Андреев Е.И. Основы естественной энергетики

Подождите немного. Документ загружается.

271

7. Теплота реакции, отнесенная к 1 кг топлива (на 1 кг

органического топлива требуется ~15 кг воздуха):

= 15Q

возд.

= 15 × 13,5 = 200 МДж/кг топлива (~в 5 раз

больше, чем Q бензина).

8. Мощность взрыва (при скорости детонации ~6 км/с

и радиусе облака ~10 см):

- время взрыва τ

вз

6000

1,0

= 0,0000166 с = 16,6 мкс;

- мощность взрыва N

вз

= Q

взр./τвз

= 0,032200∙10

/ 16,6 =

1940 МВт – = 1,94ГВт

(Мощность импульса лазерa (τ

= 2 мкс) N

600

∙10

= 300 МВт = 0,3 ГВт).

9. Температура в облаке взрыва (из условия 90% тепла

– на нагрев, остальное –на ионизацию)

вз

= Т

12300

1002 4,0

2,329,0

293

9,0







 сG

вз

К (средняя)

10. Давление.

Среднее давление Р

вз

= Q

вз

/ V

вз

= 32200 Дж/0,002 м

= 16100000 Дж/м

(Па) =16,1 МПа(161 атм.). Давление в

эпицентре Р



350...400 атм.

11 . Удельная мощность инициирующего воздействия

лазера.

Толщина луча в фокусе d



1 мм;

объем зоны инициации V

= d

= 1 мм

= 10

-9

Удельная мощность q

103,0

3.0

ГВт







(Удельная теплоемкость при взрыве, например, бензи-

на в воздухе составляет ориентировочно 50 ГВт/м

, что на 8

порядков уступает удельной мощности лазерного луча в его

фокусе).

272

10.5.2. Воздушный взрыв.

Как видно из приведенных выше примеров воздушные

взрывы могут произойти внезапно при наличии плазмы и

электронов в достаточном количестве. Если состояние раз-

дробленности воздуха не полное и азот не участвует в реак-

циях, то наличие одного электрона связи на каждые два

атома молекулы кислорода не вызывает ни горения, ни

взрыва: нужен еще донор одного электрона на молекулу ки-

слорода, чтобы осуществить горение, а при условии разгона

фронта горения –взрыв. При этом происходит частичный

распад атома кислорода и энергия взрыва вычисляется как

произведение массы кислорода в объеме плазмы на величи-

ну удельной энергии связи элементарных частиц в атоме и

на долю утраченной массы атомов кислорода:

вз

= Мо

∙q

∙ Аm = Мо

∙ 3,2885351∙10

Дж/кг ×

× 4,27∙10

-8

= 14∙10

Мо

Дж.

В случае участия в реакции азота оба атома его моле-

кулы обеспечены собственными электронами по одному на

каждый атом. Тогда приближенно можно считать, что на

каждую единицу массы кислорода добавляется примерно

4 единицы реагирующего вещества, то есть мощность взры-

ва увеличивается – в пять раз:

вз

= 5 ∙ 14 ∙ 10

Мо

= 70∙10

Мо

Дж.

Величину Мо

вычисляют для конкретных условий со-

держания кислорода в воздухе.

В связи с неизученностью данного направления –

атомные взрывы кислорода и азота атмосферного воздуха –

всякие расчеты будут приближенными. Поэтому мощность

взрыва следует уточнять или определять экспериментально.

10.5.3. Взрыв объемно – детонирующей смеси.

Выполним пример приближенного расчета обычного

взрыва ОДС с образованием облака при аварийном испаре-

273

нии пропана (объем V

= 100 л, масса G

= 80 кг). Другие

исходные данные: диаметр облака ОДС D

= 20 м, форма

облака – полусфера; расчетный состав воздуха: азота

= 79%, кислорода g

= 21%; параметры воздуха – нор-

мальные давление Р

= 1∙10

Па, температура Т

= 293 К

(20° С).

Пример расчета

1 . Объем полусферы облака ОДС

2000









2. Плотность воздуха

2.1

293287

101









кг/м

3. Масса воздуха в полусфере.

= ρ/V

= 1,2 × 2000 = 2400 кг.

