الانفجار

كمال البدور · 2010-04-25, 09:11 PM

الانفجار

الانفجار explosion انطلاق مفاجئ سريع وعنيف للطاقة الميكانيكية أو الكيميائية أو النووية من بقعة محصورة. وبخاصة حين يولد هذا الانفجار موجة صدمية shock wave مصحوبة بدوي هائل وشظايا متطايرة، وحرارة ، وضوء، ونار. وإنما يتم ذلك من طريق التفكك أو الاحتراق العاجل لأحد السوائل أو الغازات أو الجوامد.

تصنيف الانفجارات

هناك أنماط متعددة من الانفجارات يميَّز منها:

الانفجارات الغازية: تنتج من انفجار وعاءٍ ما بفعل ارتفاع ضغط الغازات الداخلة فيه الناجم بدوره عن ارتفاع درجة الحرارة بسبب الاحتراق، ارتفاعاً مفرطاً في الكبر؛ ومثال ذلك انفجار أسطوانة الغاز المسيَّل المضغوط، أو انفجار مرجل.

الانفجارات الكهربائية: تنشأ نتيجة لارتفاع درجة حرارة المادة، التي يجتازها تيار كهربائي شديد، ارتفاعاً عظيماً وسريعاً جداً؛ ومثال ذلك تفجر قوس كهربائية بين نقطتين، أو تبعثر سلك معدني يجتازه تيار عالي الشدة نتيجة لتحول معدن السلك إلى بخار معدني مرتفع الضغط كما في انفجار الفاصمة الكهربائية.

الانفجارات النووية: تعود إلى انقسام النواة الذرية في ظاهرة الانشطار فتحرر طاقة وجسيمات تحرر بدورها طاقات وجسيمات أخرى في سلسلة من التفاعلات السريعة فتنتج طاقة هائلة في زمن قصير جداً يمكن أن تستخدم للتدمير كما في القنابل الذرية، أو تستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية كما في المفاعلات المولدة للكهرباء وذلك بالتحكم في سرعة التفاعلات المتتالية.

الانفجارات الكيمياوية: تنشأ أثناء التفاعلات الكيمياوية العنيفة والمباغتة.

وتصنف الانفجارات الكيمياوية في فئتين:

ـ فئة الانفجارات التي يسببها التفكك الكيمياوي لمادة تدعى «المادة المتفجرة» أو المتفجرات [ر].

ـ فئة الانفجارات الناجمة عن تفاعل بين عدة مواد: لا يمكن لأي من هذه المواد أن ينفجر إذا أُخِذَ على حدة، كانفجار مزيج من الهدروجين والأكسجين الذي يحدث في كثير من تجارب الكيمياء، عندما تكون النسب مواتية خلافاً لما يحدث في الاحتراق ومنها تفاعل الصوديوم وحمض الآزوت.

وإن كمية المادة الضرورية لإنتاج فعل ما تختلف باختلاف صنف الانفجار إذ يتطلب مثلاً الحصول على انفجار يماثل في فعله لفعل كيلو غرام واحد من اليورانيوم المنشطر U 235 عدة أطنان من ثالث نترات التولوين (التوليت أو «ت.ن.ت»).

يتطلب الوصول إلى حالة انفجارية تحضيراً مناسباً، وغالباً ما يحتاج إلى طاقة تنشيط أولية محدثة تفكك موضعي مثلاً، ثم تنتشر الطاقة لتفكك الجزيئات المجاورة وتلعب الموازنة بين الطاقة اللازمة للبدء والطاقة الناتجة بدور مهم في السير نحو الانفجار.

الانفجارات المتجانسة والانفجارات المتغايرة

تتميز الانفجارات من ناحية تطور سيرها في كونها متجانسة أو متغايرة.

الانفجارات المتجانسة: وتنشأ عن تأثير التفاعل الكيمياوي في آن واحد في مجموع الكتلة المسببة للانفجار. فتكون درجة حرارة الجسم الصرف أو المزيج المتجانس منتظمة في كل لحظة. كما تكون سرعة التفاعل وفق الحركية الكيمياوية هي نفسها في جميع نقاط الجملة؛ ثم لا تلبث هذه السرعة أن تأخذ بالازدياد حتى تبلغ أوج ارتفاعها فيحصل الانفجار.

غير أن الانفجارات المتجانسة لا تلاحظ إلا في أجهزة المختبر التي تكون أبعادها من رتبة الديسمتر الواحد، والتي يمكن فيها الحفاظ على انتظام درجة الحرارة. أما في الأجهزة الكبيرة الأبعاد كالأجهزة الصناعية، فلا يمكن أن تكون درجة الحرارة منتظمة إطلاقاً. وإذا ما جرى التفاعل متسارعاً فسيكون هناك منطقة ينطلق منها الانفجار ويمتد إلى باقي الكتلة، لذلك يميزُ هذا الانفجار بأنه «شبه متجانس».

وتطبق عبارة «دور تحريض الانفجار» على الزمن المنقضي بين اللحظة التي تُحْمَلُ فيها الجملة الكيمياوية إلى درجة الحرارة التي يبدأ فيها التفاعل واللحظة التي تبلغُ فيها الانفجار المتجانس. وقد يكون هذا الدور جزءاً من الثانية أو عدة أيام، كما قد يكون عدة أسابيع.

