уже не могло решить исхода войны. Впрочем, были выявлены и недостатки пикриновой кислоты как ВВ для снаряжения снарядов, поэтому многие страны устремил свой взор на другое ВВ — тринитротолуол (тротил), который стал основным ВВ 20-ого века. Слыхали небось про тротиловый эквивалент? — это все от него повелось.

6.2 Что же такое мощность ВВ?

Вообще, стоит уяснить, что если кто-то говорит — типо какой-нибудь «октонитрокубан» мощнее тротила в энное количество раз, то соображающему в теме человеку это ровным счетом ничего не говорит. Зато эти высказывания становятся предметом трехэтажного флуда среди хомячков не только в сети, но и в официальных СМИ. Уфф... Припоминается фраза журналистов: «Новое вещество в 15 раз мощнее октогена, который в 4 раза мощнее гексогена.» http://news.argumenti.ru/science/2010/12/85914

Во-первых термин «самое мощное ВВ» нельзя определить без уточнения, в чем оно самое мощное.

Условно можно рассмотреть 3 случая, в которых ВВ могут быть «самыми мощными»:

1.«Самое бризантное»: разрушительная способность определяется на малых расстояниях — имеет значение гл. обр. в кумулятивных и осколочных боеприпасах. Критична эффективность на единицу объема ВВ.

2.«Самое фугасное 1»: разрушительная способность определяется на значительных расстояниях (степенях расширения). Критична эффективность на единицу объема ВВ. Здесь самыми эффективными будут специальные термобарические ВВ, EBX и фугасные ВВ с большим количеством алюминия.

3.«Самое фугасное 2»: разрушительная способность определяется на больших расстояниях. Критична эффективность на единицу массы ВВ. Здесь самыми

эффективными безоговорочно и с большим отрывом будут идти объемнодетонирующие и термобарические заряды на основе изопропилнитрата.

Необходимость разделения на эти 3 группы продиктовано тем, что основная доля энергии для этих групп ВВ выделяется при разных степенях расширения продуктов взрыва. Как и в легкой атлетике их можно разделить на спринтеров, бегунов на средние дистанции и стайеров. Самые бризантные «выкладываются» на малой дистанции, средние – на средней и т.д.

Давайте договоримся, что наиболее подробно будем рассматривать мощность с точки зрения «самых бризантных ВВ» (пункт 1), т.к. именно среди этих ВВ наблюдается больше всего околонаучных спекуляций и флуда в СМИ. Вдобавок, ассортимент компонентов для случая 2 и 3 ограничен, и появления в их стане чего-то кардинально нового уже не стоит ожидать.

Итак разберем основные характеристики ВВ, относящиеся к его «мощности», которые аффтар шутливо разделил на Традиционные, Современные и Эфемерные:

69

Традиционные характеристики ВВ:

Скорость детонации.

Итак, казалось бы — чего проще: чем быстрее движется детонационная волна по ВВ, тем взрывчатка мощнее. А вот на деле получается всё совсем не так. Кроме скорости важны еще энерговыделение в процессе детонации и параметры продуктов взрыва (грубо говоря их способность производить работу при расширении).

Например известно, что такое вещество как динитрогуанидин, по скорости детонации и плотности идентичен октогену, но уступает ему по теплоте взрыва, поэтому тесты на метательную способность у него соответствуют менее бризантному гексогену.

Скорость детонации для большинства ВВ находится в пределах 1.5-9.5 км/сек. Естественно, в общем случае, чем больше скорость детонации, тем взрывчатка мощнее.

Но, подчеркиваю, это в общем случае, т.к. обычно в тестах рассматриваются ВВ схожего состава и типа. Есть ли у скорости детонации предел? Похоже что есть. Согласно мэтру взрывотехнических наук Пепекину, если волна детонации передается по колебательным степеням свободы молекул, то согласно расчетам естественный предел для органических ВВ

– это около 11 км/сек (соответствует частоте колебаний в 10-13 – 10-14 сек). Быстрее просто молекулы колебаться не могут, так что, квантовые профанации о взрывчатках со скоростями детонации в 15 км/с — сущий бред. Хотя, если уж на то пошло, граница в 11 км/с определяется скорее неким условным барьером по энергетике и плотности для органических взрывчатых молекул, т.к. даже Пепекин не может запретить ударным волнам двигаться со скоростями превышающими 11 км/с.

