دیدگاه علمی: ویژگی های انفجار در بیروت

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

خبر غم انگیز یک انفجار بزرگ در بیروت، که خطوط اولیه منابع خبری را به خود اختصاص داد، سؤالات طبیعی را ایجاد می کند: چگونه ممکن است این اتفاق افتاده باشد، چه چیزی در آنجا منفجر شده است، به دلیل چه عواملی چنین حوادثی ممکن است؟ برای پی بردن به آن، اجازه دهید نگاهی دقیق تر به خواص نیترات آمونیوم و خطرات مرتبط با آن بیندازیم.

اتفاقی که در بیروت افتاد

به طور خلاصه، وضعیت به این صورت است: شش سال پیش، کشتی Rhosus برای یک تعمیر بدون برنامه وارد بندر دریایی بیروت شد. این متعلق به شرکت ایگور گرچوشکین، اهل خاباروفسک بود. مقامات بندری کشتی را به دلیل نقص در سیستم های امنیتی و اسناد محموله آزاد نکردند. به تدریج، تیم Rhosus را ترک کرد و محموله آن که شامل 2750 تن نیترات آمونیوم بود، به انباری در بندر منتقل شد و تا شش سال آینده در آنجا ذخیره شد. شرایط ذخیره سازی به اندازه کافی قابل اعتماد نبود، بنابراین، به منظور محدود کردن دسترسی به این محموله، کارهای جوشکاری در انبار انجام شد که به دلیل سازماندهی نامناسب ایمنی آن، مواد آتش نشانی ذخیره شده در همان انبار متعاقباً مشتعل شد.

آتش سوزی با احتراق و آتش بازی شروع شد. پس از مدتی، نیترات آمونیوم ذخیره شده منفجر شد. موج ضربه ای ناشی از این انفجار تأثیر مخرب زیادی بر مناطق اطراف بیروت وارد کرد: امروز بیش از 130 نفر کشته شده اند و تعداد آنها همچنان در حال افزایش است زیرا اجساد بیشتر و بیشتری در هنگام از بین بردن آوار ساختمان ها و سازه ها کشف می شود. بیش از پنج هزار نفر مجروح شدند.

عکس هایی از فضا که توسط ماهواره Kanopus-V گرفته شده است. عکس بالا مربوط به 4 نوامبر 2019 است و عکس زیر روز بعد از انفجار است. / © Roskosmos.ru

تعداد زیادی از خانه ها به درجات مختلف آسیب دیدند، ویرانی نیمی از ساختمان های بیروت را تحت تاثیر قرار داد، حدود 300 هزار نفر از ساکنان بی خانمان شدند. به گفته مروان عبود، فرماندار پایتخت لبنان، خسارات ناشی از این انفجار بین سه تا پنج میلیارد دلار برآورد شده است. تصاویری از فضای بندر بیروت که قبل و بعد از فاجعه گرفته شده است، منطقه ای در حال تخریب مداوم در اطراف کل منطقه بندر را نشان می دهد. در لبنان سه روز عزای عمومی اعلام شده است.

نیترات آمونیوم چیست؟

نیترات آمونیوم یا نیترات آمونیوم یک نمک آمونیوم اسید نیتریک است که فرمول شیمیایی NH4NO3 دارد و از سه عنصر شیمیایی نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است. محتوای نیتروژن بالا (حدود یک سوم وزن) به شکلی که به راحتی توسط گیاهان قابل جذب است، استفاده گسترده از نیترات آمونیوم را به عنوان یک کود نیتروژن موثر در کشاورزی ممکن می سازد.

به این ترتیب، نیترات آمونیوم هم به صورت خالص و هم به عنوان بخشی از سایر کودهای پیچیده استفاده می شود. عمده نمک تولید شده در جهان دقیقاً در این ظرفیت استفاده می شود. از نظر فیزیکی، نیترات آمونیوم یک ماده کریستالی سفید رنگ، به شکل صنعتی به شکل گرانول در اندازه های مختلف است.

این رطوبت سنجی است، یعنی رطوبت را به خوبی از جو جذب می کند. در طول ذخیره سازی تمایل به کیک شدن، تشکیل توده های متراکم بزرگ دارد. بنابراین، نه به صورت توده توده جامد، بلکه در کیسه های متراکم و بادوامی که اجازه تشکیل توده های کیک بزرگی را که به سختی شل می شوند، ذخیره و حمل می شود.