4. Масса прореагировавшего кислорода при полном

сгорании пропана при стехиометрическом соотношении



15 кг воздуха на 1 кг топлива:

В.Р.

= V

× С

= 15 × 80 = 1200 кг.

5. Количество прореагировавшего кислорода

= G

в.р.

× g

= = 1200×0,21 = 252 кг.

6. Энергия взрыва

вз

= 14∙10

× G

= 14∙10

× 252 = 3500∙10

Дж.

7. Давление взрыва (среднее) как удельная энергия:

вз

2000

103500



=1,75∙10

Дж/м

(Па) =1,75 МПа =

= 17,5 атм.

8. Дополним пример расчета пунктом для взрыва ОДС

с учетом реакции азота:

вз

=5×Р

вз

=5×17,5 =87,5 атм

При наличии избыточного количества электронов про-

исходит не частичный как в данном случае, а более полный

274

распад вещества как, например, в случае атомной и водо-

родной бомбы. Эти случаи расчету, даже приближенному,

пока не поддаются. В случае абсолютно полного распада

вещества, причем любого, удельная (на единицу массы)

энергия связи элементарных частиц в нем, выделившаяся

при взрыве составляет q

= 3,2885351∙10

кг

Дж

10.6. Методы защиты от

несанкционированного взрыва.

10.6.1. Исключение запыленности

и загазованности.

Как уже было сказано выше, условиями взрыва азота и

кислорода атмосферного воздуха являются: плазма и достаточ-

ное количество электронов. Также убедились, что количество

свободных электронов при диссоциации молекул воздуха на

атомы достаточно только для частичного расщепления вещест-

ва. В этом случае незначительный дефицит массы позволяет со-

хранить химические свойства элементов, осуществить реком-

бинацию атомов в продукты реакции с использованием всех

частиц нацело, кроме излученных фотонов, то есть – исклю-

чить радиацию и образование радиоактивных веществ.

Однако, для разрушения молекулы азота требуется

энергии примерно в 2 раза больше, чем для молекулы ки-

слорода, а если учесть, что азота в 4 раза больше кислорода,

то соотношение энергий инициации обычного и ядерного взры-

ва воздуха должно быть более 1:8. За счет чего это может про-

изойти?

Разрушение молекул, в конечном итоге, происходит за

счет действия на них контактно или электродинамически по-

тока элементарных частиц и других частиц, а также атомов и

молекул более прочного вещества. Это может быть: нагрев,

275

удар, взрыв, сброс давления, излучения разного рода, электри-

ческий ток и разряд. Иногда одного типа действия недоста-

точно, но их бывает несколько , в том числе, катализаторы.

Рассмотрим механизм воспламенения топлива (его частиц)

в воздухе облака ОДС. Каждая частица топлива образует микро-

зону горения (не взрыва), которые сливаются между собой в

общий фронт горения. Энергия этих микрозон и фронта недос-

таточна для разрушения молекул азота. Добавление энергии и

концентрация ее в микрозонах может, видимо, произойти с по-

мощью твердопорошковых добавок, распыленных в воздухе.

Добавками могут быть различные вещества, в том числе: метал-

лы (алюминий, магний...в виде пудры); мелкодисперсные

кремний (микрокремнезем, аэросил), углерод (фуллерен);

твердые ВВ (пластит, гексаген, тротил...). Практика взрывов с

добавками показывает, что мощность взрыва бывает больше, чем

без них.

По своей теплотворной способности – теплоте горения,

указанные вещества не намного отличаются между собой и от

органических топлив. Поэтому энергии они дают не больше,

но скорость реакции выше, то есть в единицу времени в ма-

лом объеме выделяется большая мощность, что и нужно для

разрушения молекул азота, попавших в эту зону. Кроме того,

зоны могут пересекаться между собой, и тогда на молекулу

азота, находящуюся в зоне разрежения внезапно действует

фронт давления соседней зоны так, что перепад давления и

динамические нагрузки на молекулу превышают передел ее

прочности, и она разрушается на атомы. А дальше начинают

действовать электроны – генераторы энергии, которая и выделя-

ется при взрыве.

Поэтому одним из способов защиты является исключение

запыления или загазованности атмосферы в помещениях и на

открытых территориях.

276

10.6.2. Исключение повторных

инициирующих воздействий.

