폭발

폭발(explosion)은 급격히 이루어지는 팽창을 가리키며 이 과정에 에너지는 충격파의 형식으로 외부를 향해 방출된다. 일반적으로 폭발은 고온과 고압가스의 방출을 수반한다.

개요

폭발에 관련하여 화학적으로는 특정 계의 반응속도가 폭주하는 현상이라 하고 물리적으로는 에너지나 물질이 특정 상황에서 겉잡을 수 없이 증대하면서 전파하는 현상이라고 한다. 폭발은 고온과 대량 고압가스를 수반하며 주변에 충격파를 만들어낸다. 통상적으로 폭발은 사람들이 제어불능한 에너지 전파를 가리키며 통제가능한 경우는 폭발이라고 하지 않는다.

다른 방식으로 해석하면 물체나 계가 갑작스럽게 부피 및 압력의 증가로 터지는 현상을 폭발이라 하며 이를 이용해 무언가를 파괴하는 것을 폭파라 한다.

기본 특징

일반적으로 폭발은 아래의 4가지 기본적인 특징을 가지고 있다.

1. 화합물 또는 혼합물이 열, 충격, 충돌, 마찰 또는 이러한 조건들의 혼합 조건에서 점화된다.
2. 점화에 이어 데토네이션(detonation)이 이루어지면서 급하게 분해된다.
3. 급격하게 열과 대량의 고압가스를 방출하며 이는 구속력의 극복에 충분한 힘으로 빠르게 팽창한다
4. 폭발물의 데토네이션으로 에너지가 방출되면서 1) 암석 분열 2) 암석 변위 3) 지면 진동 4) 공기 충격파를 포함한 4가지 기본 결과가 나타난다.

폭발의 종류와 원리

□ 화학폭발

화학폭발은 거의 대부분 폭발의 원인이며 물질의 급격한 산화 환원 반응으로 다량의 열과 에너지가 방출된다. 대다수의 화학적 폭발물질은 분자식에 산소나 수소를 포함시키고 있거나 산소, 수소와 화학반응을 일으킬 수 있는 물질이 포함되어 있으며 열, 충격, 전기 자극을 인가하거나 촉매를 삽입할 경우에 산화반응이 발생한다. 산화반응은 열과 에너지를 방출하며 이러한 열과 에너지는 반응에 참여하지 않은 물질들의 산화반응을 유도하여 연쇄적인 반응을 발생시킨다. 연쇄반응의 속도가 더디면 느린 산화 즉 부식이 발생하고 빠르면 연소가 발생하며 급격하면 폭발이 일어난다.

화학폭발에서 고압가스의 생성은 연료의 기본적인 화학 특성이 변하면서 발생하는 발열반응의 결과이며 폭발이 발생하는 지점에서 외부로 확산한다. 화학폭발에는 연료와 산화제의 폭발성 혼합기체나 고체 가연성 물질이 들어가지만 공기에 혼합된 가스, 증기 또는 분진이 관련 반응을 전파하는 것이 일반적이며 이를 전파반응이라 한다.

화학폭발은 연소폭발, 분해폭발, 중합폭발로 분류한다.

• 연소폭발(combustion explosion) - 가연성 탄화수소 연료의 연소에 의해 일어난다.
• 분해폭발 - 고온, 고압으로 산소가 없는 조건에서 발생하는 폭발을 가리킨다. 예하면 아세틸렌은 산소가 없어도 내부압력이 2 기압 이상 일 때 점화를 시키면 폭발이 일어난다. 분해폭발을 일으키는 가스를 분해폭발성 가스라고 하며 이 종류의 가스에는 아세틸렌, 비닐아세틸렌, 메틸아세틸렌, 산화에틸렌, 에틸렌, 4불화에틸렌, 프로파디엔, 히드라진, 오존, 아산화질소, 산화질소 등이 들어 있다.
• 중합폭발(polymer explosion) - 중합반응 과정에 발생하는 중합열에 따른 폭발을 가리킨다.