عملیات انفجار در معادن روباز با استفاده از نیترات آمونیوم به عنوان بخشی از مواد منفجره صنعتی / ©Flickr.com

نیترات آمونیوم یک عامل اکسید کننده قوی است.سه اتم اکسیژن که مولکول آن را تشکیل می دهند 60 درصد جرم را تشکیل می دهند. به عبارت دیگر نیترات آمونیوم بیش از نیمی از اکسیژن است که با حرارت دادن به راحتی از مولکول خود آزاد می شود. تجزیه حرارتی نیترات به دو صورت اصلی انجام می شود: در دمای زیر 200 درجه به اکسید نیتروژن و آب تجزیه می شود و در دمای حدود 350 درجه به بالا همزمان با آب نیتروژن آزاد و اکسیژن آزاد تشکیل می شود. این نیترات آمونیوم را به دسته اکسیدان های قوی تقسیم می کند و استفاده از آن را در تولید مواد منفجره مختلف که به یک عامل اکسید کننده نیاز دارند از پیش تعیین شده است.

نیترات آمونیوم - جزء مواد منفجره صنعتی

نیترات آمونیوم در بسیاری از انواع مواد منفجره صنعتی وجود دارد و به طور گسترده ای در این مورد استفاده می شود، به طور عمده در صنعت معدن. انسان هنوز چیزی مؤثرتر از انفجار برای از بین بردن سنگ ها اختراع نکرده است. بنابراین، تقریباً هر کاری با آنها بر اساس یک انفجار است: از استخراج معادن در معادن گرفته تا برش های باز و استخراج معادن.

صنعت معدن مقدار زیادی مواد منفجره مصرف می کند و هر شرکت معدنی یا معدن زغال سنگ همیشه کارخانه مخصوص به خود را برای تولید مواد منفجره دارد که به مقدار زیاد مصرف می شود. ارزان بودن نسبی نیترات آمونیوم امکان استفاده از آن را برای تولید انبوه انواع مواد منفجره صنعتی فراهم می کند.

و در اینجا می توان به وسعت شگفت انگیز تشکیل سیستم های انفجاری توسط نیترات آمونیوم اشاره کرد. با مخلوط کردن نیترات با هر ماده قابل احتراق، می توانید یک سیستم انفجاری بدست آورید. مخلوط نیترات با پودر آلومینیوم معمولی آمونال ها را تشکیل می دهد که به آنها نیترات AMMONIUM - ALUMINIUM می گویند. 80 درصد از جرم آمونیوم نیترات آمونیوم است. آمونال ها بسیار موثر هستند، آنها در انفجار سنگ ها خوب هستند، گونه های خاصی را آمونال سنگ می نامند.

انفجار مهیب در حین عملیات معدنکاری / © Flickr.com

اگر نیترات را با سوخت دیزل آغشته کنید، کلاس دیگری از مواد منفجره صنعتی - ایگدانیت ها را دریافت می کنید که به نام موسسه معدن، موسسه معدن آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی نامگذاری شده است. نمک نمک در صورت آغشته شدن به هر مایع قابل اشتعال، از روغن نباتی گرفته تا روغن کوره، قادر به تشکیل مخلوط های انفجاری است. سایر کلاس‌های مواد منفجره مبتنی بر نیترات از افزودنی‌های مواد منفجره مختلف استفاده می‌کنند: برای مثال، آمونیت‌ها (اینها فقط سفالوپودهای فسیلی نیستند) حاوی TNT یا RDX هستند. نیترات آمونیوم در شکل خالص خود نیز انفجاری است و می تواند منفجر شود. اما انفجار آن با انفجار مواد منفجره صنعتی یا نظامی متفاوت است. دقیقا چه چیزی؟ اجازه دهید به طور خلاصه یادآوری کنیم که انفجار چیست و چه تفاوتی با احتراق معمولی دارد.

انفجار چیست

برای اینکه واکنش های احتراق در مواد قابل احتراق آغاز شود، اتم های سوخت و اکسید کننده باید آزاد شده و به هم نزدیک شوند تا زمانی که پیوندهای شیمیایی بین آنها ایجاد شود. رها کردن آنها از مولکول هایی که در آنها وجود دارند به معنای از بین بردن این مولکول ها است: این کار باعث گرم شدن مولکول ها تا دمای تجزیه آنها می شود. و همین گرمایش اتم های سوخت و اکسید کننده را به هم می آورد تا پیوند شیمیایی بین آنها ایجاد شود - به یک واکنش شیمیایی.