Взрывы ОДС, как правило, двухтактные: первый такт –

распыливание топлива и – второй такт – взрыв облака ОДС

инициирующим воздействием. После взрыва ОДС внутри об-

лака образуется вакуум. Как рассматривали выше микрозоны с

вакуумом, так же будем подходить к рассмотрению макрозо-

ны с вакуумом. Но оставшиеся внутри облака ОДС сразу после

взрыва молекулы (их еще очень много) активированы этим пре-

дыдущим взрывом и готовы распасться. Теперь, если на них бу-

дет действовать случайный второй инициирующий импульс с

малой задержкой, обеспечивающей почти незамедлительное

последовательное прохождение детонационной волны за пре-

дыдущей, то оставшиеся молекулы должны разрушиться, и

должен начаться их частичный распад на элементарные части-

цы с выделением дополнительной энергии. Поскольку это

должно произойти практически одновременно, то мощность

взрыва увеличится. Это и будет третьим тактом взрыва ОДС. В

принципе, может быть несколько последовательных тактов,

так как молекулы могут неоднократно вступать в ядерную ре-

акцию их частичного расщепления. Мощность взрыва заря-

дов твердого ВВ так же можно увеличить несколькими по-

следовательными подрывами за счет энергии некоторого объ-

ема воздуха.

Если на первом такте подрывается первый заряд твердого

ВВ, а на втором такте, в фазе разрежения 1-го такта, подры-

вается другой заряд, то все происходит аналогично описан-

ному в предыдущем параграфе. Взрываются оставшиеся в ва-

кууме молекулы, в том числе, азота, в объеме, занимаемом фазой

разрежения от 1-го такта.

Казалось бы, вакуум должен поглотить второй взрыв. Но

это не происходит: мощность увеличивается. Чтобы проверить

это, делали такой опыт (Новиков В.И.). Между двух телевизи-

277

онных трубок, сближенных стеклами, размещали заряд ДШ

(детонационный шнур) и подрывали его. Измерения давления

проводили штатными датчиками. Оказалось, что среднее дав-

ление было в 1,5 раза больше, чем без вакуумных трубок. В

эпицентре эта разница, естественно, была выше. Теперь, как

видно, дано объяснение этому ранее непонятному явлению.

В указанном взрыве твердого ВВ может быть не один,

второй такт, а несколько последовательных для увеличения

мощности взрыва. Для защиты от избыточной мощности

необходимо возможность последовательных подрывов ВВ

исключить.

Следует отметить, что взрывы с детонацией вещества вы-

зывают мощный поток мелких элементарных частиц – электри-

но, которые являются материальными носителями магнитного

поля, а их траектории движения являются магнитными сило-

выми линиями. Так что детонация – это своеобразный элек-

тромагнитный импульс с очень высокой индукцией, поток час-

тиц, который разрушает молекулы на атомы. Это подтвержда-

ется изменениями, которые показывают сильное изменение

магнитного поля при взрывах. Так что ЭМИ, в частности, на-

пример, при грозе, тоже может привести к взрыву.

Мерой защиты может служить исключение и первичных и

вторичных индукционных воздействий. Для этого во взрыво-

опасных помещениях, объемах и вокруг них, в том числе,

вблизи двигателей внутреннего сгорания, надо тщательно вы-

полнить заземление для отвода потоков положительных заря-

дов, грозозащиту и защиту от атмосферных и иных перенапря-

жений, принять другие необходимые меры в соответствии со

смыслом сказанного.

10.6.3. Опасность пароводяных и водородных взрывов.

В результате ядерной реакции частичного распада азо-

та и кислорода воздуха образуется преимущественно водяной

278

пар. Возможно, в некоторых случаях естественным ядерным

топливом может быть не воздух, а вода. Вода, как описано

выше, тоже подвергается ядерной реакции с частичным рас-

щеплением на элементарные частицы с выделением соответ-

ствующей энергии. Поэтому вместо топлива в ОДС может

взорваться распыленная вода. Эффект может быть даже

больше, так как исключаются промежуточные химические

реакции превращения воздуха в воду, требующие энергии, а

также потому, что в молекулах воды содержится больше

электронов на один атом кислорода. Атом водорода тоже мо-

жет отдать часть своей массы и энергии.

