На предприятиях общественного питания используют и перерабатывают горючее и взрывоопасное сырье в различном агрегатном состоянии (эссенции, органические кислоты, жиры, масла, мука, сахарная пудра и др.). Кроме того, производство оснащено сосудами и аппаратами, работающими под избыточным давлением, в том числе холодильными установками, хладагентом которых, как правило, является взрывоопасный газ или аммиак. Для нагрева, сушки, обжарки, варки, выпечки применяют тепловое оборудование, работающее на тепловом проявлении электрического тока, газовом, жидком и твердом топливе. Исходя из свойств обращающихся веществ, характера технологических процессов, пищевое производство относят к числу взрыво- и пожароопасных.
Взрывом называется быстрое выделение энергии, связанное с внезапным изменением состояния вещества, сопровождаемое разрушением окружающей среды и распространением в ней ударной или взрывной волны, переходом начальной энергии в энергию движения вещества.
При взрыве развиваются давления в десятки и сотни тысяч атмосфер, а скорости движения взрывчатого вещества измеряются километрами в секунду.
Взрывчатые вещества - это соединения или смеси, способные к быстрому, самораспространяющемуся химическому превращению с образованием газов и выделением значительного количества тепла. Такое превращение, возникнув в какой-либо точке под воздействием соответствующего импульса (нагрева, механического удара, взрыва другого взрывчатого вещества), распространяется с большой скоростью на всю массу взрывчатого вещества.
Быстрое образование значительных объемов газов и их нагрев до высоких температур (1800 ... 3800 °С) за счет теплоты реакции объясняют причину возникновения на месте взрыва высокого давления.
В отличие от сгорания обычного топлива реакция взрыва протекает без участия кислорода воздуха и вследствие больших скоростей процесса позволяет получить в небольшом объеме огромные мощности. Например, 1 кг угля требует около 11 м 3 воздуха, при этом выделяется приблизительно 9300 Вт теплоты. Взрыв 1 кг гек-согена, занимающего объем 0,00065 м 3 происходит за стотысячную долю секунды и сопровождается выделением 1580 Вт теплоты.
В некоторых случаях исходная энергия с самого начала представляет собой тепловую энергию сжатых газов. В какой-то момент, вследствие снятия или ослабления связей, газы могут расширяться и произойдет взрыв. К такому роду взрыва можно отнести взрыв баллонов со сжатыми газами. Близкими к этому виду взрывов относят взрывы паровых котлов. Однако исходная энергия сжатых газов у них составляет лишь часть энергии взрыва; существенную роль здесь играет наличие перегретой жидкости, которая может быстро испариться при снижении давления.
Причины и характер возникновения взрыва могут быть различными.
Цепная теория возникновения газового взрыва определяет условия, при которых происходят цепные реакции. Цепные реакции -это химические реакции, в которых появляются активные вещества (свободные радикалы). Свободные радикалы в отличие от молекул обладают свободными ненасыщенными валентностями, что приводит к легкому их взаимодействию с исходными молекулами. При взаимодействии свободного радикала с молекулой происходит разрыв одной из валентных связей последней и, таким образом, в результате реакции образуется новый свободный радикал. Этот радикал, в свою очередь, легко реагирует с другой исходной молекулой, вновь образуя при этом свободный радикал. В результате путем повторения этих циклов происходит лавинообразное нарастание числа активных центров взрывоопасности.
Тепловая энергия исходит из условий нарушения теплового равновесия, при котором приход тепла вследствие реакции становится больше теплоотдачи. Возникающий в системе разогрев дополнительно воздействует на реакцию. В результате возникает прогрессивное нарастание скорости реакции, приводящее при определенных условиях к взрыву. При тепловом воздействии может образоваться взрыв большой мощности и сравнительно медленное горение.
Возникновение взрыва при ударе связано с действием локальных микроскопических разогревов, которые особенно сильны из-за наличия при ударе очень высокого давления. Локальные разогревы охватывают огромное количество молекул и при определенных условиях приводят к взрыву.
Возникающие при взрыве сжатие и движение окружающей среды (воздуха, воды, грунта) передаются все более и более удаленным слоям. В среде распространяется особого рода возмущение - ударная, или взрывная, волна. Когда эта волна приходит в какую-либо точку пространства, то плотность, температура и давление скачком повышаются и вещество среды начинает двигаться в направлении распространения волны. Скорость распространения сильной ударной волны, как правило, значительно превышает скорость звука. По мере распространения эта скорость уменьшается, и в конце концов ударная волна превращается в обычную звуковую волну.
Вблизи от очага взрыва скорость движения воздуха может достигать тысяч метров в секунду, а кинетическая энергия движущегося воздуха равна 50% полной энергии ударной волны.
При распространении ударной волны не в инертной среде, а, например, во взрывчатом веществе она может вызвать быстрое его химическое превращение, которое распространяется по веществу со скоростью волны, поддерживает ударную волну и не дает ей затухнуть. Это явление называется детонацией , а ударная волна, способствующая быстрой реакции, называется детонационной волной.
