مبانی تئوری انفجار
مبانی تئوری انفجار:
1- مقدمه:
در طول حداقل 200 سال گذشته، كاربرد واژه انفجار متداول بوده است. در زمانهای قبل از آن این واژه به تجزیه[1] ناگهانی مواد و مخلوطهای انفجاری با صدای قابل توجهی نظیر «رعد» اطلاق شده است. این مطلب از دیرباز شناخته شده است كه انفجار تجزیه سریع مقدار معینی ماده است كه به محض رخداد یك ضربه یا گرمایش اصطكاكی اتفاق می‌افتد. بنابراین تجزیه این مواد در شرایط مناسب می‌تواند بصورت ساكت و آرام رخ دهد.
كلمه انفجار[2] از نظر فنی به معنی انبساط ماده به حجمی بزرگتر از حجم اولیه است. آزاد شدن ناگهان انرژی كه لازمه این انبساط است. غالباً از طریق احتراق سریع، دتونیشن[3] (كه در فارسی همان انفجار معنی می‌شود)، تخلیه الكتریكی با فرایندهای كاملاً مكانیكی صورت می‌گیرد. خاصیت متمایز كننده انفجار، همانا انبساط سریع ماده است. به نحویكه انتقال انرژی به محیط تقریباً بطور كامل توسط حركت ماده (جرم) انجام می‌شود. در جدول زیر مقایسه‌ای بین چند فرآیند آزادسازی انرژی انجام شده است:
|
چگالی انرژی
(Watt/cc)
|
سرعت سوخت، شدن مواد
(g/sec)
|
فشار
(atm)
|
ماده
|
|
10
|
1
|
1
|
شعله استیلن
|
|
106
|
103
|
2000
|
باروت تفنگ
|
|
1010
|
106
|
400000
|
دتونیشن یك ماده منفجره قوی
|
جدول (بالا) مقایسه‌ای بین سه فرایند آزاد سازی انرژی
برای شعله تقریباً هیچ انتقال جرمی به اطراف رخ نمی دهد در حالیكه نیروی پیشرانش یك اسلحه قادر به راندن گلوله است و یك ماده منفجره قوی[4] هر چیز در تماس با خود را تغییر شكل داده و یا ویران می‌كند. قدرت منهدم كننده این مواد را «ضربه انفجار»[5] نامیده می‌شود كه مستقیماً با حداكثر فشار تولید شده مرتبط است. توجه كنید كه در جدول (بالا)، هیچگونه توصیفی از محل رخداد (تونیشن ماده منفجره قوی ارائه نشده است. این بدان معناست كه فرایند دتونیشن از محدودیتهای فیزیكی مستقل است.
با توجه به مطالب بالا واضح است كه دتونیشن تنها یكی از انواع حالات پدیده انفجار است بعبارت دیگر واژه دتونیشن تنها باید به فرآیندی اطلاق شود كه در طی آن یك «موج شوك»[6] انتشار یابد.
متاسفانه بعلت قفرلفات مناسب فنی در زبان فارسی، دتونیشن به معنی عام انفجار ترجمه می‌شود و بنابراین در ادامه این مبحث برای پرهیز از اشتباه و رسا بودن مطلب همان واژه دتونیشن را به كار برده خواهد شد.
سرآغاز تحقیقات اخیر بر روی دتونیشن به سالهای 45-1940 م. كه «زلدویچ» و «ون نیومان» هر یك به طور جداگانه مدل یك بعدی ساختار امواج دتونیشن را فرمولبندی كردند باز می‌گردد، گرچه یك مدل واقعی سه بعدی تا اواخر سال 1950 م به تاخیر افتاد.
2- پدیده دتونیشن:
دتونیشن یك واكنش شیمیائی «خود منتشر شونده»[7] است كه در طی آن مواد منفجره اعم از مواد جامد، مایع، مخلوطهای گازی، در مدت زمان بسیار كوتاه در حد میكروثانیه. به محصولات گازی شكل داغ و پرفشار با دانسیته بالا و توانا برای انجام كار تبدیل می‌شود. فرض بگیرید قطعه‌ای از مواد منفجره، منفجر گردد. به نظر می‌رسد كه همه آن در یك لحظه و بدون هیچ تاخیر زمانی نابود می‌گردد. البته در واقع دتونیشن از یك نقطه آغازین شروع شده و از میان ماده بطرف انتهای آن حركت می‌كند. این عمل بخاطر آن آنی بنظر می‌رسد كه سرعت رخداد آن بسیار بالاست.
از نظر تئوری دتونیشن ایده‌ال واكنشی است كه در مدت زمان صفر (با سرعت بی‌نهایت) انجام شود. در اینحالت انرژی ناشی از انفجار فوراً آزاد می‌شود اصولاً زمان واكنش بسیار كوتاه یكی از ویژگیهای مواد منفجره است. هر چه این زمان كمتر باشد، انفجار قویتر خواهد بود. از نظر فیزیكی امكان ندارد كه زمان انفجار صفر باشد. زیرا كلیه واكنشهای شیمیائی برای كامل شدن به زمان نیاز دارند.
پدیده دتونیشن با تقریبی عالی مستقل از شرایط خارجی است و با سرعتی كه در شرایط پایدار[8] برای هر تركیب، فشار و دمای ماده انفجاری اولیه ثابت است منتشر می‌شود. ثابت بودن سرعت انفجار، یكی از خصوصیات فیزیكی مهم برای هر ماده منفجره می‌باشد در اثر دتونیشن، فشار، دما و چگالی افزایش می‌یابند. این تغییرات در اثر تراكم محصولات انفجار حاصل می‌گردند.