واكنش شيميايي انفجار

مقاله درباره انفجار

مقاله مباني تئوري انفجار

اين پايان نامه با فونت نازنين سايز 14 تنظيم شده است، شما ميتوانيد بدلخواه تغيير دهيد.

مقدمه

در طول حداقل 200 سال گذشته، كاربرد واژه انفجار متداول بوده است. در زمانهاي قبل از آن اين واژه به تجزيه[1] ناگهاني مواد و مخلوطهاي انفجاري با صداي قابل توجهي نظير «رعد» اطلاق شده است. اين مطلب از ديرباز شناخته شده است كه انفجار تجزيه سريع مقدار معيني ماده است كه به محض رخداد يك ضربه يا گرمايش اصطكاكي اتفاق مي‌افتد. بنابراين تجزيه اين مواد در شرايط مناسب مي‌تواند بصورت ساكت و آرام رخ دهد.

كلمه انفجار[2] از نظر فني به معني انبساط ماده به حجمي بزرگتر از حجم اوليه است. آزاد شدن ناگهان انرژي كه لازمه اين انبساط است. غالباً از طريق احتراق سريع، دتونيشن[3] (كه در فارسي همان انفجار معني مي‌شود)، تخليه الكتريكي با فرايندهاي كاملاً مكانيكي صورت مي‌گيرد. خاصيت متمايز كننده انفجار، همانا انبساط سريع ماده است. به نحويكه انتقال انرژي به محيط تقريباً بطور كامل توسط حركت ماده (جرم) انجام مي‌شود. در جدول زير مقايسه‌اي بين چند فرآيند آزادسازي انرژي انجام شده است:

جدول (بالا) مقايسه‌اي بين سه فرايند آزاد سازي انرژي

براي شعله تقريباً هيچ انتقال جرمي به اطراف رخ نمي دهد در حاليكه نيروي پيشرانش يك اسلحه قادر به راندن گلوله است و يك ماده منفجره قوي[4] هر چيز در تماس با خود را تغيير شكل داده و يا ويران مي‌كند. قدرت منهدم كننده اين مواد را «ضربه انفجار»[5] ناميده مي‌شود كه مستقيماً با حداكثر فشار توليد شده مرتبط است. توجه كنيد كه در جدول (بالا)، هيچگونه توصيفي از محل رخداد (تونيشن ماده منفجره قوي ارائه نشده است. اين بدان معناست كه فرايند دتونيشن از محدوديتهاي فيزيكي مستقل است.

با توجه به مطالب بالا واضح است كه دتونيشن تنها يكي از انواع حالات پديده انفجار است بعبارت ديگر واژه دتونيشن تنها بايد به فرآيندي اطلاق شود كه در طي آن يك «موج شوك»[6] انتشار يابد.

متاسفانه بعلت قفرلفات مناسب فني در زبان فارسي، دتونيشن به معني عام انفجار ترجمه مي‌شود و بنابراين در ادامه اين مبحث براي پرهيز از اشتباه و رسا بودن مطلب همان واژه دتونيشن را به كار برده خواهد شد.

سرآغاز تحقيقات اخير بر روي دتونيشن به سالهاي 45-1940 م. كه «زلدويچ» و «ون نيومان» هر يك به طور جداگانه مدل يك بعدي ساختار امواج دتونيشن را فرمولبندي كردند باز مي‌گردد، گرچه يك مدل واقعي سه بعدي تا اواخر سال 1950 م به تاخير افتاد.

پديده دتونيشن

دتونيشن يك واكنش شيميائي «خود منتشر شونده»[7] است كه در طي آن مواد منفجره اعم از مواد جامد، مايع، مخلوطهاي گازي، در مدت زمان بسيار كوتاه در حد ميكروثانيه. به محصولات گازي شكل داغ و پرفشار با دانسيته بالا و توانا براي انجام كار تبديل مي‌شود. فرض بگيريد قطعه‌اي از مواد منفجره، منفجر گردد. به نظر مي‌رسد كه همه آن در يك لحظه و بدون هيچ تاخير زماني نابود مي‌گردد. البته در واقع دتونيشن از يك نقطه آغازين شروع شده و از ميان ماده بطرف انتهاي آن حركت مي‌كند. اين عمل بخاطر آن آني بنظر مي‌رسد كه سرعت رخداد آن بسيار بالاست.

از نظر تئوري دتونيشن ايده‌ال واكنشي است كه در مدت زمان صفر (با سرعت بي‌نهايت) انجام شود. در اينحالت انرژي ناشي از انفجار فوراً آزاد مي‌شود اصولاً زمان واكنش بسيار كوتاه يكي از ويژگيهاي مواد منفجره است. هر چه اين زمان كمتر باشد، انفجار قويتر خواهد بود. از نظر فيزيكي امكان ندارد كه زمان انفجار صفر باشد. زيرا كليه واكنشهاي شيميائي براي كامل شدن به زمان نياز دارند.

پديده دتونيشن با تقريبي عالي مستقل از شرايط خارجي است و با سرعتي كه در شرايط پايدار[8] براي هر تركيب، فشار و دماي ماده انفجاري اوليه ثابت است منتشر مي‌شود. ثابت بودن سرعت انفجار، يكي از خصوصيات فيزيكي مهم براي هر ماده منفجره مي‌باشد در اثر دتونيشن، فشار، دما و چگالي افزايش مي‌يابند. اين تغييرات در اثر تراكم محصولات انفجار حاصل مي‌گردند.

پديده‌اي كه مستقل از زمان در يك چارچوب مرجع حركت مي‌كند. «موج» ناميده مي‌شود و ناحيه واكنش دتونيشن، «موج دتونيشن»[9] يا موج انفجار ناميده مي‌شود. در حالت پايدار اين موج انفجار بصورت يك ناپيوستگي شديد فشاري كه با سرعت بسيار زياد و ثابت V_D از ميان مواد عبور مي‌كند توصيف مي‌شود واكنش شيميائي در همسايگي نزديك جبهه دتونيشن[10] است كه باعث تشكيل موج انفجار مي‌شود. اين موج با سرعتي بين 1 و تا 9، بسته به طبيعت فيزيكي وشيميائي ماده منفجره حركت مي‌كند. اين سرعت را مي‌توان با استفاده از قوانين ترموهيدروديناميك تعيين نمود. عواملي كه در سرعت انفجار نقش دارند عبارتند از: انرژي آزاد شده در فرآيند، نرخ آزاد شدن انرژي، چگالي ماده منفجره و ابعاد خرج انفجاري.

يك مدل ساده براي اين پديده مطابق شكل زير از يك «جبهه شوك»[11] و بلافاصله بدنبال آن يك ناحيه انجام واكنش كه در آن فشارهاي بسيار بالا توليد مي‌شود، تشكيل شده است. ضخامت ناحيه واكنش در انفجار ايده‌آل صفر است و هر چه انفجار بحالت ايده‌ال نزديكتر باشد. ضخامت اين ناحيه كمتر است. نقطه پايان اين ناحيه، محل شروع ناحيه فشار دتونيشن[12] است.