天津爆炸事件在网络上引起了大量讨论,各路传言满天飞,许多人都在尝试计算21吨TNT爆炸当量相当于什么概念。有的媒体甚至形容这像是一场核爆炸,虽说美国制造的世界最小的核弹当量就是20吨,但这么比还是未免夸张了些。初步统计的伤亡数字传出后,又有谣言声称实际伤亡数字更为巨大,甚至称按照地震局公布的爆炸当量计算至少有1000人死亡。还有报道称,距离爆炸数公里的地方都有人因玻璃被冲击波打碎而受伤。
这次爆炸的威力到底是个什么概念?在看到远方爆炸的时候,拿出手机拍摄爆炸火球有多大危险?正确的应对办法是什么?
我们先借助著名的模拟核武器爆炸的网站Nukemap来计算一下,如果一枚21吨TNT当量的炸弹在观察者网编辑部位置(上海市中心,靠近交通大学)爆炸的结果。根据该网站显示的数字,会出现一万四千余人死亡,一万一千余人受伤。
考虑到该网站还算上了常规炸药爆炸所没有的光辐射火灾、急性放射病等的伤害,这个数字显然过于夸张了。另一方面,如果以现实中天津发生爆炸的位置为中心计算,这个网站的估算结果会是0,因为它是根据平均人口密度来计算伤亡数字的,肯定不准确。
引用这个案例只是想说明,如果谈爆炸破坏情况和伤亡数字,却不考虑爆炸本身的性质和爆炸位置等具体情况,那就是“耍流氓”。
按照该网站提供的21吨TNT当量的核弹地爆造成的破坏半径计算,可得到以下结果:60米半径内,超压达到20psi(观察者网注:磅/平方英寸,1psi相当于0.068大气压),混凝土建筑物被冲击波摧毁,死亡率100%。120米半径内,超压达到5psi,普通建筑物全毁,出现严重伤亡。270米半径内,超压达到1.4psi,也就是一般玻璃被冲击波击破的数值。
上述数字与普通TNT爆炸造成的效果基本是一样的。这是因为爆炸能量造成的超压,也就是冲击波,是爆炸造成建筑物破坏的主要罪魁祸首。超压达到0.1个大气压,即1.4psi时,可以导致门窗破坏、玻璃破裂。不过,根据玻璃的性质不同,造成玻璃破裂的超压值也不同,例如我国国家标准规定,防爆玻璃应该能够承受0.11Mpa的超压,也就是16psi左右,比普通玻璃要高10倍。
有报道称,爆炸范围2000米内的居民区窗户被击碎,根据计算,爆炸导致2000米内达到1.5psi的超压,爆炸当量要达到8000吨。而现场更详细的报道中提到,此次爆炸中玻璃被震碎的万科大厦距离爆炸现场约700米,照此计算,爆炸TNT当量也有400吨。
这至少说明,冲击波影响范围远远超过了按照TNT当量计算的冲击波杀伤范围。
在社交媒体时代,蘑菇云、冲天火光、爆裂的玻璃、被冲击波掀翻的拍摄者,种种影像病毒式地传播开来,对受众带来了极大的刺激。有人便认为一定是瞒报了爆炸当量,甚至说爆炸当量达到1000吨级别。
但是冲击波影响偏大并非不可思议的事情,怀疑论者的存在也毫不新鲜。例如,1989年6月4日发生在苏联的乌法铁路事故,当时距离铁路线1300米的输气管道发生爆炸,爆炸当量估计为250-300吨TNT当量。结果铁路上的两列火车被爆炸波及,冲击波和爆炸导致575人死亡,超过800人受伤。当时就有说法称爆炸的TNT当量达到了10000吨。
查阅相关论文,我们可以发现,21吨当量的爆炸打破两千米范围内玻璃的情况并非不可能。用TNT当量计算爆炸超压范围有一个缺陷,因为这种算法是将炸药描述为一团固态物质,爆炸时用点源描述。而在蒸汽云或可燃气体,粉尘爆炸中,爆炸物体积较大,不适合用点源描述。用TNT当量算法,简单地确定超压的伤害范围,必然会有较大的误差。
那么何种情况下,爆炸当量为21吨TNT时会出现如此大范围的破坏呢?
最有可能的便是“云爆”。也就是说,现场在爆炸时,很可能已经发生了严重的可燃气体泄漏或者空气中有大量粉尘、蒸汽。相当于是引爆了一颗超大号的“云爆弹”,对人员等脆弱物体的实际杀伤威力要比TNT当量数字看起来大得多。
至于“云爆”的规模,可以按照目前常用的TNO多元法计算。
以部分报道(假定报道皆为真)中的内容为条件:
此次爆炸造成两公里内玻璃“全部破裂”,也就是2000米半径内出现1.4psi超压;在多次爆炸中,最大的一次当量约为21吨TNT。
那么,根据相关公式可以逆推出,此次发生爆炸的气团体积为11万立方米(为了说明问题,上述计算中假定发生爆炸的气体为氢气,如果爆炸物是其他气体的话,计算数值会有不同)。
根据最新消息,此次爆炸事件中有多种挥发性易燃物,含有“云爆”因素的可能性进一步上升。
笔者还注意到,报道称仓库内还存有多种活泼的碱金属材料。因此这次爆炸的现象会非常复杂,有云爆,也有固体易爆物,而且混合在一起,也不能完全用“云爆”理论来推算其爆炸杀伤范围。但可以肯定,单从爆炸伤害范围就否认21吨爆炸当量这个数字,显然是论据不足的。
此外,从爆炸现场的照片可以看出,毁伤因素除了冲击波外,还有严重的高温燃烧等。这也是导致爆炸中损失惊人的重要原因。
还需要说明的是,按照国家规定,大中型危险品仓库与居民区应该有1000米以上的安全距离。理论上来说,这个距离是足以保障安全的,要达到在1000米距离上出现建筑倒塌,大量人员伤亡的效果,爆炸物当量理论上要达到一万吨。除了核武器外,一般的爆炸很难达到这样的威力,即使“云爆”也不可能。(不过发生事故的公司,其危险品仓库总面积,究竟是否达到了“大中型”的标准,还有待调查的结果。本次事故或许会引发标准的修正。)
其实,进行这些计算,主要还是为了说明一个简单的道理,爆炸作为最复杂的化学变化之一,不是普通人想的那么简单。现实中,如果你看见爆炸闪光,不管是事故,还是其他更不幸的事件,千万不要再拿着手机去拍摄了,不管你是不是在玻璃后面,赶紧找合适的掩体,背向闪光方向卧倒,双手抱头张开嘴。有读者可能知道,这是遭遇核爆炸时的标准自救动作。笔者并非夸张,只有这样做才能尽量避免自己遭遇更大的不幸,因为你根本无法确定看到的火球到底可能造成多么巨大的破坏。
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