книги из ГПНТБ / Покровский Г.И. Взрыв и его применение

взрывчатого вещества не взорвется,

т. е. пока он полностью не превра­

тится во взрывные газы (рис. 1,а).

Взрыв может возникнуть не только при выделении энергии, за­ ключенной во взрывчатом веществе.

Известно много других случаев,

когда достаточно быстрое выделение энергии также приводит к взрыву.

Например, если через тонкую проволоку пропустить очень силь­ ный электрический ток, то проволока почти мгновенно настолько разо­ греется, что металл проволоки рас­ плавится и испарится и полученные пары металла разлетятся во все сто­ роны. При этом возникнет звук и мо­ гут произойти такие разрушения, ко­ торые соответствуют действию взры­

В настоящее время весьма полез-

ной формой использования электрического заряда является электроискровая обработка прочных металлов, предложен­ ная Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко. Сущность этого способа состоит в том, что в электрическом контуре постоян­ ного тока путем присоединения параллельно искровому разряднику емкости и индуктивности (рис. 2) создаются вы­ сокочастотные колебания, дающие поток быстро следующих

9

друг за другом искр; эти искры постепенно разрушают лю­

бой металл и позволяют производить его тонкую и слож­

ную обработку.

имеется еще много нерешенных или только совсем недавно

молнии о преграду. При этом возникает ослепительно яр­ кий огненный шар, легко переносимый ветром, издающий своеобразное шипение и как бы насыщенный каким-то ин­ тенсивным внутренним движением. Если шаровая молния встречает какую-либо преграду, несколько тормозящую это внутреннее движение, она взрывается с большой силой.

Многочисленные попытки выяснить сущность шаровой молнии в течение долгого времени не были успешными. Много внимания исследованию этого редкого и любопыт­ ного явления природы уделял советский физик Я. И. Френ­ кель. Исходя из его предпосылок, В. А. Белоконь, будучи еще студентом физико-технического института, предложил следующее объяснение шаровой молнии.

При пробивании обычной молнией атмосферного воз­ духа движется компактная группа электрически заряжен­ ных частиц. Если этот поток заряженных частиц встречает преграду, то он несколько тормозится и преобразуется в кольцевой вихрь. При этом вследствие электрического при­ тяжения снаружи образуется оболочка, состоящая из ча­

стиц, несущих противоположный электрический заряд

10

(рис. 3). Силы электрического притяжения стремятся сбли­

зить частицы, несущие противоположные электрические за­ ряды. Однако центробежные силы, возникающие в кольце­ вом вихре, в течение некоторого времени могут удерживать электрические заряды от мгновенного соединения. Если та­ кие условия создались, то возникает устойчивая шаровая молния. Лежащий в ее основе кольцевой вихрь постепенно теряет скорость вращения вследствие трения об окружаю­

того вещества наблюдается ряд интересных электромагнит­ ных процессов. Частицы взрывных газов несут значитель­ ные электрические заряды. При расширении газов потоки частиц движутся, как правило, неравномерно. Струи газов,

несущие заряд одного знака, могут резко вырываться впе­

ред, в то время как массы газов, несущие заряд другого знака, отстают. Это приводит к появлению меняющихся в пространстве электромагнитных полей и излучению во все стороны мощного, но весьма кратковременного электромаг­ нитного импульса (рис. 4).

Можно предполагать, что со временем, когда описан­ ным явлением научатся должным образом управлять, бу­ дут созданы специальные радиопередатчики, прямо преоб­ разующие определенную долю энергии взрыва в кратковре­ менный, но весьма мощный электромагнитный импульс или серию импульсов. Такие радиопередатчики, очевидно, мо­

гут представлять интерес для телеуправления и автома-

тики. Здесь имеется необозримое поле деятельности для

ученых, инженеров, техников, изобретателей и рационали­ заторов.

Можно привести и другие примеры взрыва без взрывча­ того вещества. Так, если быстро движущееся тело ударяет­ ся о достаточно прочную преграду, то оно разрушается и сильно разогревается (см. рис. 1, в); происходят такие яв­ ления, которые напоминают обычный взрыв. Поэтому, если

осталась воронка, напоминающая воронку, которая полу­ чается при взрыве больших зарядов взрывчатого вещества.

К явлениям с большой концентрацией энергии отно­ сится также кавитация.

Что это за явление?

Иногда при недостаточно правильно выбранной форме лопастей корабельных гребных винтов, лопаток гидравли­ ческих турбин и в ряде других случаев поток воды около таких деталей начинает пульсировать. Это означает, что давление в потоке периодически то возрастает, то падает. При резком понижении давления в воде образуются много­ численные небольшие пузырьки, заполненные водяным па­

ром; вода в этих местах как бы вскипает. Когда давление вновь резко повышается, эти пузырьки сжимаются и исче-

12

Появление кавитационных пузырьков. Детали гидравличе­ ских машин должны строиться со строгим соблюдением всех требований, обеспечивающих течение воды без возникнове­ ния в ней пульсаций давления.

