Жидкие взрывчатые вещества

Твердые взрывчатые вещества (ВВ).

Единый механизм взрыва.

В твердом веществе, в том числе, во взрывчатом веществе (ВВ), в результате инициирующего воздействия от детонатора первоначально в малом объеме вещества образуется локальная зона с высокими параметрами (температура, давление), в которой подведенной энергии достаточно, чтобы произошло разрушение вещества на отдельные молекулы и атомы в виде плазмы.

В каждой такой зоне из точки начала реакции (эпицентра взрыва) пойдет детонационная волна. За волной давления следует волна разрежения. На фронте волны молекулы разрушаются на атомы вследствие высоких динамических параметров, превышающих предел прочности молекулы, а не разрушенные – активируются. В зоне разрежения молекула еще активирована, то есть имеет высокую температуру и давление, поэтому встречая внезапный резкий сброс давления распадается на атомы за счет разности давлений внутри и вне ее.

В плазме освобождающиеся электроны связи становятся свободными электронами – генераторами энергии по алгоритму, описанному для процесса горения. Электрон вырывает из атома мелкую частицу – электрино; электрино отдает избыток своей кинетической энергии соседним атомам путем контактного (ударного) и неконтактного (электродинамического) взаимодействия с ними. Эта энергия, примерно, на семь порядков превышает энергию возбуждения взрыва, и является его основной энергией. Часть энергии идет на самоподдержание реакции взрыва в детонационной волне; часть энергии затрачивается на механический разгон среды и продуктов взрыва, на создание и поддержание ударной и тепловой волны; часть энергии, затраченная на разрушение молекул, вновь возвращается при рекомбинации атомов в продукты реакции взрыва; часть энергии теряется на смешение продуктов взрыва с окружающим воздухом и на его нагрев.

Все стадии взрыва в твердом ВВ: инициация, разогрев и локальная газификация вещества, разлет молекул и образование фронта детонационной волны с высокими параметрами и зоны разрежения – вакуума, разрушение молекул на атомы, их распад на элементарные частицы с выделением энергии, рекомбинация атомов в продукты взрыва – происходят единовременно, почти мгновенно, на фронте детонационной волны, которая распространяется от эпицентра взрыва со скоростью 6...7 км/с.

Следует сказать, что до настоящего времени, согласно специальной литературе по физике взрыва, механизм его осуществления и выделения энергии был неясен и вообще отсутствовал и не разрабатывался, что затрудняло понимание физической сущности взрыва.

Более того, в результате анализа этой литературы создалось впечатление, что авторы, особенно Зельдович Я.Б., старательно обходили вопросы разработки физического механизма, довольствуясь эмпирической обработкой экспериментальных данных, но, не затрагивая интересы физиков или классической физики, которая в том виде как есть, не могла дать ответ на вопрос. Теперь наличие сути механизма взрыва должно способствовать его пониманию, совершенствованию способов предотвращения несанкционированных взрывов и практике защиты от поражающих факторов взрыва.

В жидком веществе практически осуществляется тот же процесс локальных микровзрывов, что и в твердом веществе. Специфическим является то, что резкими колебаниями и сбросом давления, разгоном и растяжением жидкости создают нарушения ее сплошности. Проявляется это в возникновении и схлопывании пузырьков – режима, называемого кавитацией. Кавитация как режим предкипения жидкости возникает при соответствии температуры и давления параметрам насыщенного пара. Рост пузырька происходит постепенно, с затратой небольшой мощности. В то же время, схлопывание пузырька происходит почти мгновенно с выделением всей накопленной энергии в микроскопической зоне его расположения. Поэтому температура и давление возрастают на несколько порядков, что приводит к микровзрыву. Максимальные значения параметров: давление 1,46∙10²³ атмосферы, температура 8,56∙10⁷ К. А дальше все так же, как в твердом веществе: локальная газификация, распад молекул на атомы с освобождением электронов связи, инициация электронами – генераторами распада атомов на элементарные частицы с выделением энергии их связи в этих атомах; детонационная и ударная волны.

Процесс извлечения «избыточной» мощности на основе частичного атомного распада воды получен в теплогенераторах разного типа и описан в /1/. Нет препятствий для использования воды в качестве взрывчатого вещества. При этом, вследствие частичного распада и сохранения химических свойств, атомы вещества рекомбинируют в продукты реакции, образуя снова воду. Ввиду незначительного дефекта массы молекул воды он восстанавливается в природных условиях, чем обеспечивается экология, в том числе, отсутствие радиации.

