Глава 2

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗРЫВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИИ¹ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

1. Понятие о явлении взрыва

Взрыв — явление довольно широко распространенное в природе и технике. Внешняя картина взрыва многим хорошо известна: одним — по личным наблюдениям, другим — по кинофильмам и художественной литерату­ре. С действием взрыва связаны разрушения. Он обыч­но сопровождается звуковым эффектом.

При взрыве происходит быстрое физическое, химическое, ядерное или термоядерное превращение вещест­ва, сопровождающееся столь же быстрым переходом возникшей при этом энергии взрыва в энергию сжатия и движения исходного вещества или продуктов его пре­вращения и окружающей среды.

Возможны различные виды исходной энергии взры­ва: тепловая, электрическая, кинетическая, энергия упругого сжатия, ядерная, термоядерная и химическая. Взрывы баллонов со сжатыми газами и паровых котлов могут служить примером взрывов, происходящих за счет тепловой энергии сжатых газов.

Взрыв может произойти при сильном искровом раз­ряде под водой или при пропускании тока большой си­лы через проволоку. При этом электрическая энергия переходит в энергию нагретого и сжатого воздуха и па­ров воды или металла. Примером взрывов, источником которых служит электрическая энергия, являются обычные молнии.

При ударе движущегося с большой скоростью тела о прочную преграду его кинетическая энергия переходит в тепловую.

При достаточной величине этой энергии могут произойти явления взрывного характера. Такие взрывы бывают при падении крупных метеоритов.

Примером взрывов за счет энергии упругого сжатия могут служить землетрясения. Напряжения, возникаю­щие в отдельных участках земной коры, охватывают весьма большие объемы, в которых накапливаются, а затем освобождаются огромные количества энергии. Энергия сильных землетрясений превосходит энер­гию взрыва миллионов тонн обычных взрывчатых ве­ществ.

Мощные взрывы происходят в результате цепной реакции при быстром делении некоторых тяжелых атомных ядер, при этом внутриядерная энергия переходит в кинетическую энергию осколков ядра. Эта энергия на­много больше той, которая выделяется при взрыве обычных BB. Вещество ядерного заряда и его оболочка в ничтожные доли секунды превращаются в раскален­ные газы. Температура и давление этих газов чрезвы­чайно велики: в тысячу раз больше, чем при взрыве обычных BB.

Еще более мощными являются термоядерные взры­вы. При термоядерном взрыве энергия выделяется за счет слияния (синтеза) ядер атомов легких элементов (в частности, изотопов водорода — Дейтерия и трития) с образованием ядер более тяжелых элементов (гелия). Взрывы за счет химической энергии присущи особой группе веществ — взрывчатым веществам.

Взрывчатые вещества обладают относительной тер­модинамической неустойчивостью. Именно благодаря этому они способны под влиянием внешних воздействий к чрезвычайно быстрым химическим превращениям, ко­торые сопровождаются выделением тепла и образова­нием газообразных продуктов.

Уже упоминалось об исключительно большой скоро­сти, с которой BB превращаются в газообразные про­дукты. Большая скорость является необходимым усло­вием взрыва. Скорости взрывных превращений могут достигать 9—10 км/сек.

При совершении механической работы по перемеще­нию или разрушению требуется затратить эквивалент­ное количество тепловой энергии, выделяющейся при химическом превращении взрывчатого вещества. Выде­ление тепла при химической реакции является вторым необходимым условием взрыва.

Для современных взрывчатых веществ теплота взрывного превращения состав­ляет 400—3000 ккал/кг.

Для преобразования теплоты химической реакции в механическую работу необходимо рабочее тело. Таким рабочим телом являются газообразные продукты. При взрыве 1 кг BB выделяется 500—1000 л газов.

Только сочетание трех факторов: большая скорость процесса, выделение большого количества тепла и газо­образных продуктов — делает возможным химический взрыв. При отсутствии хотя бы одного из перечислен­ных факторов взрыва не будет. При горении каменного угля образуется большое количество газов, а тепла вы­деляется в 8 раз больше, чем при взрыве тротила. Однако каменный уголь не способен взрываться, так как превращение его в газообразные продукты происхо­дит в десятки миллионов раз медленнее, чем, например, тротила.

В последующих разделах книги химический взрыв (для краткости принято называть его просто взрывом) будет рассмотрен подробнее.