Глава I. Понятие о взрыве и взрывчатых веществах

Под взрывом понимают очень быстрое выделение энергии в резуль­тате физических, химических или ядерных изменений взрывчатого ве­щества (ВВ).

При взрыве 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 пр.).

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 метров в секунду (от 1 до 9 тыс. м/с). Огромное разрушающее действие взрыва обуславливается 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 различных 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 объем образующих­ся газов приближается к объему заряда, что объясняет возникновение гигантского скачка давления и температуры. Если при горении давление газов может достигать нескольких сотен мегапаскалей (при условии замкнутого пространства), то при детонации - до 20,0 - 30,0 ГПа (2,5 млн. атм.) при температуре 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/сек. 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 разрушения и пробивание преград, сопри­касающихся с зарядом или близко от него расположенных по всем нап­равлениям.

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 достиг 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) твердые (тротил, мелинит, гексоген, пластит); 5) аэрозольные (капли масла, бензина и проч. в воздухе); 6) смеси.

Существует следующая техническая классификация ВВ: 1) первичные, или инициирующие; 2) вторичные, или бризантные (дробящие); 3) метательные, или пороха; 4) пиротехнические смеси.

Инициирующие ВВ особо чувствительны к механическим и температурным воздействиям, поэтому очень легко взрываются. Обычно они используются для возбуждения (инициирования) взрыва вторичных ВВ, порохов и пиротехнических составов. Для этих целей они применяются в капсюлях-воспламенителях и капсюлях-детонаторах. Наиболее часто ис­пользуются азид свинца, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС, стифнат свинца), гремучая ртуть и др.

Бризантные ВВ являются основным классом ВВ, применяемых для  снаряжения мин, снарядов, гранат, бомб и для производства взрывных работ. Наиболее распространенным ВВ этого типа является тротил (тринитротолуол, тол). Скорость его детонации - 6700 м/сек. Промышленностью тротил выпускается в виде шашек массой 75, 200 и 400 г. Милинит (пикриновая кислота) выпускается в виде шашек. К веществам повышенной мощности относят тетритол, гексоген, октоген, ТЭН, пластит. Веществами пониженной мощности являются: аммонийная селитра, аммонал и аммотол (смеси тротила и аммиачной селитры), динамоны. Старые ВВ: нитроглицерин  (ВВ на основе нитроглицерина, например гремучий  студень),  динамит,  пироксилин (см.  приложение № 2).

Метательные вещества, к которым относятся черный порох (75% - калийная селитра, 15% - уголь, 10% - сера), бездымные пороха (пироксилиновые и нит­роглицериновые), обычно не детонируют, а горят па­раллельными слоями. Скорость их горения (вспышка) в 10-100 раз меньше, чем время детонации  (в определенных условиях могут детонировать). Применяются в качестве "вышибных зарядов" в различного рода устройствах как военного, так и гражданского назначения, а также для метания снарядов, пуль стрелкового оружия и в качестве ракетного топлива.

Пиротехнические составы представляют собой механические смеси, предназначенные для снаряжения изделий в целях получения различных эффектов. Основной вид взрывчатого превращения смесей - горение, однако не­которые составы могут детонировать. Состоят они из горючих материалов, окислителей, связывающих веществ и различных добавок. В военном деле и других отраслях применяются осветительные, фотоосветительные, трассирующие, сигнальные, зажигательные, помехообразующие, дымовые, термитные и другие пиротехнические составы. Основными компонентами пи­ротехнических составов являются: горючее, окислитель и цементатор.

Для возбуждения детонации вторичного (бризантного) ВВ требу­ется значительное внешнее воздействие в виде очень сильного удара (например, для толовой шашки скорость инициирующего удара должна быть не менее 1500-2000 м/с). Такой удар осуществляется при взрыве де­тонатора, а иногда и вспомогательного заряда, требующих для своего инициирования значительно меньшего удара или небольшого разогрева­ния.

В качестве детонаторов используют:

а) капсюли- воспламенители;

б) капсюли-детонаторы;

в) капсюли для ручных гранат;

г) электродето­наторы и электровоспламенители;

д) различные взрыватели (для мин, снарядов, авиабомб).

Особую группу составляют воспламенительные средства инициирования взрыва: 1) огнепроводный (бикфордов) шнур - ОШ; 2) детонирующий шнур - ДШ (со скоростью детонации 7000-8000 м/с).