eksplosjon

En eksplosjon er den fysiske, eksponensielt koblede prosessen for å frigjøre store mengder energi , vanligvis i form av temperatur, trykk og kinetisk energi .

Årsaken til den høye konsentrerte energimengden kan være en kjemisk reaksjon (f.eks. På grunn av eksplosiver , eksplosiv atmosfære ), som fører til en kraftig økning i temperatur og trykk på svært kort tid. Ved kjemiske eksplosjoner skjer en veldig rask reaksjon ( eksotermiske reaksjoner som forbrenning ) av en eksplosiv blanding eller en dekomponeringsreaksjon, der store mengder gass og varme frigjøres og en sterk trykkbølge (luftblåsing) på grunn av det plutselige volumet ekspansjon av gassene (eller væske i vannsjokket fra eksplosjoner under vann). ^{[1] [2]} Den plutselige volumutvidelsen forårsaker en sjokkbølge , som kan beskrives med modellen for detonasjonsbølgen ved en ideell eksplosjon (fra en punktkilde). En eksplosjon ledsages av et sterkt lysglimt og et høyt smell. ^[1]

Andre årsaker kan også produsere sterkt komprimerte gassbobler, for eksempel gasser bygget opp i vulkaner .^[3]

Skiller

Generelt omtales en prosess som en eksplosjon når en veldig stor mengde energi frigjøres på veldig kort tid, i form av en sterk økning i temperatur og trykk, noe som fører til en sterk volumøkning, det vil si akselererer materie . I motsetning til dette er det også prosesser som frigjør store mengder energi på kort tid, men som ikke omtales som eksplosjoner; for eksempel fordi de ikke har noen direkte effekt på materie (eksempler: lyn i tordenvær, laserblitz , gammastråleblink ), eller at utgivelsen ikke går raskt nok (eksempel: rakettoppskytning ).

Eksplosjonstyper

Kjemiske eksplosjoner

Det er to typer kjemiske eksplosjoner: ^[4]

• Eksplosjonsvarme (termiske eksplosjoner) dannes når reaksjonsvarmen til en kjemisk reaksjon ikke forsvinner raskt nok og dermed øker temperaturen i systemet. Temperaturstigningen fører til en høyere reaksjonshastighet og dermed til en enda raskere frigjøring av varme, som til slutt kan føre til en eksplosjon (teorier om Semenov, Frank-Kamenitzkii og Thomas). Et eksempel på en termisk eksplosjon er kloroksyhydrogenreaksjonen .
• Kjedegrenende eksplosjoner oppstår i radikale reaksjoner der flere kjedegrener enn kjedeavslutningsreaksjoner (gjennom rekombinasjon av radikaler ) finner sted, slik at antallet radikaler og dermed reaksjonshastigheten øker som et skred og fører til en eksplosjon. Slike kjedegrener forekommer i oksyhydrogenreaksjonen .

Disse typene er forskjellige i typen kjemisk reaksjon. I begge tilfeller er den termodynamiske prosessen imidlertid den samme: Den frigjorte energien fører til en rask økning i temperatur og trykk og dermed til en kraftig volumutvidelse som bryter det omkringliggende materialet fra hverandre. Mange stoffblandinger kan eksplodere på begge måter, avhengig av trykk, temperatur og sammensetning. Hastigheten reaksjonen forløper uavhengig avhenger av konsentrasjonen av stoffene (f.eks. Gasser og aerosoler). Det er en nedre og en øvre grense, også kjent som eksplosjonsgrensen eller antennelsesgrensen. Utover disse grensene er en uavhengig eksplosjonsspredning i blandingen ikke lenger mulig. Grensene er ikke bare avhengig av konsentrasjoner, men også av miljøforhold som temperatur, trykk eller fuktighet. ^[5] Innenfor disse grensene kan for eksempel en blanding av luft under atmosfæriske forhold reagere med brannfarlige stoffer i form av støv, fibre eller lo i en støveksplosjon . ^[6]