Как правило, любой взрыв вызывает пожары. Горением называется сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя. Окислителями в процессе горения могут быть кислород, хлор, бром и некоторые другие вещества, такие, как азотная кислота, бертолетова соль и перекись натрия. Обычным окислителем в процессах горения является кислород, находящийся в воздухе. Реакция окисления при определенных условиях может самоускоряться. Этот процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение называется самовоспламенением. Условиями для возникновения и протекания горения в этом случае является наличие горючего вещества, кислорода воздуха и источника воспламенения. Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник воспламенения вызывает в ней реакцию горения.
Горючие системы могут быть химически однородными и неоднородными. К химически однородным относятся системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом, например смеси горючих газов, паров или пылей с воздухом.
К химически неоднородным относятся системы, в которых горючее вещество и воздух имеют поверхности раздела, например твердые горючие материалы и жидкости, струи горючих газов и паров, поступающих в воздух. При. горении химически неоднородных горючих систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты сгорания к горючему веществу и затем вступает с ним в реакцию.
Выделившаяся в зоне горения теплота воспринимается продуктами сгорания, вследствие чего они нагреваются до высокой температуры, которая называется температурой горения.
Кинетическое горение, т. е. горение химически однородной горючей смеси газов, паров или пыли с воздухом, протекает различно. Если горючая смесь поступает с определенной скоростью из горелки, то она сгорает устойчивым пламенем. Горение этой же смеси, заполнившей замкнутый объем, может вызвать химический взрыв.
Кинетическое горение возможно только при определенном соотношении газа, паров, пыли и воздуха. Минимальная и максимальная концентрации горючих веществ в воздухе, способных воспламеняться, называются нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения (взрыва).
Все смеси, концентрации которых находятся между пределами воспламенения, называют взрыво- и пожароопасными.
Смеси, концентрации которых находятся ниже нижнего и выше верхнего пределов воспламенения, в замкнутых объемах гореть не способны и считаются безопасными. Однако смеси, концентрация которых находится выше верхнего предела воспламенения, при выходе из замкнутого объема воздуха способны гореть диффузионным пламенем, т. е. ведут себя как пары и газы, не смешанные с воздухом.
Концентрационные пределы воспламенения непостоянны и зависят от ряда факторов. Большое влияние на изменение пределов воспламенения оказывают мощность источника воспламенения, примесь инертных газов и паров, температура и давление горючей смеси.
Увеличение мощности источника воспламенения ведет к расширению области воспламенения (взрыва) с понижением нижнего предела и повышением верхнего предела воспламенения.
При введении негорючих газов в взрывчатую смесь происходит резкое уменьшение верхнего предела воспламенения и незначительное изменение нижнего. Область воспламенения сокращается и при определенной концентрации негорючих газов смесь перестает воспламеняться.
С повышением начальной температуры взрывчатой смеси промежуток воспламенения ее расширяется, при этом нижний предел уменьшается, а верхний увеличивается.
При уменьшении давления горючей смеси ниже нормального происходит уменьшение области воспламенения. При низком давлении смесь становится безопасной.
При нижнем пределе воспламенения смеси количество выделяемого тепла незначительно и поэтому давление при взрыве не превышает 0,30 ... 0,35 МПа. С увеличением концентрации горючего вещества растет давление взрыва. Оно для большинства смесей составляет 1,2 МПа.
При дальнейшем повышении концентрации горючего вещества давление взрыва снижается и на верхнем пределе воспламенения становится таким же, как и на нижнем.
Взрывоопасные свойства смесей паров с воздухом не отличаются от свойств смесей горючих газов с воздухом. Концентрация насыщенных паров жидкости находится в определенной взаимосвязи с ее температурой. Эти температуры называют температурными пределами воспламенения (взрываемости).
Верхним температурным пределом называется та наибольшая температура жидкости, при которой образуется смесь насыщенных паров с воздухом, еще способная воспламеняться, однако выше этой температуры образовавшиеся пары в смеси с воздухом в замкнутом объеме воспламеняться не могут.
Нижним температурным пределом называется та наименьшая температура жидкости, при которой образуется смесь насыщенных паров с воздухом, способная воспламеняться при поднесении к ней источника воспламенения. При более низкой температуре жидкости смесь паров с воздухом не способна воспламеняться.
Нижний температурный предел воспламенения жидкостей иначе называется температурой вспышки, которая принята за основу классификации жидкостей по степени их пожарной опасности. Так, жидкости, имеющие температуру вспышки до 45 °С, называют легковоспламеняющимися, а выше 45 °С - горючими.
На пищевых предприятиях многие технологические процессы сопровождаются выделением мелкодисперсной органической пыли (мучной, сахарной пудры, крахмальной и др.), которая при определенной концентрации образует взрывоопасную пылевоздушную смесь.
Пыль может находиться в двух состояниях: взвешенной в воздухе (аэрозоль) и осевшей на стенах, потолках, конструктивных частях оборудования и т. д. (аэрогель).
