Явление детонации взрывчатого вещества и методы определения скорости ее распространенияОсновные положения теории детонации были сформулированы в 1889 году русским физиком В.А.Михельсоном. Дальнейшее развитие теория детонации нашла в трудах советских учёных Ландау Л. Д., Зельдовича Я.Б., Станюковича К.П. и др. Детонация - самораспространяющийся процесс чрезвычайно быстрого химического превращения вещества. Рассмотрим, при каких условиях возможна детонация ВВ. Опыт показывает, что, если поджечь шашку тротила на открытом воздухе, то она горит сильно коптящим пламенем, но не взрывается. В этом случае процесс горения идет очень медленно, так как тепло от слоя к слою взрывчатого вещества передается со скоростью, зависящей только от теплопроводности тротила. Чтобы возможна была детонация, необходимо найти такой способ передачи тепла от слоя к слою, который протекал бы со скоростью тысяч метров в секунду. Таким процессом может служить передача энергии взрывной или ударной волной. Суть процесса состоит в следующем: если очень резко ударить по шашке тротила бойком или быстродвижущимися газами, то есть - продуктами взрыва другого взрывчатого вещества, то поверхностный слой шашки сильно сожмется и от сжатия нагреется до высокой температуры. В этом слое произойдет химическая реакция (а повышение температуры участвующих в реакции компонентов на 10° ускоряет ход реакции в два-четыре раза). Благодаря высокой температуре и давлению, скорость реакции будет очень большой, поэтому и давление образовавшихся при реакции газов будет очень высоким, а их действие - подобно резкому удару. Под давлением газов сожмется следующий слой, в котором также быстро произойдет реакция и так далее. Повторяющийся процесс следующих один за другим явлений - удар, сжатие, нагрев, взрывчатое превращение - все это и составляет сущность действия ударной волны. Распространяясь по веществу, ударная волна сжимает его в своем фронте до очень высоких давлений (порядка десятков и сотен тысяч атмосфер), и за счет этого выделяется очень большое количество тепла (температура возрастает до 1000–1200К), в результате чего происходит химическая реакция (время возбуждения и завершения реакции составляет 10-6 – 10-7 с). Выделяющаяся тепловая энергия при этом поддерживает параметры ударной волны на максимально высоком уровне, и она становится стационарной. Такая волна называется детонационной. Детонационная волна в зависимости от индивидуальных свойств вещества может распространяться со скоростью от сотен м/с до нескольких км/с. (Например: скорость распространения детонационной волны в тротиле достигает 8500 м/сек). Таким образом, из существа детонации следует, что вызвать такой процесс можно только очень резким ударом, причем более резким, чем, например удар пули. Для возбуждения детонации некоторых ВВ, малочувствительных к механическим воздействиям, используется взрыв других ВВ - инициаторов взрыва (инициирующих взрывчатых веществ). Средства, наполненные инициирующими взрывчатыми веществами, при помощи которых возбуждается детонация, называются детонаторами. Детонатор (капсюль-детонатор) создает в заряде ударную волну. Скорость распространения детонации по заряду постоянна и максимально возможная для данного взрывчатого вещества. Скорость детонации зависит от вида и состояния взрывчатого вещества, и совершенно не зависит от внешних условий (скорость детонации тротила - 6700 м/сек, нитроглицерина – до 8200 м/сек). Величина скорости детонации зависит: от природы взрывчатого вещества; от плотности и геометрических размеров заряда взрывчатого вещества; от наличия и состава примесей. Природа взрывчатого вещества определяется его характеристиками, в том числе теплотой взрыва. Чем больше теплота взрыва, тем выше скорость детонации в пропорции С повышением плотности заряда ВВ увеличивается скорость детонации (табл. 2.4). Это объясняется тем, что при увеличении плотности ВВ уменьшается относительное рассеивание энергии во внешнюю среду, и с меньшей потерей энергии осуществляется переход детонационной волны от слоя к слою.
С увеличением диаметра заряда (рис. 2.2) скорость детонации растет до определенной величины и при некотором значении диаметра (dпр) она достигает максимума. При дальнейшем увеличении диаметра скорость остается постоянной. Поэтому такой диаметр называется предельным.