Et annet skille gjøres makroskopisk :

• Deflagrasjon , hurtig forbrenning ved eksplosjonsgrensen med lav flammehastighet (<1 m / s) og trykkeffekt (<1 bar) og vanligvis et dund. ^[1]
• Deflagrering , der forplantningshastigheten til flammen eller reaksjonsfronten er langsommere enn lydhastigheten til det respektive mediet ( eksplosivet ) og eksosrørene beveger seg mot forplantningsretningen. I luft oppstår deflagrering ved flammehastigheter under 330 m / s og trykkeffekter under 14 bar. ^[1]
• Detonasjon som forplanter seg i mediet ved supersonisk hastighet og der eksosrørene beveger seg i forplantningsretningen (flammehastighet over 330 m / s og trykkeffekt fra 10 bar til 1000 bar). ^[1] Det er den mest voldelige reaksjonen; det skjer hovedsakelig med sprengstoff.

Atomvåpeneksplosjon

Når det gjelder atomforfallsprosesser av svært tunge kjemiske grunnstoffer , nemlig uran eller plutonium , som utløses av en kjedereaksjon av krefter i atomkjerner , kan det oppstå en atomvåpeneksplosjon . ^[7] En eksplosjon kan også oppnås ved å smelte veldig lette kjerner i såkalte hydrogenbomber . Både kjernefisjon og kjernefusjon fører til tap av masse , saken omdannes til energi ( stråling og termisk energi ). Det er her de største mengdene energi frigjøres fra alle menneskeskapte eksplosjoner.

Fysiske eksplosjoner

Til slutt er det eksplosjoner der ingen kjemisk eller kjernefysisk reaksjon finner sted, men bare et økende trykk i et solid skall (f.eks. Gassrik magma i en vulkan eller damp i en kjele ) får det til å sprekke. Den plutselige veldig sterke oppvarmingen av væsker, som deretter går over i en gassformig tilstand med stor volumøkning, kan føre til en fysisk eksplosjon . For eksempel hvis en beholder (glassflaske, trykkoker, kjele) fylles med væske eller spesielt gass under overtrykk plutselig. ^{[8] [9]}

implosjon

Motstykket til eksplosjonen er implosjonen , der det reaktive mediet ikke ekspanderer, men trekker seg sammen. Siden det mekaniske arbeidet som fører til implosjonen utføres via trykket i atmosfæren rundt og ikke frigjøres av en eksplosiv enhet, er energimengden, i motsetning til en eksplosjon, begrenset av det imploderende volumet og omgivelsesforholdene.

De hule legemene til katodestrålerør i fjernsyn eller andre displayenheter, laget av sprø glass . samt lyspærer ^[10] og lysrør kan implodere hvis de blir skadet etter hvert som sprekker sprer seg, siden de ble evakuert under produksjonen. Knust glass som flyr av kan skade mennesker i nærheten. Da TV-bilderør fortsatt ble demontert for å gjenvinne det blyrike ^[11] glasset for produksjon av bilderør igjen, ble rørene boret for å ventilere dem på en kontrollert måte.

Skje

Eksplosjoner i naturen

I naturen skjer eksplosjoner stort sett i forbindelse med vulkanisme . Dette inkluderer eksplosive vulkanutbrudd (f.eks. Krakatau 1883) eller eksplosjoner av vanndamp. Vanndampeksplosjoner, et tilfelle av fysisk eksplosjon , oppstår når vann kommer i kontakt med magma . ^[9]

Påvirkninger fra meteoritter kan også føre til eksplosjoner hvis de treffer bakken eller vannet med tilstrekkelig hastighet eller hvis de bremses veldig kraftig som følge av luftmotstanden i atmosfæren. I begge tilfeller omdannet kinetisk energi seg til varme på veldig kort tid, noe som fører til eksplosiv fordampning av meteoritter og muligens Auftreffmediums (jordvann). På denne måten opprettes slagkratere når land faller. ^[12]

I astronomi refereres til slutten av livssyklusen til massive stjerner med begrepet supernova . ^[13] Disse representerer den største kjente formen for en eksplosjon (basert på frigjort energi).