در احتراق معمولی - به نام deflagration - واکنش دهنده ها با انتقال حرارت معمولی از جلوی شعله گرم می شوند. شعله لایه های ماده قابل احتراق را گرم می کند و تحت تأثیر این حرارت، مواد قبل از شروع واکنش های احتراق شیمیایی تجزیه می شوند. مکانیسم انفجار متفاوت است. در آن، ماده قبل از شروع واکنش های شیمیایی به دلیل فشرده سازی مکانیکی با درجه بالایی گرم می شود - همانطور که می دانید، تحت فشرده سازی قوی، یک ماده گرم می شود.

چنین فشرده‌سازی یک موج ضربه‌ای ایجاد می‌کند که از قطعه انفجاری ماده منفجره عبور می‌کند (یا به سادگی حجم، اگر یک مخلوط مایع، گاز یا سیستم چند فازی منفجر شود: به عنوان مثال، یک تعلیق زغال سنگ در هوا).موج ضربه ای ماده را فشرده و گرم می کند و با آزاد شدن مقدار زیادی گرما در آن واکنش های شیمیایی ایجاد می کند و خود از این انرژی واکنش آزاد شده مستقیم به آن تغذیه می شود.

و در اینجا سرعت انفجار بسیار مهم است - یعنی سرعت موج ضربه ای که از ماده عبور می کند. هر چه بزرگتر باشد، ماده منفجره قوی تر، عمل انفجاری است. برای مواد منفجره صنعتی و نظامی، سرعت انفجار چندین کیلومتر در ثانیه است - از حدود 5 کیلومتر در ثانیه برای آمونیال ها و آمونیت ها و 6-7 کیلومتر در ثانیه برای TNT تا 8 کیلومتر در ثانیه برای RDX و 9 کیلومتر در ثانیه برای HMX. هر چه انفجار سریعتر، چگالی انرژی در موج ضربه ای بیشتر باشد، اثر مخرب آن در هنگام خروج از مرزهای قطعه انفجاری قوی تر خواهد بود.

اگر موج ضربه ای از سرعت صوت در ماده تجاوز کند، آن را تکه تکه می کند - این عمل انفجار نامیده می شود. این است که بدنه یک نارنجک، یک پرتابه و یک بمب را به قطعات می شکند، سنگ های اطراف یک گمانه یا گمانه پر از مواد منفجره را خرد می کند.

با فاصله گرفتن از یک ماده منفجره، قدرت و سرعت موج ضربه ای کاهش می یابد و از یک فاصله کوتاه دیگر نمی تواند ماده اطراف را خرد کند، بلکه می تواند با فشار خود بر روی آن اثر بگذارد، فشار دهد، مچاله کند، پراکنده کند، پرتاب کند. پرتاب كردن. به این گونه اعمال فشار، خرد کردن و پرتاب، انفجار قوی گفته می شود.

ویژگی های انفجار نیترات

همانطور که در بالا اشاره کردیم، نیترات آمونیوم صنعتی بدون هیچ گونه افزودنی که مواد منفجره را تشکیل می دهد نیز می تواند منفجر شود. سرعت انفجار آن، بر خلاف مواد منفجره صنعتی، نسبتا کم است: حدود 1.5-2.5 کیلومتر در ثانیه. گسترش سرعت انفجار به عوامل زیادی بستگی دارد: نمک نمک در قالب کدام گرانول است، میزان فشرده شدن آنها، میزان رطوبت فعلی نمکدان چقدر است و بسیاری موارد دیگر.

بنابراین، نمکدان عمل انفجار را تشکیل نمی دهد - مواد اطراف را خرد نمی کند. اما اثر انفجاری بالا ناشی از انفجار نیترات کاملاً محسوس است. و قدرت یک انفجار خاص به کمیت آن بستگی دارد. با توده های انفجاری بزرگ، اثر انفجاری شدید انفجار می تواند به مخرب بودن در هر سطحی برسد.

پیامدهای انفجار بیروت/ © "Lenta.ru"

در مورد انفجار، به یک نکته مهم دیگر اشاره می کنیم - نحوه شروع آن. در واقع، برای اینکه یک موج ضربه ای فشرده سازی از مواد منفجره عبور کند، باید به نحوی پرتاب شود، با چیزی ایجاد شود. به سادگی مشتعل کردن یک قطعه مواد منفجره، فشرده سازی مکانیکی لازم برای شروع انفجار را فراهم نمی کند.