Если диаметр заряда меньше некоторого критического, то детонация невозможна (dкр). Даже при использовании очень мощного инициирующего импульса детонация затухает. Это объясняется действием боковых волн разгрузки, перехватывающих часть зоны химических реакций в детонационной волне и приводящих к разбросу вещества. Вследствие этого реакция в зоне химических реакций завершаются не полностью, и детонация не возникает. Критический и предельный диаметры зависят от природы ВВ, плотности заряда и массы оболочки (снаряда, головной части). Оболочки, окружающие заряд ВВ, ослабляют действие волн разгрузки и боковой разлет продуктов детонации. Поэтому с увеличением массы оболочки уменьшаются значения величин dкр и dпр и, соответственно величина скорости детонации. Примеси к ВВ инертных (невзрывчатых) веществ снижают скорость детонации. Они затрудняют передачу детонации от слоя к слою ВВ и берут на себя часть энергии, понижая тепловой эффект взрывчатого превращения. Металлические примеси хотя и увеличивают теплоту взрыва, но уменьшают скорость детонации. Так, введение в тротил 26% порошкообразного алюминия увеличивает теплоту взрыва на 40% и одновременно снижает скорость детонации на 7%. Это объясняется тем, что взаимодействие алюминия с продуктами взрыва происходит за фронтом ударной волны, а в зоне химических реакций алюминий проявляет себя как инертная смесь. Величину скорости детонации можно определить экспериментальным (опытным) путем. В настоящее время применяются сравнительный, оптический и хронометрический методы измерения скорости распространения детонации. По методу Дотриша (сравнительный метод) определение скорости детонации ВВ основано на сравнении её с известной скоростью детонации детонирующего шнура (рис. 2.3). Заряд испытуемого ВВ длиной 30 - 40 см помещается в трубку, в боковой торец которой устанавливается электродетонатор. К заряду на строго определённом расстоянии (L = 0,2 - 0,3 м)присоединяются концы детонирующего шнура длиной около 1 метра. Середина шнура укладывается на свинцовую пластину и отмечается на ней точкой (точка О ).
При возбуждении детонации заряда ВВ справа детонация распространяется по заряду ВВ и по детонирующему шнуру (как показано стрелками). Встреча детонационных волн в детонирующем шнуре на свинцовой пластине делает отпечаток, смещённый от середины шнура влево ( l ). Измерив величину этого смещения рассчитывают скорость детонации заряда ВВ по формуле:
Точность измерения скорости детонации методом Дотриша составляет 3-5%. Оптический метод измерения основан на фотографировании изображения светящегося фронта детонационной волны, отклоняющегося вращающимся зеркалом, на светочувствительную пленку скоростного фоторегистра (СФР-2М). На плёнке фотографируется развертка (рис. 2.4). Скорость детонации рассчитывается по формуле:
Зная постоянную прибора (С), число оборотов зеркала (n), коэффициент уменьшения прибора (ß;) и угол ф на фотоплёнке, рассчитывают величину скорости детонации. Точность оптического метода составляет 1,0 – 1,5%.
Хронометрический метод определения скоростидетонации основан на измерении промежутка времени τ; прохождения фронтом детонационной волны участка заряда заданной длины l. Средняя на данном участке заряда скорость детонации определяется как отношение длины заряда ко времени прохождения (1/τ;). База измерения между двумя проволочными датчиками (рис. 2.5) составляет 2 – 3 см. Измерение времени осуществляется с помощью электронного измерителя времени (ИВ–22). Прибор ИВ–22 дает спиральную развертку времени (рис. 2.6), состоящую из пяти витков с метками времени через 0,2 мкс. При прохождении детонационной волны по заряду взрывчатого вещества, проволочные датчики поочередно замыкают электрические цепи и на развертке появляются два всплеска, как показано на рисунке. Развертка фотографируется. По фотографии определяется время τ;, и рассчитывается величина скорости детонации. Максимальная ошибка однократного определения скорости детонации не превышает ±2,0%.
Детонация взрывчатого вещества может произойти не только при непосредственном соприкосновении детонатора и основного взрывчатого вещества, но и на некотором расстоянии. Это явление называется детонацией через влияние. Заряд, возбуждающий детонацию называется активным зарядом, а заряд, в котором детонация возбуждается называется пассивным. Детонация через влияние передается действием продуктов взрыва или ударной волны. Передача детонации на расстояние оценивается наибольшим предельным расстоянием, которое зависит от многих факторов и рассчитывается по формулам. Расстояния передачи детонации довольно значительные, поэтому по требованиям взрывобезопасности, на базах и складах определяют безопасные расстояния между хранилищами с боеприпасами (от 100 до 400 м). Исходя из величины расстояния планируют размещение боеприпасов и ВВ на хранение, определяют предельную загрузку каждого хранилища боеприпасами и их элементами.
|
.
,
,
