12.3 Зависимость скорости детонации от различных факторов.

1) Химическое строение и химический состав вв.

Состав и строение ВВ влияют на теплоту взрыва через кислородный баланс, теплоту образования ВВ и состав газообразных продуктов. Максимальная теплота взрыва наблюдается у взрывчатых веществ с кислородным балансом близким к нулю. Чем больше теплота взрыва, объем газообразных продуктов, и легче средний молекулярный вес продуктов взрыва, тем выше скорость детонации ВВ.

2) Плотность.

Повышение плотности ВВ приводит к увеличению давления, концентрации продуктов детонации, плотности энерговыделения и

соответственно повышению скорости детонации.

Для мощных индивидуальных ВВ зависимость похожа на степенную D = В·ρ вплоть до плотности монокристалла. Для узкого диапазона плотности (рабочего диапазона) широко используют линейную функцию:

D₂ = D₁+М·(ρ₂ - ρ₁)

D₁ – скорость детонации при плотности ρ₁

М – угловой коэффициент, индивидуален для каждого ВВ

(для ТЭНа М = 3,95 ).

Для смесевых ВВ, изготовленных из невзрывчатых и маломощных веществ, с увеличением плотности заряда скорость детонации растет до определенного предела, а затем резко падает до полного прекращения детонации. Перепрессовка уменьшает вероятность образования локальных точек разогрева и ухудшает условия перемешивания компонентов.

3) Температура и давление.

Влияние начальной температуры и давления на скорость детонации сказывается только при критических условиях. Нормальная детонация от них практически не зависит.

4) Примеси.

И нертные примеси в целом снижают скорость детонации. Однако небольшие количества добавок, приводящих к увеличению плотности, могут немного повышать скорость детонации. Примеси горючих металлов, повышающих тепловой эффект, или примеси улучшающие кислородный баланс увеличивают Q взрыва и скорость детонации.

5) Диаметр.

При диаметре заряда менее критического d<d_кр детонация не распространяется. При увеличении диаметра выше критического скорость детонации возрастает, приближаясь к предельному значению. Увеличение диаметра до бесконечности приводит к незначительному увеличению до идеальной детонации. Величины d_кр. и d_пред. не постоянны. Наличие оболочки уменьшает их значение, сдвигает кривую влево. Чем прочнее и массивнее оболочка (меньше сжимаемость) – тем сильнее её действие. Но даже в неразрывающейся оболочке существуют критический и предельный диаметры. Мелкокристаллические или высокодисперсные порошки ВВ имеют меньшие d_кр. и d_пр..

Лекция № 13. Критический и предельный диаметры детонации. Принцип харитона

13.1 Детонационная способность вв. Критический диаметр, принцип Харитона.

П остоянная детонация наблюдается в том случае, если диаметр заряда превосходит некоторый характерный для данного вещества предел. Существует критический диаметр детонации согласно Харитону связано с тем, что скорость химического превращения при взрыве не бесконечна, а имеет определенное конечное значение. При детонации по веществу идет ударная волна, при этом в веществе возбуждается и протекает по тому или иному механизму химического превращения. Одновременно растет давление в сжатом веществе вызывает радиальное его расширение ведущее к уменьшению давления и разбросу реагирующего вещества. Как правило разбросу подвергается не только газообразные продукты неполной реакции, но и не успевшие прореагировать частицы конденсированного ВВ. Максимально возможное давление определяется потенциальной энергией ВВ, его составом и плотностью и является определенной величиной для каждого ВВ, Расширение газов в радиальном направлении, разброс вещества определяется от характеристик заряда и в первую очередь от его радиуса. Волна расширения идет от периферии к оси заряда с определенной скоростью равной скорости звука в среде, в которой происходит распространение.

D

Скорость звука

Время, за которое волна разряжения достигнет оси заряда Θ, она определяется отношением критического диаметра на скорость звука

Поэтому, в критических условиях можно принять, что время разброса равно времени химической реакции

Θ = τ_х,р

Отсюда, время химической реакции следовательно

Для порошкообразного тонко измельченного тротила плотностью 1 г/см³ критический диаметр примерно равен 1 мм, детонация 5000 м/с

В случае инициаторов азида свинца τ_х,р на 2 – 3 порядка меньше.

1. Химическая природа ВВ.