□ 물리적 폭발

물질의 상태 변화(상변화)나 온도, 압력 등의 조건 변동으로 이루어지는 내압상승(압력상승)에 따른 폭발을 가리킨다. 화염이 동반하지 않는다. 부피증가에 의한 보일러 폭발, 공기압축기의 과압에 의한 폭발, 프로판가스 저장용기의 저장온도 상승에 의한 폭발, 고속원심분리기의 고속회전으로 인한 과압에 의해 폭발 등을 사례로 할 수 있다.

□ 핵폭발(nuclear explosion)

방사성물질의 핵분열(nuclear fission)이나 핵융합(nuclear fusion) 또는 두 과정이 혼합되면서 폭발적으로 에너지를 방출하는 폭발을 가리킨다.

□ 전기폭발(wire explosion)

펄스 대전류에 의해 와이어가 폭발하는 현상을 가리킨다. 전기에너지가 와이어에 열에너지로 축적되다가 어느 순간 폭발적으로 방출하면서 강한 빛과 폭음을 낸다. 일상생활에서 경상적으로 사용되는 퓨즈, 전기 아크의 방전 효과로 일어나는 폭발을 사례로 들 수 있다.

폭발사고 목록

텍사스 시티 폭발 사고(1947년) 영동역 유조열차 폭발 사고(1973년) 이리역 폭발사고(1977년) 로스 알파케스 참사(1978년) 시즈오카역 지하상가 가스 폭발사고(1983년) 청량리 가스 폭발 사고(1983년) 1990년 방콕 가스 폭발 사고(1990년) 팡아 트럭 폭발사고(1991년) 평강역 폭발사고(1991년) 연천 예비군 훈련장 폭발 사고(1993년) 대구 지하철 공사장 가스 폭발 사고(1994년) 아현동 도시가스 폭발 사고(1994년) 푸에르토리코 가스 폭발 사고(1996년) 공덕동 도시가스 폭발 사고(1997년) 부천 가스충전소 폭발사고(1998년)

네덜란드 엔스헤데 폭죽창고 폭발사고(2000년) 메사 레돈다 화재(2001) 룡천역 열차 폭발사고(2004년) 대구 달성터널 폭발사고(2005년) 웨스트 비료공장 폭발 사고(2013년) 대구 대명동 가스 폭발 사고(2013년) 맨해튼 고층빌딩 폭발사건(2014년) 한양 에이스호 폭발사고(2014, 2015년) 제50보병사단 신병교육대대 수류탄 폭발사고(2015년) 일본 미군기지 폭발사고(2015년) 톈진 항구 폭발 사고(2015년) 울산 군부대 폭발 사고(2016년) 에이와 마루 3호 폭발사고(2016년) 구미 스타케미칼 폭발 사고(2016년) 진해 해군기지 잠수정 폭발사건(2016년)

제5포병여단 K-9 자주곡사포 폭발 사고(2017년) 창원터널 화물차 폭발 사고(2017년) 마산함 폭발 사고(2018년) 중국 옌청시 화학공단 폭발 사고(2019년) 강릉 과학단지 수소탱크 폭발 사건(2019년) 경북대 화학관 폐기물 폭발사고(2019년) 케르치 해협 탄자니아 소속 연료 탱크선 폭발 사고(2019년) 서산 롯데케미칼 공장 폭발 사고(2020년) 코리야마 식당 가스폭발사고(2020년) 인천 화학공장 탱크로리 폭발 사고(2020년) 혜산시 가스폭발 사고(2020년) 베이루트 항구 폭발 사고(2020년)

참고자료

• 〈폭발〉, 《나무위키》
• "Explosion", Wikipedia
• "Chapter 2 EXPLOSIVES", NPS

같이 보기

• 내연기관
• 가솔린엔진
• 디젤엔진

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