بنابراین، روی تکه های کوچک TNT که با یک کبریت آتش زده می شود، می توان چای را در یک لیوان جوشاند - آنها با صدای خش خش مشخص می سوزند، گاهی دود می کنند، اما بی سر و صدا و بدون انفجار می سوزند. (توضیحات توصیه ای برای تهیه چای نیست! اگر قطعات بزرگ یا آلوده باشند همچنان خطرناک است.) برای فعال کردن انفجار، به یک چاشنی نیاز دارید - یک وسیله کوچک با شارژ ویژه منفجره که در بدنه اصلی مواد منفجره قرار داده شده است. انفجار یک چاشنی که محکم در شارژ اصلی قرار گرفته است، یک موج شوک و انفجار در آن ایجاد می کند.

چه چیزی می توانست باعث انفجار شود

آیا انفجار می تواند خود به خود رخ دهد؟ شاید: احتراق معمولی با افزایش شدت این احتراق، با افزایش سرعت، قابلیت تبدیل به انفجار را دارد. اگر مخلوطی از اکسیژن را با هیدروژن - یک گاز انفجاری - مشتعل کنید، بی سر و صدا شروع به سوختن می کند، اما با شتاب گرفتن جلوی شعله، احتراق به انفجار تبدیل می شود.

احتراق سیستم‌های گازی چند فازی، مانند انواع سیستم‌های تعلیق و آئروسل‌ها، که در مهمات برای انفجار حجمی استفاده می‌شوند، به سرعت به انفجار تبدیل می‌شوند. اگر فشار موتور شروع به افزایش سریع کند، احتراق پیشران نیز می‌تواند به انفجار تبدیل شود. افزایش فشار، شتاب احتراق - اینها پیش نیازهای انتقال از احتراق معمولی به انفجار هستند.

همچنین، کاتالیزورهای احتراق می توانند مواد افزودنی، آلاینده ها، ناخالصی های مختلف باشند - به طور دقیق تر، آنها یا اجزای آنها، که به انتقال محلی به انفجار کمک می کند.اگر ماده منفجره در مجاورت قسمت اکسید شده بدنه باشد، مهمات اکسید شده و زنگ زده احتمال بیشتری دارد که منفجر شوند. نکات و نکات ظریف زیادی در شروع انفجار وجود دارد که از آنها صرفنظر می کنیم، بنابراین اجازه دهید به این سوال برگردیم: نمک نمک چگونه ممکن است در انبار منفجر شود؟

و در اینجا واضح است که مواد آتش نشانی می توانند نقش یک چاشنی را به خوبی ایفا کنند. نه، فقط یک راکت پودر خش خش به سختی باعث انفجار نمک نمک با نیروی دود آن با جرقه شد. اما این ویدئو طغیان‌های گسترده‌ای را به تصویر می‌کشد که در دود آتش قبل از انفجار نمکدان می‌درخشند. اینها انفجارهای کوچک پراکنده ای از اجزای آتش بازی آتش بازی هستند. آنها به عنوان یک شروع انفجاری آشکار عمل کردند. نه، آنها چاشنی های صنعتی نبودند.

اما در شرایط آتش سوزی، گرم شدن سطوح بزرگ نمک نمک با شعله و انبوه هزاران عملیات آتش‌نشانی، احتمالاً این موشک‌های پیروتکنیک با انفجارهای بیشتر در نمکزار داغ وارد سطح گرم‌شده نمک‌ها شده‌اند. در نقطه ای، انفجار آن تحت چنین ضربه ای رخ داد - و به کل آرایه نمک ذخیره شده گسترش یافت.

تجزیه و تحلیل دقیق رویدادهای بعدی بدون اطلاعات دقیق و مطالعه محل انفجار دشوار است. مشخص نیست که تمام 2750 تن چگونه به طور کامل منفجر شده است. انفجار یک شروع مطلق نیست که همیشه آنطور که روی کاغذ نوشته شده اتفاق بیفتد. این اتفاق می افتد که بریکت های TNT که روی هم چیده شده اند همه منفجر نمی شوند: برخی از آنها به سادگی به طرفین پراکنده می شوند، اگر اقدامات قابل اعتمادی برای انتقال انفجار بین آنها انجام نشود.

پس از انفجارهای عظیم سنگ ها، هنگامی که صدها و هزاران چاه پر از مواد منفجره منفجر می شوند (می توان آنها را برای یک ماه کامل به مواد منفجره مجهز کرد)، پس از نشستن ابری از غبار، فقط متخصصان ابتدا همیشه وارد منطقه انفجار می شوند و آنچه را که منفجر شده است را بررسی می کنند. و آنچه منفجر نشد. آنها همچنین مواد منفجره منفجر نشده را جمع آوری می کنند. در مورد نمک نمک در انباری در بندر بیروت نیز چنین است: تعیین کامل انفجار کل جرم نیترات دشوار است، اما واضح است که بسیار بزرگ بوده است.

