2.6. Скорость и виды взрывчатых превращений 1,6,9

Цель изучения реакции взрывчатого превращения следующая. Зная начальное и конечное состояние взрывчатой системы, можно определить количество освобождающейся энергии, что необходимо для оценки ожидаемого действия взрыва.

Все малоустойчивые взрывчатые системы, которыми являются ВВ, при взрыве превращаются в химически устойчивые системы, причем это превращение может протекать с различной скоростью.

Под скоростью взрывчатого превращения принято понимать быстроту распространения этого явления по массе ВВ. Скорость взрывчатого превращения при благоприятных условиях (однородных) для данного ВВ является величиной постоянной. Однако она колеблется в больших пределах в зависимости от влияния различных факторов, точнее, от совокупного влияния этих факторов. Такими факторами являются: химическая природа ВВ, плотность ВВ, диаметр заряда, величина частиц ВВ, а также (для ВВ, содержащих аммиачную селитру) содержание влаги.

Как известно, существуют две формы быстрого химического превращения – горение и детонация. Они имеют различные скорости распространения и механизмы передачи тепла из зоны реакции к новым порциям ВВ, вступающим в реакцию.

Скоростью горения ВВ называют скорость перемещения фронта границы превращения по взрывчатому веществу в направлении, перпендикулярном к поверхности заряда. (Нельзя путать это понятие с распространением пламени вдоль поверхности заряда - процессом, имеющим самостоятельное значение и играющим большую роль во внутренней баллистике стреляющих систем). Она измеряется в единицах длины в секунду. Иногда горение характеризуют массовой скоростью, определяемой как количество сгоревшего вещества в граммах на единицу площади сечения заряда за единицу времени (г/см²). Процесс зависит от характера химической реакции, протекающей в ВВ, и скорости передачи тепла к новому, прогреваемому слою. Скорость горения в зависимости от условий меняется в больших пределах (от долей миллиметра до нескольких метров в секунду) даже у одного и того же вещества. Опытным путем установлено, что дымный порох при плотности 1,9 г/см³ и давлении 1 кГ/ см² горит со скоростью 0,8см/сек, а при давлении 2500 кГ/ см² скорость горения достигает 10,9 см/сек. Шашка прессованного тротила весом 400г и высотой (длиной) 10 см при плотности 1,59 г/см³ и давлении 1 кГ/ см² сгорает за 15 мин, а если предельно увеличить давление в замкнутой среде, то скорость горения достигнет скорости взрыва (6800м/сек).

Процесс горения распространяется по массе взрывчатого вещества за счет передачи тепловой энергии от слоя к слою благодаря теплопроводности, а также излучения тепла газообразными продуктами горения.

Взрывчатое превращение дробящих (бризантных) ВВ, какими являются все современные промышленные ВВ, происходит в форме детонации.

Чрезвычайно быстрое распространение взрыва, обусловленное прохождением ударной волны по массе ВВ, измеряемой несколькими тысячами метров в секунду, называется детонацией. (Детонация ‑ частный случай взрыва).

Детонационное превращение объясняется гидродинамической теорией.

Гидродинамическая теория детонации впервые высказана русским ученым Михельсоном в 1890 г. и в значительной мере разработана и дополнена работами советских ученых Н.Н. Семенова, Ю.Б. Харитонова, Я.Б. Зельдовича, Г.И. Покровского, О.Е. Власова, Л.Д. Ландау, К.П. Станюковича и др. Эта теория, в свое время разработанная для газов, оказалась в большинстве основных положений применима и к конденсированным ВВ.

В основу гидродинамической теории положен принцип распространения по массе ВВ ударной волны сжатия, проходящей со сверхзвуковой скоростью.

Согласно этой теории, распространение ударной волны по заряду ВВ происходит за счет энергии реакции химического превращения или разложения. В зоне непосредственного воздействия ударной волны слои ВВ сжимаются, разогреваются и начинают быстро реагировать, превращаясь в продукты взрыва. Таким образом, по взрывчатому веществу распространяется стационарная затухающая волна, обеспечивающая реакцию вещества заряда за счет ударного разогрева - эта волна называется детонационной волной. Заканчивается эта волна условной границей, называемой плоскостью Чемпена Жуге. Скорость распространения детонационной волны называется скоростью детонации (тысячи метров в секунду). Высокая скорость распространения детонационной волны по заряду ВВ вызывает скачкообразное возрастание параметров (давление, температуры, объема) как во фронте детонации, так и в ударной волне.

Устойчивой детонация является тогда, когда процесс взрывчатого превращения распространяется по всему заряду с одинаковой, максимально возможной скоростью, присущей этому ВВ в данных условиях. При нарушении этого процесса детонация становится неустойчивой. Все промышленные ВВ, применяемые при взрывных работах, должны обладать устойчивой детонационной способностью. При неустойчивой детонации возникает опасность неполного взрыва, выгорания части заряда или частичный его разброс.

Устойчивость детонации зависит от диаметра патронов шашек, плотности ВВ, содержания влаги, химического состава, физического состояния, срока и условий хранения, мощности начального импульса.

Наименьший диаметр удлиненного заряда, зависящий от состава ВВ, физического состояния и условий взрыва, при котором может еще протекать устойчивая детонация ВВ, называется критическим. Диаметр заряда, по достижении которого скорость детонации не увеличивается, называется диаметром детонации.

Взрыв одного заряда ВВ может вызвать детонацию другого, расположенного на определенном расстоянии. Подобные явления принято называть взрывом или детонацией через влияние.

Отметим также явление взрывного горения, которое протекает со скоростью сотни метров в секунду. К примеру, в определенных условиях, это может происходить с дымным порохом. Детонация ВВ и взрывное горение могут быть объединены общим понятием взрыв.

Существуют также такие виды превращения, как медленный термический распад, который происходит при нагревании ВВ ниже температуры вспышки, значения которой лежат в пределах 160-300С (основой реакции является мономолекулярный распад), и медленное выгорание взрывчатого вещества, носящее название дефлаграции - имеет место в шахтах при повышенном давлении.