Теплота взрыва.

Ну ясно-понятно, что чем больше энергии выделяет ВВ, тем оно мощнее. Однако это тоже заявление с оговоркой. Гораздо важнее для способности ВВ к разрушению является не само энерговыделение, а «темп энерговыделения». Т.е. насколько быстро взрывчатка может «выбросить» запасенную в ней энергию в окружающую среду, что в общем-то и вытекает из рассуждений про скорость детонации. Так например вещество НТО содержит на 25% меньше энергии чем тротил, тем не менее, по разрушительной способности оно соответствует тротилу (при той же плотности). Тут следует оговорится, что если запас энергии слишком мал, как быстро ее ни сбрасывай, толку от этого будет мало.

Вопреки устоявшемуся мнению, теплота взрыва это не константа. Она зависит от многих условий при подрыве ВВ и изменяется в определенных пределах.

Теплота взрыва складывается из двух частей — энтальпии образования самой взрывчатки (некий начальный запас энергии самой молекулярной структуры ВВ) и энергии, выделяемой при окислении горючих элементов молекулы ВВ окислительными. В свою очередь, чем полнее горючие элементы окисляются, тем больше будет теплота взрыва. Отношение количества атомов окисляющего элемента в молекуле к количеству атомов, требующихся для полного окисления горючего, называют «кислородным коэффициентом». Естественно максимальная теплота взрыва будет вблизи КК=1.

Например для гексогена этот параметр будет равен:

C3H6N6O6 => 3CO + 3H2O + 3N2: Атомов кислорода в молекуле — 6, полное окисление будет соответствовать продуктам CO2 и H2O. Следовательно КК = 6/9 = 0.66.

Распространен другой аналогичный параметр - «кислородный баланс», но т.к. отдельные умники ученые считают его разными способами: на СO2 или на CO, автор старается этот параметр избегать, дабы не пудрить мозги ни себе, ни другим.

Бризантность.

И вот ученым 19-ого века пришло в голову: — "А не померять ли разрушительную способность ВВ самым непосредственным образом?" По разрушению прилегающего к нему

70

материала. Иными словами — дроблению (бризантность еще называют дробящим эффектом).

Если почитать химическую энциклопедию, то можно выяснить, что бризантность оценивается либо непосредственно, путем подрыва заряда ВВ в базальтовом кубическом блоке, либо косвенно по обжатию свинцового или медного столбика. А также, что бризантность тем выше, чем выше плотность заряда и скорость детонации.

Базальтовый кубический блок оставим, т.к. на всех испытателей базальтовых блоков, пожалуй, не хватит, а вот другие методы рассмотрим поподробнее.

Обжатие свинцового столбика (метод Гесса)

— самый распространенный (в нашей литературе) метод определения бризантности. Цилиндрическую шашку ВВ ставят на свинцовый цилиндрик длиной 60 мм и диаметром 40 мм. Подрываемый заряд ВВ имеет массу 50 г, однако, если ВВ обладает повышенной мощностью, этот столбик разбивается на куски, поэтому для высокомощных ВВ навеску уменьшают до 25 г. Чтобы получать сопоставимые результаты, ВВ подпрессовывают до плотности 1.0 г/см3. Метод Гесса весьма удобен для тестирования индивидуальных порошкообразных ВВ, обладающих достаточной детонационной

способностью, в остальных случаях он можетРисунок 20 Установка для измерения показывать неадекватные результаты. Напримербризантности по Гессу такое случается при испытании эластичных,

