Вопрос 4: Явление взрыва. Классификация взрывных процессов и взрывчатых веществ.

Взрывом называется процесс весьма быстрого физического или химического превращения вещества, сопровождающийся переходом его потенциальной энергии в механическую работу. Характерным признаком взрыва является резкий скачок давления в среде, окружающей место взрыва. Этот скачок давления служит непосредственной причиной разрушающего действия взрыва, которое обуславливается быстрым расширением газов или паров, существовавших либо до взрыва, либо образовавшихся при взрыве.Практическое применение в технике находят взрывы, связанные с превращениями особых веществ, называемых взрывчатыми веществами (ВВ).

Известны два типа ВВ: химические и ядерные.

Взрыв химических ВВ представляет собой быстропротекающую химическую реакцию, в результате которой первоначальное вещество превращается в другие вещества – продукты взрыва. Выделяющаяся при этом энергия является частью внутренней энергии вещества, высвобождаемой в результате перегруппировки атомов молекулы ВВ.

Взрыв ядерных ВВ вызывается либо реакцией деления ядер урана или плутония, либо синтезом ядер лёгких элементов, например изотопов водорода. При ядерных взрывах выделяется энергия, заключённая внутри атомных ядер. Ядерные взрывы отличаются от химических выделением значительно большей энергии, так как основная доля энергии атома сосредоточена внутри его ядра.

Классификация взрывных процессов

Характер распространения взрыва по заряду ВВ и его действие на окружающую среду зависят от скорости взрывчатого превращения. В зависимости от скорости взрывчатого превращения различают три типа взрывных процессов: горение, взрыв, детонация;

Горением называют процесс взрывчатого превращения (ВП), протекающий сравнительно медленно и с переменной скоростью – обычно от долей сантиметра до нескольких метров в секунду. Скорость горения существенно зависит от внешнего давления, возрастая с его ростом. На открытом воздухе этот процесс не сопровождается значительным звуковым эффектом и заметным механическим действием. В ограниченном объёме процесс протекает интенсивнее, характеризуется более или менее быстрым нарастанием давлением и способностью газообразных продуктов горения производить работу метания. Примером такого процесса может служить горение пороха в камере орудия. Горение является характерным видом взрывчатого превращения порохов.

Взрывом называют процесс превращения, протекающий также с переменной скоростью, но измеряемой уже тысячами метров в секунду и сравнительно мало зависящей от внешних условий. Процесс характеризуется резким повышением давления в месте взрыва и ударом газов по окружающей среде, вызывающим давление и сильные деформации предметов на относительно небольших расстояниях.

Детонацией называется взрыв, распространяющийся с постоянной и максимально возможной для данного ВВ скоростью. Скорость детонации является при заданных условиях для каждого ВВ константой и одной из важнейших его характеристик. Детонация не отличается по характеру и сущности явления от взрыва, и представляет собой его стационарную форму. При детонации достигается максимальное разрушающее действие взрыва.

Классификация взрывчатых веществ

Однородные взрывчатые химические соединения представляют собой относительно неустойчивые химические системы, способные под влиянием внешних воздействий к быстрым экзотермическим превращениям, в результате которых происходит полный разрыв внутримолекулярных связей и последующая рекомбинация свободных атомов и ионов в термодинамически устойчивые продукты. Большинство ВВ в этой группе является кислородосодержащими органическими соединениями. Однако имеются и взрывчатые соединения, не содержащие кислорода, которые при взрыве разлагаются на свои составные элементы. Примером такого типа соединений могут служить азид свинца Pb(N₃)₂ , разлагающийся при взрыве на свободный азот и свинец с выделением энергии, равной его теплоте образования из отдельных элементов.

Взрывчатые смеси (неоднородные ВВ) представляют собой системы, состоящие из двух или большего числа химически не связанных между собой взрывчатых компонентов. Известны также взрывчатые смеси, в которых один из компонентов представляет собой вещество, богатое кислородом, а второй – горючее вещество, совсем не содержащее кислорода или содержащее его в количестве, недостаточном для полного внутримолекулярного окисления. Взрывчатые смеси могут находиться в газообразном, жидком или твёрдом состоянии.

Наиболее распространённой классификацией ВВ является классификация по применению. В зависимости от применения, ВВ разделяются на четыре группы:

• инициирующие ВВ;

• бризантные ВВ;

• метательные ВВ или пороха;

• пиротехнические составы;

• бинарные ВВ

Инициирующие ВВ применяются в средствах инициирования – устройствах, предназначенных для возбуждения взрывчатого превращения других ВВ.

Характерная особенность инициирующих ВВ состоит в том, что для возбуждения их взрыва в форме детонации необходимо незначительное внешнее воздействие (удар, накол, нагрев и т.п.). Сам процесс взрыва отличается очень малым периодом нарастания скорости до максимально значения – несравненно меньшим, чем у других типов ВВ. Благодаря этому свойству для возбуждения взрыва бризантных ВВ обычно требуется лишь небольшой заряд инициирующего ВВ. Важнейшими представителями инициирующих ВВ являются: гремучая ртуть, азид свинца, ТНРС(Тринитрорезорцинат свинца), тетразен;

Бризантные ВВ применяются в качестве разрывных зарядов в боеприпасах и подрывных средствах. В отличие от инициирующих ВВ они обладают меньшей восприимчивостью к внешним воздействиям и большим периодом нарастания скорости разложения до максимального значения. Основным видом взрывного процесса бризантных ВВ является детонация, которая вызывается обычно взрывом инициирующих ВВ.Важнейшими представителями однородных бризантных ВВ являются: тротил, тетрил, гексоген, октоген, ТЭН (Тетранитропентаэритрит или пентрит или ниперит ), нитроглицерин, пироксилин и др.Примером неоднородных бризантных ВВ могут служить сплавы нескольких ВВ, аммониты, динамиты и др.

Пороха применяются главным образом для метания снарядов в огнестрельном оружии и создания реактивной силы в ракетах. Основным видом взрывчатого превращения порохов является горение. По физической структуре пороха разделяются на две группы: смесевые и нитроцеллюлозные или бездымные.

Пиротехнические составы применяются для снаряжения пиротехнических средств: зажигательных, осветительных, сигнальных и др. Они представляют собой, как правило, механические смеси неорганических окислителей с органическими или металлическими горючими веществами. Основным видом взрывчатого превращения пиротехнических составов является горение. Однако некоторые из составов при определённых условиях способны к детонации и обладают сравнительно высокой чувствительностью к внешним воздействиям.

Бинарные ВВполучаются при смешивании 2х веществ не являющихся взрывчатыми.