Аэрогель характеризуется температурой самовоспламенения, мало отличающейся от температуры самовоспламенения твердого вещества.
Температура самовоспламенения аэрозоля всегда значительно выше, чем у аэрогеля, и даже превышает температуру самовоспламенения паров и газов. Объясняется это тем, что концентрация горючего вещества в единице объема аэрозоля в сотни раз меньше, чем у аэрогеля, поэтому скорость выделения тепла может превышать скорость теплоотдачи только при значительно высокой температуре.
В табл. приведены температуры самовоспламенения аэрогеля и аэрозоля некоторых пылей.
Как и у газовых смесей, воспламенение и распространение пламени по всему объему аэрозоля возникают только в том случае, если его концентрация находится выше нижнего предела воспламенения.
Что касается верхних пределов воспламенения аэрозолей, то они настолько велики, что в большинстве случаев практически недостижимы. Например, концентрация верхнего предела воспламенения сахарной пыли равна 13500 г/м 3 .
Температура самовоспламенения горючих веществ разнообразна. У одних она превышает 500 °С, у других находится в пределах окружающей среды, которую в среднем можно принять 0 ... 50°С.
Например, желтый фосфор при температуре 15°С самонагревается и загорается. Вещества, способные самовоспламеняться без нагрева, представляют большую пожарную опасность и называются самовозгорающимися, а процесс самонагревания их до стадии горения определяют термином самовозгорание. Самовозгорающиеся вещества подразделяют на три группы:
вещества, самовозгорающиеся от воздействия на них воздуха (растительные масла, животные жиры, бурый и каменный угли, сульфиды железа, желтый фосфор и др.);
вещества, самовозгорающиеся от воздействия на них воды (калий, натрий, карбид кальция, карбиды щелочных металлов, фосфористые кальций и натрий, негашеная известь и др.);
вещества, самовозгорающиеся при смешивании друг с другом (ацетилен, водород, метан и этилен в смеси с хлором; перманганат калия, смешанный с глицерином или этиленгликолем; скипидар в хлоре и др.).
Большую взрыво- и пожароопасность на пищевых предприятиях представляет смесь органической пыли с воздухом.
По пожароопасности все пыли в зависимости от их свойств подразделяют на взрывоопасные в состоянии аэрозоля и пожароопасные в состоянии аэрогеля.
К первому классу по взрывоопасности относят пыли с нижним пределом воспламенения (взрываемости) до 15 г/м 3 . К этому классу относится пыль серы, канифоли, сахарной пудры и др.
Ко второму классу причисляют взрывоопасную пыль с нижним пределом воспламенения (взрываемости) 16 ... 65 г/м 3 . К этой группе относится пыль крахмала, муки, лигнина и др.
Пыли в состоянии аэрогеля по пожароопасности также делятся на два класса: первый класс - наиболее пожароопасные с температурой самовоспламенения до 250 °С (например, табачная пыль - 205 °С, зерновая - 250 °С); второй класс - пожароопасные с температурой самовоспламенения выше 250 °С (например, древесные опилки - 275 °С).
Материал из Википедии - свободной энциклопедии
Взрыв - быстропротекающий физический или физико-химический процесс, проходящий со значительным выделением энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени и приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду вследствие высокоскоростного расширения продуктов взрыва . Взрыв в твёрдой среде вызывает разрушение и дробление.
В физике и технике термин "взрыв" используется в разных смыслах: в физике необходимым условием для взрыва является наличие ударной волны , в технике для отнесения процесса к взрыву наличие ударной волны не обязательно, но существует угроза 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. :9 При отсутствии ударных волн, признаком определяющим взрыв является звуковой эффект волны давления. :104 В технике дополнительно к взрывам и детонации также выделяют хлопки. :5
В юридической литературе широко используется термин "криминальный взрыв" - взрыв, причиняющий материальный ущерб, вред здоровью и жизни людей, интересам общества, а также взрыв, который может вызвать смерть человека.
Действие взрыва
Последствия взрыва паровоза, 1911 год
Продукты взрыва обычно являются газами с высокими давлением и температурой, которые, расширяясь, способны совершать механическую работу и вызывать разрушения других объектов. В продуктах взрыва помимо газов могут содержаться и твёрдые высокодисперсные частицы. Разрушительное действие взрыва вызвано высоким давлением и образованием ударной волны . Действие взрыва может быть усилено кумулятивными эффектами .
Действие ударной волны на предметы зависит от их характеристик. Разрушение капитальных строений зависит от импульса взрыва. Например, при действии ударной волны на кирпичную стену она начнет наклонятся. За время действия ударной волны наклон будет незначительным. Однако, если и после действия ударной волны стена будет наклонятся по инерции, то она рухнет. Если предмет жесткий, прочно укреплен и имеет небольшую массу, то он успеет изменить свою форму под действием импульса взрыва и будет сопротивляться действию ударной волны, как силе, приложенной постоянно. В этом случае разрушение будет зависеть не от импульса, а от давления, вызываемого ударной волной. :37
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:
- 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. :36
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