пластичных и жидких ВВ. Все эти «взрывчатки» имеют примерно постоянную плотность, заметно выше 1.0 г/см3. На практике это выглядит следующим образом: В одной из книг (не будем ее называть, т.к. по ней до сих пор готовят саперов) в одной из табличек написано: бризантность ПВВ-4 (пластита) – 21 мм. Бризантность тротила — 16 мм. Казалось бы — пластит круче тротила. Но не учтено, что плотность тротила в тесте по Гессу — 1.0 г/см3, а ПВВ-4 — 1.4 г/см3. При подпрессовке тротила до 1.4 г/см3 его бризантность уже составляет те же 21 мм, т.е. они равны. Откуда берутся подобные «перлы»? Всё очень просто. Автор составляет табличку для книжки и сдирает величины из разных источников, в которых не всегда прописаны условия испытаний, либо прописаны, но автор не понимает их сути. Чтобы избежать подобных инсинуаций, в 30-ые годы 20 века пробу Гесса пытались видоизменить в интересах военных, на это даже был выпущен ГОСТ. Брали навеску 20 г и запрессовывали до плотности, при которой это ВВ будет применяться. Табличка с этим методом имеется в большой советской энциклопедии начала 50-х годов. Однако таким образом уже нельзя было испытывать промышленные ВВ с малой детонационной способностью. Тогда вернулись к предыдущему варианту, а труднодетонирующие ВВ начали помещать в кольца, уменьшающие отток газов. Вдобавок «заводили» это хозяйство не штатным КД, а промежуточной тетриловой шашкой. Естественно, от таких манипуляций сравнение показателей классического теста и видоизмененного стало некорректным. Вот на данный момент мы и имеем то, что имеем. А именно: — кучу вариаций тестов по Гессу которые невозможно сопоставить между собой. По этой причине тест Гесса, уже лет 40 не используется. В литературе же приводится скорее «по инерции», нежели из каких-то функциональных соображений.

Обжатие медного столбика (крешера), известное как "измерение бризантности по Каст-у". В этом испытании суть остается той же. Только импульс взрыва действует на сравнительно

71

небольшой медный столбик через довольно массивную прокладку. Этот метод более удачен чем предыдущий и позволяет более-менее адекватно сравнивать военные ВВ как нормальной, так и повышенной мощности при характерных для них плотностях. Для труднодетонирующих смесей он не используется. Медные крешеры выпускались промышленно и при наличии установки под названием «импульсомер» можно было ставить испытания буквально на поток.

Кроме этих, широко известных у нас методов определения бризантности следует упомянуть 2 «буржуйских». Это песочная проба и т. н. «метод стальных пластинок».

В песочной пробе небольшую навеску прессованного под определенным давлением ВВ помещают в стальную бомбу, наполненную определенной фракцией песка. После подрыва заряда навеской азида свинца, песок просеивают и определяют массу раздробленного песка проходящего через сито за вычетом песка, раздробленного азидом. Этот способ меряет бризантность непосредственно, но изобилует недостатками. Самый главный недостаток: заряд ВВ очень небольшой, поэтому для малочувствительных ВВ, вещество не успевает выйти на стационарный режим детонации и полностью «раскрыться». Этот эффект настолько ярко выражен, что бризантность более детонационноспособного ТЭН-а численно определяется большей величиной, чем для гексогена. А исходя из измерений метательной способности такого быть не может. Песочная проба была некогда очень популярной в США, но сейчас ее уже в литературе не встретить.

Метод стальных пластинок — достаточно капризный метод определения бризантности, тем не менее, постепенно доведенный до ума и сейчас широко используемый. Цилиндрический заряд ВВ просто ставят на пластинку из мягкой стали, установленной на массивной металлической плите и подрывают. По объему каверны судят о бризантном действии ВВ. Однако точное измерение ее объема в недавнем прошлом являлось не такой простой задачей, как кажется на первый взгляд. Это только сейчас буржуи выпускают специальные приборы для сканирования и вычисления объема каверны. Вдобавок стальные пластинки должны быть проверены, т.к. прочностные параметры разных партий стали могут более (у нас) или менее сильно отличаться (у них).

Фугасность.

