- Explusion
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Dieser Artikel befasst sich mit dem Begriff der Explosion. Für weitere Bedeutungen siehe Explosion (Begriffsklärung) - Wärmeexplosionen (thermische Explosionen) entstehen, wenn die Reaktionsenthalpie nicht schnell genug abgeführt werden kann und damit die Temperatur des Systems ansteigt. Der Temperaturanstieg führt zu einem Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit und damit zu noch größerer Wärmefreisetzung und schließlich zur Explosion (Theorien von Semenov, Frank-Kamenitzkii und Thomas). Ein Beispiel für eine thermische Explosion ist die Chlorknallgasreaktion.
- Kettenverzweigungsexplosionen (isotherme Explosionen) entstehen bei radikalischen Reaktionen, wie der Knallgasreaktion. In einem bestimmten Temperatur- und Druckbereich finden mehr Kettenverzweigungen als Kettenabbruchreaktionen (durch Rekombination der Radikale) statt, so dass die Anzahl der Radikale und damit die freigesetzte Reaktionsenthalpie schnell ansteigt und zur Explosion führt.
- Verpuffung, eine an der Explosionsgrenze ablaufende, schnelle Verbrennung mit in der Regel dumpfem Knall. Der Druckanstieg ist ausreichend, um Fensterscheiben zu zerstören und Türen aus dem Rahmen zu drücken. Personenschäden belaufen sich meist auf Prellungen, Brand- und Schnittverletzungen
- Deflagration, bei der die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamm- oder Reaktionsfront langsamer als die Schallgeschwindigkeit des jeweiligen Mediums (dem Explosivstoff) ist und sich die Abgasschwaden entgegen der Ausbreitungsrichtung bewegen. Der entstehende Druck ist ausreichend, um Gebäude ganz oder teilweise zu zerstören. Personen erleiden meist schwere Verletzungen, die auch zum Tod führen können.
- Detonation, die sich mit Überschallgeschwindigkeit im Medium ausbreitet und bei der sich die Abgasschwaden in der Ausbreitungsrichtung bewegen. Sie ist die heftigste Reaktion; sie kommt vor allem bei Sprengstoffen vor. Sie führt in weitem Umkreis zu schwersten Zerstörungen. Personen haben im direkten Einflussbereich kaum eine Überlebenschance.
- Detonation
- Deflagration
- Explosionsgrenze
- Explosionsschutz
- Flammendurchschlagsicherung
- BLEVE (Tank-Explosion)
- Staubexplosion
- Physikalische Explosion
- Kesselzerknall
Eine Explosion ist eine Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit plötzlichem Anstieg der Temperatur, des Druckes oder beider gleichzeitig (DIN EN 1127-1:1997). Dabei kommt es zu einer plötzlichen Volumenausdehnung von Gasen und der Freisetzung von großen Energiemengen auf kleinem Raum, zum Beispiel durch Sprengstoffe, explosionsfähige Atmosphäre oder aufgestaute Gase etwa in Vulkanen. Die plötzliche Volumenerweiterung verursacht eine Druckwelle, die bei einer idealen (von einer Punktquelle ausgehenden) Explosion durch das Modell der Detonationswelle beschrieben werden kann.
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Unterscheidungen
Explosionstypen
Chemische Explosionen
Man unterscheidet zwei Typen von chemischen Explosionen: Wärmeexplosionen und Kettenverzweigungsexplosionen.
Diese Typen unterscheiden sich in der Art der Energie freisetzenden chemischen Reaktion. In beiden Fällen ist jedoch der thermodynamische Vorgang derselbe: Die freigesetzte Energie führt zu rapider Temperatur- und Drucksteigerung sowie Volumenausdehnung, die das umgebende Material auseinander sprengt.
Atomexplosionen
Soweit durch Kräfte in Atomkernen atomare Zerfallsprozesse von sehr schweren Elementen, nämlich Uran235, Uran233, Thorium232 oder Plutonium, durch eine Kettenreaktion ausgelöst werden, kann es zu einer Atomexplosion kommen. Eine Explosion kann auch durch das Verschmelzen sehr leichter Kerne in sogenannten Wasserstoffbomben erzielt werden. Hierbei werden die größten Energiemengen von allen von Menschen ausgelösten Explosionen frei gesetzt.