Но не во всех случаях кавитационные явления следует считать вредными. При правильном управлении ими они

могут принести большую пользу. Например, при электро­ искровом способе обработки на металл действует искровой разряд, протекающий в масле или иной жидкости, сопри­ касающейся с металлом. В этом случае в жидкости также получаются пульсации давления, в результате чего своеоб­

разные кавитационные процессы разрушают обрабатывае­

мый металл в соответствующем месте.

Вероятно, можно было бы для обработки материалов

кавитацией применить направленное воздействие ультра­ звуковых колебаний в соответствующей жидкости. Такие колебания можно вызвать электрическим током высокой частоты, действующим на кристалл кварца и на другие ве­ щества.

В будущем кавитация станет гибким и мощным средст­ вом обработки материалов. Можно предполагать, что она найдет широкое применение при обработке твердых метал­ лов и горных пород высокой прочности. В частности, это

даст возможность отказаться от дорогих алмазных буров. Все сказанное позволяет сделать вывод, что кавитация,

т. е. концентрация энергии при смыкании полостей, пред­ ставляет собой очень важное явление в области повышения

концентрации энергии. Она, подобно другим видам взры­ вов,— своеобразный трансформатор энергии, который имеет различные перспективы применения в науке и технике.

Колоссальные количества энергии выделяются при пре­ вращениях атомных ядер — весьма малых частиц, находя­ щихся в центре атомов. Так, при делении ядер атомов од­ ного килограмма химически чистого элемента урана выде­

ляется столько же энергии, сколько дают при взрыве 20 000 тонн взрывчатого вещества — тротила. Превращения атомных ядер положены в основу атомных и термоядерных взрывов.

Внедрах земного шара также имеются запасы энергии,

вчастности запасы, связанные с напряжениями в горных

породах, которые иногда выделяются мгновенно в виде сильных взрывов. В некоторых случаях такие взрывы про­ исходят и возле поверхности земли. Известен, например, взрыв вулкана на острове Кракатау в 1883 г., когда масса

14

раздробленных скал объемом в несколько десятков кубиче­ ских километров была брошена в воздух, а вулканическая пыль поднялась на высоту до 80 километров. В результате

взрыва большая часть острова оказалась разрушенной и на

месте разрушенной части образовалась впадина глубиной

до 280 метров.

Наконец, можно указать на колоссальные взрывы неко­ торых звезд, которые иногда можно видеть в окружающей вселенной. Эти взрывы обусловлены быстрым выделением энергии атомных ядер. При этом образуются облака раска­

ленных газов, расширяющиеся на сотни миллионов кило­ метров.

Таким образом, взрывы достаточно широко распростра­

нены в природе и технике. Они связаны как с выделением энергии, заключенной во взрывчатых веществах, так и с выделением энергии при других различных явлениях.

В дальнейшем мы не будем, однако, останавливаться на различных видах взрыва, так как считаем подробное озна­ комление со взрывом обычных взрывчатых веществ доста­ точным для понимания других видов взрыва.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЛАВНЕЙШИХ ВИДАХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Взрывчатые вещества относятся к неустойчивым хими­

ческим соединениям, способным, разлагаясь, выделять теп­ лоту и преобразовываться при этом в газ.

Взрывчатые вещества распадаются на две груп­ пы — однородные вещества и смеси.

Однородные взрывчатые вещества состоят из мельчай- / ших частиц — молекул, пост- (

ческой активностью. Атомы азота как бы разделяют атом­

ные группы. Если тем или иным способом освободить атомы

азота, то атомные группы Ai и Аг соединятся друг с дру­ гом, выделяя значительное количество энергии.

15

Взрывчатые вещества второго рода — смеси — характе­ ризуются тем, что взаимодействующие друг с другом мо­ лекулы существуют самостоятельно и входят в состав ве­ ществ-частиц, образующих смесь. При взрыве эти молекулы соединяются потому, что частицы смеси разрушаются и испаряются. В результате этих процессов возникает газ, имеющий высокое давление и высокую температуру.

Взрывчатые вещества различны по своему химическому

составу, физическим свойствам и состоянию. Известно мно­ го взрывчатых веществ, представляющих собой твердые тела. Менее распространены, но так же разнообразны жид­ кие взрывчатые вещества. Взрывчатыми веществами могут быть и газы, например смеси воздуха с парами бензина или с горючими газами. Так, смесь воздуха с газом мета­

ном приводит к взрывам в шахтах, если в них не обеспе­

чена правильная вентиляция. Наконец, взрывчатым веще­ ством может быть воздух, смешанный с пылью горючего

значительных разрушений и пожаров.

Одним из наиболее распространенных взрывчатых ве­ ществ является тротил. Он обычно выпускается в виде прямоугольных шашек светло-желтого или светло-коричне­ вого цвета весом 75, 200 и 400 граммов. Из тротила можно изготовить заряды, расплавляя его в сосудах, нагреваемых

паром или кипящей водой. Непосредственно нагревать тро­

тил огнем нельзя из-за опасности взрыва. Порошкообраз­ ный тротил можно прессовать при достаточно больших дав­ лениях.

