مراقبة تطور موجة الانفجار وانتشارها باستخدام التسجيل البصري المزدوج وقياسات الضغط

لماذا تهم موجات الانفجار في الحياة اليومية

الانفجارات ليست مقصورة على أفلام الأكشن؛ فهي تؤثر في كيفية استخراج المواد الخام، وحفر الأنفاق، وتصميم مركبات أكثر أمانًا، وحماية الجنود والمدنيين من الهجمات. كلما انفجر شحنة متفجرة، تنبعث منها موجة ضغط قوية يمكن أن تحطم الخرسانة، وتتلف المعدات، أو تصيب الأشخاص. تستعرض هذه الدراسة، إطارًا تلو الآخر، كيف تنمو موجات الانفجار وتنتشر عبر الهواء، من خلال الجمع بين فيديو عالي السرعة وقياسات دقيقة للضغط لفهم تأثيراتها والتنبؤ بها بشكل أفضل.

شحنتان مختلفتان، وإعداد اختبار دقيق واحد

ركز الباحثون على متفجرتين مستخدمتين على نطاق واسع في الصناعة: أمونال، الذي يحتوي على نترات الأمونيوم ومسحوق الألومنيوم، وهيكسوفلين، متفجر مرتبط بالبلاستيك قائم على المكون القوي آر دي إكس. حشوا كل مادة في أنابيب بلاستيكية متطابقة، علقوا الشحنات على ارتفاع نحو متر واحد فوق الأرض، وفجروها باستخدام شحنة معززة صغيرة ومتفجر كهربائي. لالتقاط ما تبع ذلك، استخدموا أربعة مسبارات داخل كل شحنة لتتبع سرعة تتابع التفجير، وثلاثة حساسات ضغط على مسافات محددة لتسجيل الموجة الانفجارية، وكاميرا عالية السرعة تلتقط آلاف الصور في الثانية من على بعد نحو 50 مترًا.

ما كشفته الكاميرا عن كرة اللهب

بالتدرج خلال مقاطع الفيديو عالية السرعة، تمكن الفريق من رؤية الانفجار يتكشف بطرق لا تستطيع الأرقام وحدها أن تظهرها. في حالة أمونال، بقيت منطقة الاحتراق المضيئة مضغوطة نسبيًا. خلال نحو ألف وخمسمئة من الثانية، اندفعت الغازات والجسيمات الصلبة الدقيقة خارجة، مخفية بسرعة منطقة الاحتراق النشطة خلف سحابة من الغبار والدخان تبقت فوق الموقع. تصرّف هيكسوفلين اختلف كثيرًا؛ فكرة اللهب المتوهجة امتدت أبعد واستمرت لأكثر من أربعة آلاف من الثانية قبل أن تتقلص ببطء وتصعد. بينما ارتفعت الغازات الساخنة، التقطت الكاميرا حتى دوامات توأمية دوّارة — هياكل دوارة كبيرة في الهواء — تلاشت تدريجيًا مع مرور الوقت. أشارت هذه الاختلافات المرئية إلى أن المتفجرتين تطلقان طاقتهما بطرق مميزة.

قياس سرعة وقوة الموجة الانفجارية

أكدت الأجهزة وماّنت ما يمكن أن يوحي به المشهد فقط. داخل الشحنات، كان التفجير في هيكسوفلين أسرع بحوالي مرتين ونصف من أمونال، وهو دليل على تفاعل أكثر طاقة. في الهواء، أطلق كلا المتفجرتين موجة انفجار بدأت بسرعات تصل إلى مئات الأمتار في الثانية ثم تباطأت نحو سرعة الصوت مع ابتعادها. أظهرت حساسات الضغط أن هيكسوفلين أنتج عند أقرب نقطة ذروة ضغط أعلى بحوالي مرة ونصف واندفاعًا أكبر بنحو مرة ونصف — أي الدفع الكلي الذي تسلمه الموجة — مقارنة بأمونال. كما هو متوقع، انخفضت كل من ذروة الضغط والاندفاع بثبات مع المسافة، لكن المتفجر الأقوى ظل يهيمن عند كل حساس.

تحويل الانفجارات المعقدة إلى قواعد بسيطة

نظرًا لأن تكرار مثل هذه الاختبارات عند كل مسافة ممكنة وفي كل حالة طقس غير عملي، غالبًا ما يعتمد المهندسون على معادلات لتقدير أحمال الانفجار. استخدم المؤلفون قياساتهم لمعايرة علاقة بسيطة تربط ذروة الضغط بثلاثة عوامل: كمية المتفجر المستخدمة، والمسافة عن الموقع، وثابت واحد يعتمد على نوع المتفجر. عبر رسم بياناتهم ومحاذاة خطوط مستقيمة، استخرجوا هذه الثوابت بشكل منفصل لأمونال وهيكسوفلين. عندما استخدموا المعادلات الناتجة للتنبؤ بالضغوط عند مسافات محسوبة مختلفة، طابقت الحسابات القيم المقاسة عن كثب، بالرغم من أن الشحنات كانت أسطوانية وليست كروية، وهو ما عادةً ما يعقد الأمور.

ماذا يعني ذلك للسلامة والتصميم

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة الأساسية هي أن ليس كل انفجار بنفس الحجم متساوٍ من حيث الخطورة: التركيب الكيميائي للشحنة يغيّر بشكل كبير مدى شدة موجة الانفجار ومدة تأثيرها. من خلال الجمع بين التصوير عالي السرعة والحساسات، تُظهر هذه الدراسة أنه يمكنك مشاهدة تقدم موجة الانفجار، وقياس قوتها، ثم تبسيط هذا السلوك إلى قواعد بسيطة يمكن كتابتها في سطر رياضي واحد. تلك القواعد، المًعايرة بشكل منفصل لأنواع المتفجرات المختلفة، يمكن أن تساعد المخططين على تقدير مسافات الأمان، وتصميم الهياكل ومعدات الحماية، وتقييم المخاطر التي تشكلها الشحنات الصناعية والأجهزة المرتجلة دون الحاجة لاختبار كل سيناريو ميدانيًا.

الاستشهاد: Sławski, S., Polis, M., Krzystała, E. et al. Monitoring blast wave evolution and propagation using coupled visual recording and pressure measurements. Sci Rep 16, 14204 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41174-2

الكلمات المفتاحية: موجات الانفجار, المتفجرات, قياس الضغط, التصوير عالي السرعة, سلامة الانفجارات