Noen få levende ting kan forårsake / bruke eksplosjoner, for eksempel bombardierbille .

Noen modne frukter, sporer eller frøbærere av planter kan sprekke kraftig av seg selv eller ved skade for å spre innholdet romlig, f.eks. B. potetbovisten .

Eksplosjoner som ønsket eller uønsket menneskelig arbeid

Teknisk sett kan man skille mellom to “typer” eksplosjoner, ønskede og uønskede eksplosjoner. Bevisste eksplosjoner er vanligvis beskrevet med begrepet detonasjon; de tjener forskjellige tekniske ( steinbrudd , gruver , fyrverkeri , tunnelkonstruksjon , eksplosjonsmotorer ) eller militære formål. Den største etterlyste eksplosjonen hittil var tsarbomben , den største hydrogenbomben som noen gang ble detonert, som ble detonert av Sovjetunionen i 1961 og hadde en eksplosiv kraft på 50 til 60 megaton TNT . ^[14]

Uønskede eksplosjoner oppstår nesten alltid som følge av forstyrrede tekniske prosesser. Dette kan være feil drift av en gassforbindelse i boligbygg eller utilsiktet frigjøring av gasser med påfølgende antennelse i for eksempel kjemiske anlegg. Eksplosjoner av denne typen er delt inn i gasseksplosjoner eller støveksplosjoner i henhold til drivstofftypen. Lenkete eksplosjoner som den såkalte BLEVE er ofte mulige. Først eksploderer en brennbar væske fysisk og deretter følger en gasseksplosjon. Derfor må omfattende eksplosjonsbeskyttelse skje når det gjelder slike prosesser og stoffer. ^[15]

Eksempler på eksplosjonsulykker ereksplosjonen av Oppau nitrogenverk , Piper Alpha eller eksplosjonen i Toulouse . Den største utilsiktede eksplosjonen hittil er sannsynligvis Halifax -eksplosjonen , en eksplosjon forårsaket av en brann på ammunisjonsfartøyet Mont Blanc med en eksplosiv kraft på rundt tre kiloton. Dette tilsvarer omtrent 23% av eksplosivkraften til Hiroshima -bomben Little Boy . Rundt to tusen mennesker ble drept i eksplosjonen. ^[16]

Helsekonsekvenser

Avhengig av typen, alvorlighetsgraden og avstanden til eksplosjonen og andre omstendigheter kan det oppstå typiske helseskader som lungetår , ARDS , poptraumer , brannskader , alvorlige skader og sjokktilstander . ^[17] Det skilles mellom primær (direkte på grunn av eksplosjonsreaksjonen), sekundær (på grunn av kastede fragmenter) og tertiære skader (for eksempel på grunn av fall eller rusk). ^[18]

Straffebestemmelser

I Tyskland er det et offentlig lovbrudd i henhold til § 308 i den tyske straffeloven ( forbrytelser ved forsett, lovbrudd i tilfelle uaktsomhet) å forårsake eksplosiv eksplosjon .