10.4.3. Газообразные взрывчатые вещества
и объемно-детонирующие смеси.

Известно, что при наличии в атмосферном воздухе горючих газов, жидкостей в виде аэрозолей и твердых веществ в виде пыли, может произойти взрыв. Экспериментальные исследования дают некоторую картину концентраций, приводящих к взрыву (см. таблицу 10.2.) /48/.

В газообразном веществе, в том числе, в объемно-детонирующих смесях (ОДС), происходит каскадная инициация взрыва. На первом такте каким-либо образом, например, при аварии трубопровода или в результате взрыва распыляется в воздухе топливо (жидкое, твердое или газообразное). На втором такте, в распыленное в воздухе топливо, как газообразное ВВ в виде полусферического облака подрывается вторым инициирующим воздействием (искра, удар, взрыв, ЭМИ,...).

В газообразном веществе, в том числе, в объемно-детонирующих смесях (ОДС), происходит каскадная инициация взрыва. На первом такте каким-либо образом, например, при аварии трубопровода или в результате взрыва распыляется в воздухе топливо (жидкое, твердое или газообразное). На втором такте, в распыленное в воздухе топливо, как газообразное ВВ в виде полусферического облака подрывается вторым инициирующим воздействием (искра, удар, взрыв, ЭМИ,...).

Таблица 10.2.

	Вещество	Мах плот-ность, при которой возможен взрыв, г/м^3	Мin температура зажигания, °С	Мах давление, МПа	Мах скорость роста давления, МПа/с
1.	Алюминий * (стружка)			0,88
2.	Стеарат кальция			0,67
3.	Целлюлоза			0,81	55,2
4.	Уголь			0,62	15,9
5.	Кофе (быстрорастворимый)			0,44	3,8
6.	Пробка			0,67	51,8
7.	Эпоксидный клей			0,54	90,2
8.	Мука			0,71	14,1
9.	Железо			0,33	14,5
10.	Магний			0,80	103,5
11.	Нейлон			0,66	27,6
12.	Мыло			0,54	19,4
13.	Сера			0,54	32,4
14.	Титан			0,59	75,9
15.	Пшеничная мука			0,76	25,6
16.	Пшеничный крахмал			0,69	44,9
17.	Древесина	нет данных		0,62	39,3

* Это добавка всего 1 % электронов на 1 м³ воздуха.

Механизм взрыва газообразного ВВ такой же как твердого и жидкого ВВ, аналогичный описанному механизму горения топлива, если энергии возбуждения взрыва достаточно для распада не только молекул кислорода, но и азота, последний так же участвует во взрыве не как балласт, а как равноправный реагент. В газовом облаке взрыв начинается с дефлаграционного горения. Фронт горения, распространяясь сферически, разгоняется за счет самообеспечения энергией до скорости порядка 2 км/с, как правило, не превышающей скорости свободного движения молекул в газе. И тогда возникает детонационное горение и детонационная волна. В облаке диаметром менее 5 м фронт горения не успевает разогнаться до нужной скорости и детонация – взрыв не происходит, но облако выжигается: на этом основан один из методов защиты.

Усиление параметров плазмы для осуществления распада азота может быть достигнуто за счет увеличения энергоподвода во фронте взрыва добавками более энергичного топлива и взрывчатого вещества. Именно этим можно объяснить повышение параметров взрыва обычной ОДС с 2 до 40 МПа. Добавки дают локальные микрозоны плазмы с высокими параметрами, достаточными для разрушения молекул азота на атомы и их участие в процессе энерговыделения при взрыве. При этом собственных электронов связи достаточно для частичного распада азота и кислорода воздуха с повышенным энерговыделением, но без радиации. В качестве продуктов взрыва азота воздуха образуются преимущественно водяной пар, а также – мелкодисперсный графит; если не весь азот прореагировал, то – его остатки и углекислый газ. При избытке электронов в облаке ОДС за счет какого-либо постороннего источника азот и кислород воздуха будут испытывать более полный распад на элементарные частицы с выделением существенно большей (на несколько порядков) энергии взрыва.

Дата добавления: 2015-05-08