الانفجارات المتغايرة: وتنشأ عن إزكاء التفاعل في نقطة من الجملة الكيمياوية لينتشر شيئاً فشيئاً ويتم في منطقة ضعيفة الثخن تدعى «منطقة التفاعل» تفصل في كل لحظة المنطقة الأولى التي يكوِّنها المتفجر في حالته الفيزيائية الأولية عن المنطقة الثانية التي تكوّنها منتجات التفكك الغازية النهائية. أي أن الانفجار المتغاير ينتشر وفق موجة.

وتصنف الانفجارات المتغايرة في نمطين هما الاضطرام deflagration والانصعاق[ر] detonation.

ففي الاضطرام ينتشر التفاعل الكيمياوي بفعل قابلية النقل الحرارية، وفي هذه الحالة يتغير الحجم والضغط ودرجة الحرارة والسرعة المادية تغيراً مستمراً من المنطقة الأولى إلى المنطقة الثانية إلى داخل منطقة التفاعل.

وفي الانصعاق تحافظ على التفاعل الكيمياوي موجة الصدم الإيجابية المنطلقة في الوسط الذي لم يتفاعل بعد. وفي هذه الحالة يعاني الحجم والضغط ودرجة الحرارة والسرعة المادية للوسط انقطاعاً. لذلك يستعمل الانصعاق خصوصاً في القطع والتقويض والتخريب، في حين يستعمل الاضطرام في الدفع خصوصاً، كما يستعمل في القطع أيضاً، علماً بأن هناك شتى الدرجات من سرع الاضطرامات، والانصعاقات ومن شداتها.

فعل الانفجار

تحدث الغازات التي ينشرها الانفجار أو يحررها في زمن قصير مهما كانت طبيعة هذا الانفجار تأثيراً ميكانيكياً قوياً على الوسط الذي يحيط بها. ويحتمل أن يكون الانفجار عنيفاً جداً فيسبب في هذه الحالة أفعالاً تخريبية نتيجةً لموجة الصدم التي تنتشر في الوسط المحيط ونتيجة لتناثر الشظايا الصلبة التي تُقذف بعيداً، كما في الانفجار الغازي لمرجل، والانفجار الكيمياوي لقنبلة أو قذيفة متفجرة. ويمكن الاستفادة من أفعال الانفجارات المتعمدة في استخراج الفلزات وفي تصديع الصخور وإزالتها وقلع الأشجار وتعميق التربة الزراعية وتمهيد الأرض وإعداد حفر للغرس وتصريف المياه. كما تستعمل في الإنشاءات في أعمال التسوية والهدم ورفع الأنقاض وحفر الأنفاق الكبيرة المقطع وحفر الخنادق والدهاليز والآبار وإعداد الحفر لوضع الأعمدة، وفي الأعمال البحرية، وفي إنتاج الموجات الزلزالية لأعمال التنقيب (التنقيب الزلزالي) وفي تشكيل المعادن وتصفيحها وقطعها وتقسيتها وتزجيجها الأولي. كما تستعمل في رفع حطام السفن الغارقة وفي الأغراض العسكرية في دفع القذائف والصواريخ ومختلف أعمال التدمير.

ولا تقتصر الانفجارات على فعل الإنسان بل يمكن للطبيعة أن تنتجها أيضاً، وما الصاعقة إلا انفجار كهربائي يسببه البرق في الهواء. وقد تبلغ طاقة هذا الانفجار مليون كيلو جول. ويعد الانفجار الذي حدث عندما انهارت جدران بركان جزيرة كُركاتاو Krakatau أكبر انفجار في تاريخ الأرض إذ انْصَبَّت حممه الحارة في البحر، وحولت بسرعة مليار طن من الماء إلى بخار. وقد قُدِّرت طاقة هذا الانفجار الغازي ببلايين الكيلو جولات.

كما أن الظهور الفجائي لنجم جديد وقتي supernova في السماء هو نتيجة انفجار نووي في أحد النجوم يحرر سكستيليونات sextillions من الكيلوجولات (السكستيليون=2110)، ويعد انفجار القنبلتين الذريتين اللتين ألقيتا على هيروشيما وناغازاكي نموذجاً مصغراً لما يحدث في قلب النجوم، غير أنهما يعدان من أكبر الانفجارات التي صنعها الإنسان.

ومن أشد الانفجارات الطارئة التي حصلت في العالم الصناعي الحديث من حيث الشحنة المتفجرة والمدى الذي بلغته الأضرار، ما حدث عام 1923 في أوباو Oppau في ألمانية إذ تفجر 4080 طناً من نترات الأمونيوم فبلغ مدى الأضرار الخطيرة دائرة قطرها 6400م، ومات جراءه 1100 شخص وجرح 1500.

وكان أشد انفجار تسبب في أكبر عدد من الضحايا ما حدث عام 1917 في هاليفكس في كندا عندما انفجر 2360 طناً من الـ (ت. ن. ت) T.N.T وحمض المر (البيكريك) والنتروسليلوز، فبلغ مدى الانفجار دائرة قطرها 2800م وقتل جرّاءه 1800 شخص وجرح 8000.

منقول