Понятие о взрыве и взрывчатых веществах

Взрыв представляет собой очень быстрое выделение энергии в результате физических, химических или ядерных изменений вещества. При этом всегда происходит расширение исходного вещества или продуктов его превращения, вследствие чего возникает очень высокое давление, вызывающее разрушение и перемещение окружающей среды.

Исходными видами энергии взрыва могут быть физическая, химическая и ядерная.

К разновидностям физических взрывов относят: 1) кинетический (метеорит); 2) тепловой (взрыв котла, автоклава); 3) электрический (молния, электрический разряд); 4) упругое сжатие (землетрясение, замерзание воды в резервуаре, разрыв автомобильной шины и проч.).

Химический взрыв - это импульсный экзотермический химический процесс перестройки (разложения) молекул твердых или жидких взрывчатых веществ с превращением их в молекулы взрывных газов. При этом возникает очаг высокого давления и выделяется большое количество тепла. Способностью к взрыву обладают лишь некоторые вещества, называемые взрывчатыми (ВВ). Процесс разложения ВВ может происходить относительно медленно - путем горения, когда наблюдается послойный разогрев ВВ за счет теплопроводности, и относительно быстро - посредством детонации (сверхзвуковое ударно-волновое разложение химического, взрывчатого вещества).

Если скорость первого процесса измеряется сантиметрами, иногда - сотнями метров в секунду (у черного пороха - 400 м/с), то при детонации скорость разложения ВВ измеряется тысячами м/с (от 1 до 9 тысяч). Огромное разрушающее действие взрыва обусловливается тем, что энергия при взрыве выделяется очень быстро. Так, например, взрыв 1 кг ВВ происходит за 1-2 стотысячные доли секунды. Скорости горения и детонации у разных ВВ строго постоянны. Особенности импульсного разложения ВВ положены в основу их подразделения на метательные (пороха), инициирующие и бризантные (дробящие). В зависимости от силы и характера внешнего воздействия некоторые ВВ могут как гореть, так и детонировать.

Скорость выделения взрывных газов при разложении ВВ намного превосходит скорость их рассеивания. Масса в 1 кг ВВ образует около 500-1000 литров взрывных газов. Первоначально весь объём образующихся газов приближается к объёму заряда, что объясняет возникновение гигантского скачка давления и температуры. Если при горении давление газов может достигать нескольких сотен мПа (при условии замкнутого пространства), то при детонации - до 20,0-30,0 гПа (2,5 млн.атм) и температуры в несколько десятков тысяч градусов Цельсия. Давление продуктов детонации ВВ в кумулятивной струе может достигать 100,0-200,0 гПа (10-20 млн.атм) при скоростях перемещения до 17,7 км/с. Никакая среда таких давлений выдержать не может. Любой твердый предмет, соприкасающийся с ВВ, начинает дробиться.

Принципиальное различие в механизме распространения взрыва и горения заключается в различной скорости этих процессов: скорость горения всегда меньше скорости распространения звука в данном веществе; скорость взрыва превосходит скорость звука в заряде ВВ. Поэтому взрыв и горение ВВ по-разному воздействуют на внешнюю среду. Продукты горения осуществляют метание тел в сторону наименьшего сопротивления, а взрыв вызывает разрушение и пробивание преград, соприкасающихся с зарядом или близко от него расположенных.

Скорость горения в значительной мере зависит от внешних условий и, в первую очередь, от давления окружающей среды. При увеличении последнего скорость горения возрастает, при этом горение может в некоторых случаях переходить в детонацию.

До определенного расстояния взрывные газы сохраняют свои разрушительные свойства за счет высоких скоростей и давлений. Затем их движение быстро замедляется (обратно пропорционально кубу величины пройденного расстояния) и они прекращают свое разрушительное действие. Есть данные, что поршневое действие газов происходит до тех пор, пока объем не достигает 2000-4000-кратного объема заряда (Покровский Г.И., 1980). Однако, возмущение окружающей среды продолжается и носит главным образом ударно-волновую природу ( Нечаев Э.А., Грицанов А.И., Фомин Н.Ф., Миннулин И.П., 1994). С энергетической точки зрения взрыв характеризуется высвобождением значительного количества энергии в течение очень короткого времени и в ограниченном пространстве. Часть энергии взрыва первоначально растрачивается на разрыв оболочки боеприпаса (переход в кинетическую энергию осколков). Около 30-40% энергии образовавшихся газов расходуется на формирование ударной волны (областей сжатия и растяжения окружающей среды с их распространением от центра взрыва), светового и теплового излучений, на перемещение элементов окружающей среды (Spaccapeli et al., 1985).

В процессе взрыва выделяют следующие стадии: внешний импульс; детонация; внешний эффект (работа взрыва). Все ВВ по агрегатному состоянию делятся на: 1) газообразные (водород и кислород; метан и кислород); 2) пылевоздушные (угольная, мучная, текстильная и т.п. пыль в смеси с воздухом или кислородом); 3) жидкие (нитроглицерин): 4) твёрдые (тротил, мелинит, гексоген, пластит); 5) аэрозольные (капли масла, бензина и проч. в воздухе); 6) смеси.