Individuelle bevis

1. ↑ ^{a b c d e} Henry Portz: Brann- og eksplosjonsbeskyttelse fra AZ - Forklaring av vilkår og brannbeskyttelsesegenskaper . Springer-Verlag, 2015, ISBN 978-3-322-80197-5 , s.   1 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
2. ↑ H. Schubothe: Interne sykdommer forårsaket av fysiske miljøfaktorer. I: Ludwig Heilmeyer (red.): Lærebok i indremedisin. Springer-Verlag, Berlin / Göttingen / Heidelberg 1955; 2. utgave ibid. 1961, s. 1161–1194, her: s. 1191–1193 ( skade og sykdommer forårsaket av luftblåser ).
3. ^ Peter OK Krehl: History of Shock Waves, Explosions and Impact En kronologisk og biografisk referanse . Springer Science & Business Media, 2008, ISBN 978-3-540-30421-0 , s.   1272 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
4. ^ Gabriele Cruciani: Kort lærebok fysisk kjemi , Verlag John Wiley & Sons, 2006, ISBN 978-3-527-31807-0 , s. 512 [1]
5. ↑ W. Bartknecht: Eksplosjoner - Prosess- og beskyttelsestiltak . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-07157-1 , s.   1 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
6. ^ Kai-Uwe Schmitt, Peter F. Niederer, Duane S. Cronin, Markus H. Muser, Felix Walz: Trauma-Biomechanik: Introduction to the biomechanics of skader , Verlag Springer-Verlag, 2014, ISBN 978-3-642-54281 -7 , s. 242 [2]
7. ↑ Walter J. Moore: Grunnleggende om fysisk kjemi . Walter de Gruyter, 1990, ISBN 978-3-11-009941-6 , s.   343 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
8. ↑ Ammann: Armert betong og forspent betongkonstruksjoner under støtbelastninger . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-0348-5365-1 , s.   24 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
9. ↑ ^{a b} Karsten Schwanke, Nadja Podbregar, Dieter Lohmann: Naturkatastrofer, sykloner, skjelv, vulkanutbrudd - Utløst vold og konsekvensene av dem . Springer Science & Business Media, 2009, ISBN 978-3-540-88684-6 , s.   35 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
10. ↑ Merk: Enkle glødelamper, hovedsakelig laget av tynnvegget glass, er fylt med inert gass ved betydelig mindre enn atmosfæretrykk, dvs. generelt undertrykk. Halogenlamper , derimot, er under et multiplum av lufttrykket (overtrykk sammenlignet med rommet utenfor), er vanligvis mindre, tykkveggede, inneholder også halogengass (er) og kan eksplodere.
11. ↑ Merk: blyinnhold for å skjerme de resulterende røntgenstrålene .
12. ^ John S. Lewis: Fysikk og kjemi i solsystemet . Academic Press, 2004, ISBN 978-0-08-047012-2 , s.   360 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
13. ↑ Benjamin Bahr, Jörg Resag, Kristin Riebe: Fascinerende fysikk En illustrert framstøt fra universet til en verden av elementærpartikler. Springer-Verlag, 2014, ISBN 978-3-662-45348-3 , s.   32 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
14. ^ Constanze Eisenbart: Det enestående våpen Hva gjenstår av atomalderen? Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-531-18730-3 , s.   93 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
15. ↑ Ulrich Hauptmanns: Prosess- og anleggssikkerhet . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-37253-7 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
16. ^ Nelles Verlag GmbH, Eva Ambros, Eleanor Morris, Mary Kelly, Valentin P. Nadezhnikov, Carla Straessle-Compton, Jonathan D. Siskin, J.-Martina Schneider, David Ravvin, Deborah Williams: Nelles Guide Canada-Eastern Ontario, Québec, Atlantiske provinser . Nelles Verlag, 2015, ISBN 978-3-86574-715-0 , s.   188 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
17. ↑ Jens Scholz, Bernd W. Böttiger, Volker Dörges, Volker Wenzel, Peter Sefrin: Emergency Medicine . Georg Thieme Verlag, 2012, ISBN 978-3-13-158983-5 , s.   453 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  
18. ^ Christian Neitzel, Karsten Ladehof: Taktisk medisin, akuttmedisin og akuttmedisin . Springer-Verlag, 2015, ISBN 978-3-642-39689-2 , s.   272 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk).  

weblenker

• Slow motion -opptak av undervannseksplosjoner (Youtube, engelsk)