ویژگی های انفجار بیروت

تصویر انفجار به خوبی با انفجار نیترات مطابقت دارد. ستون بزرگی از دود قهوه ای مایل به قرمز پس از انفجار، رنگ معمولی ابر با اکسیدهای نیتروژن قرمز است که در طی تجزیه نیترات در انفجار به مقدار زیادی آزاد می شود. با توجه به سرعت انفجار کم نیترات، هیچ عمل خرد کردن عظیمی رخ نداد.

بنابراین، یک دهانه بزرگ در محل انفجار تشکیل نشد: مواد اسکله ها و پوشش بتنی زمین انبارها دقیق نبود، بنابراین آنها دور ریخته نشدند. به همین دلیل، هیچ بمباران شهر با قطعاتی که از منطقه انفجار به پرواز درآمده بودند، صورت نگرفت و سلطان بلندپایه قطعات پرنده و ترکش های تشکیل شده در اثر انفجار از محل انفجار بالاتر نرفت.

ستونی از دود که با انتشار اکسیدهای نیتروژن در طی تجزیه نیترات آمونیوم رنگ می شود / © dnpr.com.ua.

در همان زمان، انتشار فراوان محصولات احتراق گازی - بخار آب، اکسیدهای نیتروژن - به تصویر انفجار ویژگی های یک انفجار حجمی داد. علاوه بر یک موج ضربه ای که به سرعت در حال عبور است، به اندازه کافی قدرتمند است و به عنوان یک دیوار مه آلود سریع قابل مشاهده است، تصویربرداری یک دیوار نزدیک از گازهای انفجاری در حال انبساط را نشان می دهد که با گرد و غبار مخلوط شده و با نزدیک شدن سریع از سطح زمین بالا می آید. این برای انفجارهای با حجم زیاد با سرعت انفجار کم معمول است.

ماهیت آسیب به ساختمان ها با احتمال زیاد نشان می دهد که آنها نه تنها تحت تأثیر خود موج ضربه - قدرتمند، اما کوتاه مدت - بلکه قرار گرفتن طولانی تر در معرض جریان گاز-هوای در حال گسترش پراکنده از منطقه انفجار قرار گرفته اند.

انفجار نیترات به بیروت

انفجار کودهای مبتنی بر نمک اسید نیتریک قبلاً رخ داده است، آنها به خوبی شناخته شده اند، از این قبیل موارد در تاریخ زیاد است. بنابراین، در 1 سپتامبر 2001، در تولوز، در کارخانه کود شرکت Grande Paroisse، آشیانه ای منفجر شد که در آن 300 تن نیترات آمونیوم منفجر شد.حدود 30 نفر کشته و هزاران نفر زخمی شدند. بسیاری از ساختمان ها در تولوز آسیب دیدند.

پیش از این در 16 آوریل 1947، انفجار 2100 تن نیترات آمونیوم در کشتی "گرانکن" در بندر تگزاس سیتی آمریکا رخ داد. قبل از آن آتش سوزی در کشتی رخ داد - وضعیت مشابه و توالی وقایع. این انفجار باعث آتش سوزی و انفجار در کشتی ها و تأسیسات ذخیره نفت در نزدیکی آن شد. حدود 600 نفر کشته شدند، صدها نفر مفقود شدند، بیش از پنج هزار نفر مجروح شدند.

در 21 سپتامبر 1921، 12 هزار تن مخلوط سولفات آمونیوم و نیترات آمونیوم در کارخانه شیمیایی BASF در نزدیکی شهر Oppau در بایرن منفجر شد. انفجار چنین قدرتی دهانه بزرگی را تشکیل داد، دو روستای نزدیک از روی زمین محو شدند و شهر اوپائو ویران شد.

انفجارهای فاجعه بار نیترات آمونیوم با تخریب زیاد و قربانیان متعدد در سال 2004 در شهر ریونگچئون کره شمالی رخ داد. در سال 2013 در شهر وست در تگزاس آمریکا؛ در سال 2015 در شهر بندری تیانجین چین. و لیست ادامه دارد.

متأسفانه، نیترات آمونیوم، با تمام مزایای عظیمی که برای انسان به ارمغان می آورد، همچنان یک جسم خطرناک است که نیاز به رعایت تعدادی از الزامات ایمنی در جابجایی دارد. و بی احتیاطی یا سهل انگاری می تواند فجایع جدیدی را به همراه داشته باشد که پیشگیری از آن هم مستلزم تشدید قوانین رسیدگی به نیترات و هم افزایش مسئولیت در رعایت و اجرای آن است.