Каждая молекула водорода имеет свои два электрона,

которые могут стать электронами – генераторами энергии. По

сравнению, например, с кислородом воздуха, водороду легче

вступить в ядерную реакцию, так как, во-первых, кислороду не-

достает одного электрона для второго атома молекулы, а во-

вторых, для полного распада атома кислорода нужно одно-

временно 16 свободных электронов, а атому водорода – один,

который всегда у него есть. Поэтому могут происходить

мощные взрывы ОДС с водородным заполнением (или други-

ми легкими газами, например, гелием), в которых при взрыве

будет выделяться энергия от распада (не синтеза) на элемен-

тарные частицы атомов не только кислорода воздуха, но и

азота воздуха и водорода (гелия) как заполнителя ОДС. То

есть указанные взрывы могут обладать существенной избы-

точной мощностью по сравнению с традиционными.

По данным /49/ в порядке разработки микровзрывной

энергетики в США испытали капсулы с наперсток – водород-

ные микробомбы, эквивалентные каждая 10 кг обычной взрыв-

чатке (тротила), взрываемые действием лазерного луча. Однако,

мы знаем, что лазерный луч взрывает также хорошо и обычный

воздух (без водорода).

279

10.6.4. Особенности взрывов естественных взрывчатых

веществ и поражающие факторы.

В результате приведенного анализа установлено сле-

дующее:

1. Обнаружены ядерные реакции частичного распада ве-

ществ на элементарные частицы с выделением энергии их связи

в атомах.

2. При распаде ввиду незначительного дефицита массы

вещества сохраняют свои химические свойства и рекомбиниру-

ют с образованием новых или тех же (исходных) веществ и ис-

пользованием в конечных продуктах реакции всех атомов, мо-

лекул и частиц, кроме излученных фотонов, – нацело, что обу-

словливает отсутствие радиоактивных излучений и образование

радиоактивных веществ.

3. Частичному распаду может быть подвергнуто любое

вещество, в том числе, повсеместно доступные, возобновляе-

мые природой – воздух и вода.

4. Дефицит массы продуктов реакции восстанавливается в

природных условиях, что исключает расход естественных ве-

ществ и экологически безопасно.

5. Атомные реакции частичного распада воздуха и воды

практически осуществлены в автомобильных двигателях и кави-

тационных теплогенераторах.

6. На основе атомных реакций частичного распада азота

атмосферного воздуха мощность взрыва может существенно

увеличиваться от 5...6 раз до нескольких порядков при том же

количестве ВВ.

7. Основными поражающими факторами взрывов ОДС

являются следующие:

1) Повышенное давление – 160...400 атм;

2) Повышенная температура – 1000... 12000 К;

3) Вакуум-в фазе разрежения;

280

4) Динамическое (ударное, сейсмоударное) действие

воздушной ударной и детонационной волн, антигравитаци-

онных сил;

5) Тепловое действие – от высокой температуры;

6) Химическое действие – от дефицита или отсутствия

кислорода и азота в продуктах взрыва атмосферного воздуха;

7) Дистанционное или контактное электрозамыкание

плазменным полем;

8) Действие излучений: светового, рентгеновского,

акустического, электромагнитного;

9) Объемно – площадной характер действия указанных

факторов.

10.6.5. Защита от несанкционированного

взрыва воздуха в цилиндре ДВС многоразовым

магнитным воздействием.

Органическое топливо – среда одноразового использо-

вания: один раз вспыхнуло в цилиндре ДВС, и нет его –

распалось на другие вещества и продукты сгорания. Кисло-

род и азот воздуха, в отличие от углеводородного топлива,

являются химическими элементами, а не сложным компо-

зиционным веществом. Поэтому они после многоразового

использования остаются кислородом и азотом со своими

химическими свойствами до тех пор, пока дефицит массы

их атомов не превысит некоторый порог. То есть, в отличие

от топлива, на воздух можно воздействовать возбуждаю-

щими излучениями несколько раз подряд. Если сосредото-

чить мощное возбуждающее воздействие только в цилиндре

ДВС, то может произойти несанкционированный взрыв, на-

пример, от действия ЭМИ в соседнем цилиндре. Это и бы-

вало практически, когда двигатель вдруг запускался при

прокручивании со снятыми проводами зажигания.