Тротил взрывается при помощи капсюля-детонатора, помещаемого в канал, сделанный для этого в заряде. Если заряд тротила литой, то необходимо иметь вспомогатель­ ный заряд из прессованного тротила. При взрывании под водой тротил не теряет своих взрывчатых свойств.

Широко распространены различные виды взрывчатых веществ, называемых аммонийноселитренными. Это — смеси тротила с аммиачной селитрой или с другими добав­

ками. Если добавляется алюминиевый порошок, то полу­ чается смесь, называемая аммоналом; если в смеси

содержится значительное количество тротила, то смесь на­ зывается аммотолом, и т. д. При взрывах их необхо­ димы вспомогательные тротиловые заряды. Все аммонийноселитренные взрывчатые вещества требуют тщательного

16

предохранения от влаги, так как в увлажненном состоянии они не взрываются.

К мощным взрывчатым веществам относится гексо­ ген— твердое вещество белого цвета. Из-за большой чув­ ствительности гексогена к удару он в чистом виде обычно не применяется, а используется в сплаве с тротилом; в сплав иногда добавляют алюминиевый порошок. Эта смесь

является одним из наиболее мощных взрывчатых веществ

и идет преимущественно на снаряжение боеприпасов.

Как указывалось, для взрыва взрывчатых веществ не­ обходимо первоначальное воздействие в виде взрыва кап­ сюля-детонатора, содержащего особые взрывчатые веще­ ства, называемые инициирующими. Эти вещества весьма чувствительны к удару и нагреванию; к ним относятся, на­

пример, г р е м уч а я ртуть и азид свинца. Большое значение при производстве, хранении и ис­

пользовании взрывчатых веществ имеет техника безопас­ ности. В первую очередь необходимо исключить возмож­ ность случайного инициирования взрыва. Обычные взрывча­ тые вещества безопасны при хранении, так как сами собой они могут взорваться только в таких исключительных слу­ чаях, как, например, пожар. Инициирующие взрывчатые вещества, наоборот, очень легко могут взорваться от самого незначительного внешнего воздействия. Поэтому их необхо­ димо хранить отдельно от обычных взрывчатых веществ и малыми дозами.

Взрыв может возникнуть и при сильном нагревании. При этом сначала взрывчатые вещества начинают гореть.

Если количество взрывчатого вещества велико, то горение быстро усиливается и может перейти в детонацию. Это обусловлено тем, что температура и давление внутри боль­ шой массы взрывчатого вещества при горении быстро ра­ стут, что приводит к возникновению и распространению волны детонации.

Взрывчатые вещества должны храниться, перевозиться и применяться в строгом соответствии со специальными правилами и инструкциями, нарушение которых в СССР

карается законом.

КАК ПРОИСХОДИТ ВЗРЫВ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Все взрывчатые вещества, как бы сильно они ни отлича­ лись одно от другого по своему химическому составу и фи- 1 зическим свойствам, взрываются по существу одинаково.

17

Взрыв возникает в результате резкого сжатия небольшой части взрывчатого вещества от удара каким-либо движу­ щимся телом, от электрического взрыва или взрыва какого-

либо другого заряда.

Сущность процесса распространения взрыва, или дето­

нации, была впервые выяснена известным русским химиком

Н. Н. Зининым во второй половине XIX века и подробно разработана в начале XX века профессором Московской сельскохозяйственной академии В. А. Михельсоном.

Детонация передается через взрывчатое вещество сле­

дующим способом. При инициировании, т. е. при возбуж­ дении взрыва, в некоторой части заряда происходит силь­ ное сжатие взрывчатого вещества. Сжатие может быть

произведено при помощи удара быстро движущегося тела, путем воздействия взрывных газов другого взрыва, напри­ мер, при пережигании электрическим током тонкой прово­ лочки. При сильном сжатии взрывчатого вещества затра­ чивается большое количество механической энергии, значи­ тельная часть которой переходит в теплоту.

Можно привести много примеров, когда сильное сжа­ тие приводит к нагреванию. Например, при сжатии смеси воздуха и паров горючего в цилиндрах автомобильного дви­ гателя смесь сильно нагревается. В дизеле такое нагрева­

ние столь значительно, что смесь горючего и воздуха вос­ пламеняется сама собой без дополнительного зажигания.

Нечто подобное получается и во взрывчатом веществе. Путем сильного сжатия давление и температура во взрыв­ чатом веществе могут быть подняты до такого предела, при котором происходит быстрый переход взрывчатого ве­ щества во взрывные газы. Взрывные газы получают боль­

шой запас энергии, выделяемой при их образовании. В ре­ зультате давление и температура газов оказываются очень большими. Кроме того, взрывные газы образуются чрезвы­

чайно быстро. Поэтому они производят резкий удар по со­ седним слоям взрывчатого вещества. Эти слои в свою оче­ редь от удара сжимаются и разогреваются, что приводит к превращению их во взрывные газы. Таким образом, сжатие, обусловленное выделением взрывных газов, очень быстро передается от слоя к слою внутри заряда взрывчатого ве­ щества.

Детонация отличается от горения прежде всего спосо­

бом передачи реакции разложения. Нормальное горение распространяется благодаря процессам диффузии тепла и вещества из пламени в массу горючего. Этот процесс

18