Explosionen aus physikalischen Ursachen
Schließlich gibt es noch Explosionen, bei denen keine chemische oder nukleare Reaktion stattfindet, sondern lediglich ein zunehmender Druck in einer festen Hülle (z. B. gasreiches Magma in einem Vulkan oder Dampf in einen Kessel) diese zum Bersten bringt. Auch das plötzliche sehr starke Erhitzen von Flüssigkeiten, die dann unter großer Volumenzunahme in einen gasförmigen Zustand übergehen kann zu einer Physikalischen Explosion führen.
Makroskopisch
Eine weitere Unterscheidung wird makroskopisch getroffen:
Wirkrichtung
Die Gegenrichtung zur Explosion ist die Implosion; hier expandiert das reaktive Medium nicht, sondern kontrahiert. Da die zur Implosion führende mechanische Arbeit über den Druck von der umgebenden Atmosphäre geleistet und nicht von einem Sprengkörper freigesetzt wird, ist der Energiebetrag, im Gegensatz zu dem einer Explosion, durch das implodierende Volumen und durch die Umgebungsbedingungen begrenzt.
Vorkommen
Explosionen in der Natur
In der Natur kommt es meistens im Zusammenhang mit Vulkanismus zu Explosionen. Hierunter fallen explosionsartig verlaufende Vulkanausbrüche (z. B. Krakatau 1883) oder Wasserdampfexplosionen. Wasserdampfexplosionen, ein Fall von Physikalischer Explosion, entstehen bei Kontakt von Wasser mit Magma.
Auch Einschläge von Meteoriten können zu Explosionen führen, wenn diese mit ausreichender Geschwindigkeit auf den Boden oder auf Wasser treffen oder infolge des Luftwiderstands in der Atmosphäre sehr stark abgebremst werden. In beiden Fällen wird Bewegungsenergie in sehr kurzer Zeit in Wärme umgewandelt, was zur explosionsartigen Verdampfung des Meteoriten und ggf. des Auftreffmediums (Erdreich, Wasser) führt. Bei Landeinschlägen entstehen auf diese Weise Einschlagskrater.
In der Astronomie wird das Ende des Lebenszyklus von massereichen Sternen mit dem Begriff der Supernova bezeichnet. Diese stellen die größte (bezogen auf die freigesetzte Energie) bisher bekannte Form einer Explosion dar.
Explosionen als gewolltes oder ungewolltes Menschenwerk
Technisch lassen sich zwei "Typen" von Explosionen unterscheiden, gewollte und ungewollte Explosionen. Gewollte Explosionen werden meist mit dem Begriff der Sprengung beschrieben, sie dienen unterschiedlichen technischen (Steinbrüche, Minen, Feuerwerkskörper, Tunnelbau) oder militärischen Zwecken. Als Mittel zur Durchführung dieser Explosionen werden Sprengstoffe verwendet. Die größte gewollte Explosion aller Zeiten war die der Zar-Bombe, der größten jemals gezündeten Wasserstoffbombe, die 1961 von der Sowjetunion gezündet wurde, und eine Sprengkraft von 50 bis 60 Megatonnen besaß.
Ungewollte Explosionen treten praktisch immer als Folge gestörter technischer Prozesse auf. Dies kann die fehlerhafte Bedienung eines Gasanschlusses in Wohnhäusern oder auch die unbeabsichtigte Freisetzung von Gasen mit nachfolgender Zündung in beispielsweise Chemieanlagen sein. Explosionen dieses Typs unterteilt man nach Art des Brennstoffes in Gasexplosion, Dampfexplosion oder Staubexplosionen.
Beispiele für Explosionsunglücke sind die Explosion des Oppauer Stickstoffwerkes, Piper Alpha oder die Explosion in Toulouse. Die größte, ungewollte Explosion aller Zeiten dürfte die Halifax-Explosion sein, eine durch ein Feuer auf dem Munitionsfrachter "Mont Blanc" verursachte Explosion, die etwa drei Kilotonnen Sprengkraft besaß. Dies entspricht ca. 23 % der Sprengkraft der Hiroshima-Bombe Little Boy. Bei der Explosion kamen etwa 2.000 Menschen ums Leben.
Gesundheitliche Folgen
Je nach Art, Schwere und Entfernung der Explosion und weiteren Umständen kommt es zu typischen gesundheitlichen Schäden, wie Lungenrissen, Knalltraumata, Verbrennungen, schweren Verletzungen und Schockzuständen.
Weblinks
Siehe auch
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