Определяет способность продуктов взрыва производить работу при определенной степени расширении. Зависит, в первую очередь, от теплоты взрыва и объема выделяющихся при взрыве газов. В интернетах ходит статейка (с примером бетонной плиты, помните там - «ударить кувалдой» - типо бризантность, отшвырнуть - фугасность), из которой получается, что бризантность и фугасность - принципиально разные эффекты.

На самом деле, фугасность и бризантность это 2 стороны одного эффекта — расширения продуктов взрыва. Просто бризантность — это разрушительное действие взрыва при степенях расширения до 10 (отношение объема продуктов взрыва к первоначальному объему ВВ), а фугасность — разрушительный эффект при степенях расширения порядка 1000. Соответственно, если за счет бризантного действия происходит дробление объекта, то за счет фугасного — унос продуктов дробления за пределы эпицентра. На данный момент, фугасность меряется тремя способами: при помощи бомбы Трауцля, за счет подрыва в баллистической мортире и подрывом в баллистическом маятнике. Если вспомнить аналогию с легкой атлетикой – самыми фугасными будут те ВВ, которые «выкладываются» на средних и (с оговоркой) больших дистанциях. С оговоркой – потому, что бомбой Трауцля эффективность термобарических и объемно-детонирующих смесей корректно померять нельзя.

72

Рисунок 21 Бомба Трауцля

Бомба Трауцля это такой свинцовый цилиндр 200х200 мм с глухим отверстием по оси симметрии. В отверстие помещается 10-ти граммовая навеска испытуемого ВВ, капсюльдетонатор и песочная или водяная забивка, не позволяющая газам вылететь не совершив работы. По увеличению объема отверстия с образованием полости судят об эффективности ВВ. Метод вполне удачный лишь для промышленных ВВ при плотностях порядка 1 г/см3. Из недостатков: результат зависит от степени измельчения ВВ, да и навеска ВВ слишком мала для получения адекватного результата, ведь критический диаметр детонации некоторых фугасных и малочувствительных ВВ составляет порядка 50 мм.

Для измерения работоспособности также была придумана мортира, подвешенная на маятнике. Мортира затыкается стальным цилиндром. При подрыве 10-ти граммового заряда ВВ цилиндр выскакивает и по закону импульса мортира отклоняется. Степень отклонения измеряется относительно 10-ти граммового заряда тротила. Ввиду несколько разных принципов измерения, результаты метода Трауцля могут не совпадать с более комплексными результатами измерения в мортире. Вдобавок не совсем понятно, чего хотят добиться при измерении работоспособности в маятнике и мортире. Если трауцль-тест хоть как то приближен к взрыву в породе, то тесты со всякими мортирами оказываются «сами по себе».

Плотность.

А вот дошли до параметра реально сказывающегося на мощности обычных ВВ. Плотность различают насыпную (для удобства дозирования больших объемов) и максимальную (плотность монокристалла). Кроме того, вещество можно запрессовать до плотностей, близких к плотности монокристалла, хотя достичь ее невозможно. Дело в том, что давление, развиваемое детонацией ВВ равно приблизительно PxD2/4. Где Р — плотность, а D – скорость детонации. Скорость детонации с увеличением плотности растет линейно, поэтому в первом приближении можно считать, что давление детонации имеет кубическую зависимость от плотности. И это действительно так. При дизайне молекул перспективных ВВ достижению максимально возможной плотности уделяется самое пристальное внимание. Пожалуй даже наибольшее среди любых других параметров. За примером ходить далеко не надо. Возьмем, к примеру, гексоген и октоген — оба идентичны по своему элементному составу и практически не отличаются по энтальпии образования. Зато октоген на 0.14 г/см3 плотнее. И эти самые 0.14 г/см3 выражается в 10-15% увеличении глубины пробоины в кумулятивных зарядах. Поэтому очевидно, что любое высокомощное ВВ будет обладать высокой плотностью. И ученые мужи стараются ее увеличить. В квантовохимических методах расчета они прогнозируют плотности 2.4 г/см3 (вещество DTTO), 2.6 г/см3

73