Наиболее высокой детонационной способностью обладают ИВВ, имеющие высокую скорость химического превращения. Далее следуют мощные БВВ, далее смесевые системы. В случае однотипных ВВ, состоящих из атомов углерода, азота, водорода, кислорода наибольшую детонационную способность имеют те соединения, у которых выше теплота взрыва и реакционная способность. Величина критического диаметра для ИВВ при подрыве зарядов без оболочек при насыпной плотности и размере кристалла от 0,1 – 0,5 мм имеют следующие значения

ВВ	Плотность, г/см3	Размер кристалла, мм	Критический диаметр, мм
Аммиачная селитра Пикриновая кислота Тротил Тетрил ТЭН Гексоген Азид свинца	0,9 0,8 1,0 1,0 1,0 1,0 3,14	0,5 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 0,2	Более 100 40 12 7,3 3,2 4,8 0,01

2. Агрегатное состояние и физическая структура.

Влияние указанных факторов оказывает существенное влияние на их детонационную способность и наименьшей детонационной способностью обладают вещества в монокристаллическом состоянии. Переход твердого в жидкое состояние также существенно влияет на детонационную способность.

ТНТ	Плотность, г/см3	Критический диаметр, мм
Монокристалл литой крупнокристаллический мелкокристаллический порошкообразный крупнокристаллический мелкокристаллический мелкокристаллический и мелкопористый жидкий Т = 810С	1,68 1,6 1,62 1,0 1,64 1,5 1,46	70 27,5 16 8 – 10 2 – 2,2 1,8 – 2,0 62

2. Плотность заряда и размеры частиц ВВ.

Плотность заряда оказывает различное влияние на величину критического диаметра в случае ИВВ и смесевых взрывчатых систем. При росте плотности ИВВ наблюдается уменьшение критического диаметра, однако при примерно равных плотности заряда и плотности монокристалла критический диаметр резко растет, что объясняется механизмом детонации взрывчатых систем. В этом случае происходит уменьшение температуры в зоне химического превращения вследствие того, сто все большая часть давления определяется энергией упругого взаимодействия между молекулами вещества. Уменьшение температуры приводит к уменьшению скорости химической реакции и соответственно к некоторому увеличению критического диаметра. В случае смесевых систем особенно из не ВВ и слабо взрывчатых компонентов детонация может оборваться при некоторой критической плотности. Уменьшение размера частиц кристаллов ИВВ и смесевых порошкообразных взрывчатых систем приводят к росту скорости химической реакции в детонационной волне и как следствие к уменьшению критического диаметра детонации.

Размер кристаллов, мм	0,08	0,1	0,18	0,31	0,45
ТЭН Гексоген	2,4	1,5	3,2 4,4	4,5 5,5	5,5 5,5

Однако с ростом плотности заряда влияние дисперсности на детонационную способность ВВ уменьшает скорость при достижении плотности монокристалла. Это влияние полностью исчезает на детонационную способность, на величину критического диаметра оказывает влияние.

3. Оболочка заряда.

Она влияет тогда, когда диаметр заряда меньше предельного диаметра. Оболочка ограничивает проникновение боковых волн разряжения в зоне реакции, тем самым способствует более полному использованию энергии химической реакции в детонационной волне. Действие оболочки определяется сопротивлением ее расширяющимся газообразным продуктам взрыва. Кроме этого отчетливо проявляется и роль прочности оболочки на разрыв, поэтому при близкой сжимаемости более эффективной будет та оболочка, материал которой обладает большей прочностью.

4. Инертные примеси.

Введение инертных примесей приводящих к снижению прочности, температуры плавления взрывчатой системы вызывает резкое снижение детонационной способности. Такие примеси называются флегматизаторами. Тем не менее использование связующих с высокой плотностью или образующих наибольшее количество газообразных продуктов с малым молекулярным весом в значительной степени уменьшается отрицательное влияние на детонационную способность взрывчатых систем. Имеется ряд веществ, в частности, некоторых неорганических солей, оксидов металлов, высоко дисперсных порошков введение которых в состав ВВ в небольших количествах приводит к значительному увеличению детонационной способности. Эти примеси играют роль сенсибилизаторов. Это высоко плавкие, плотные и твердые ВВ. Их влияние на детонационную способность связано с тем, что в случае заметной разности в плотности ВВ и сенсибилизатора наблюдается значительный градиент скорости в потоке за ударным фронтом, что приводит к возникновению относительно высоких локальных разогревов. В том случае, когда плотность ВВ и инертной добавки близки такой механизм возникновения интенсивной локальный разогрев исключается, однако достаточно при высокой температуре разогрева все же могут возникнуть на поверхности контакта частиц ВВ и добавки под действием инициирующей ударной волны благодаря различию их физических свойств. Сенсибилизирующие добавки как правило обладают значительно малой сжимаемостью, чем ВВ.