В. Красногоров - Подражающие молниям
Теория горения и взрыва — самостоятельная отрасль химической кинетики, имеющая лишь косвенное отношение к теории цепных реакций.
Казалось бы, за десятки тысяч лет, прошедших со времени приручения огня и его широчайшего применения в технике и повседневной жизни, человек должен был изучить сущность горения до мельчайших подробностей. Но обстоятельства сложились так, что о самом древнем союзнике человека мы знаем меньше, чем, например, об электричестве или радиоволнах. На этот парадокс обратил внимание и Семенов:
«В науке об огне мы нередко становимся в тупик перед самыми простыми явлениями. Рациональная конструкция двигателя внутреннего сгорания и даже топки котла встречает больше затруднений, чем конструкция самой сложной динамо-машины или радиоприемника. И по сие время в вопросах, связанных с огнем, мы очень часто должны, уподобившись нашим первобытным предкам, использовать в большей степени примитивный опыт и чутье, нежели рациональное научное знание предмета».
Столетиями пылал огонь на алтаре науки, много жертв было принесено ему учеными разных веков и народов, и все же до самого последнего времени не было ясного понимания этого «простого» явления — горения. И только «всестороннее рассмотрение химических, физических и механических сторон явления в их взаимосвязи с учетом обратных связей позволило сравнительно небольшому коллективу сотрудников Института химической физики... заложить основы современной теории горения и взрывов газов и взрывчатых веществ».
В разработке новой теории Семенов исходил из того, что «всякое горение или взрыв есть прежде всего химическая реакция... Поэтому все явления горения тесно связаны с представлениями и законами химической кинетики, и прежде всего — со скоростью химической Реакции, протекающей в неизотермических условиях (т. е. при неодинаковой температуре)». Количественная теория теплового взрыва была разработана Семеновым еще в 1928 году в упоминавшейся уже статье «К теории процессов горения». В последующее десятилетие он дал математическую формулировку самовоспламенения — возникновения тепловой самоускоряющейся лавины. Тогда же были установлены закономерности распространения пламени и взрывной волны.
Классическая теория детонации Бертло не учитывала кинетику взрывных реакций и не могла поэтому объяснить некоторых важных свойств взрывчатых веществ. Вот один простейший пример. По теории детонации упругие волны сжатия должны лучше всего распространяться в плотных сплошных телах. Между тем известно, что порошкообразные взрывчатки значительно чувствительнее к взрыву, чем литые или прессованные. Даже одно из самых легковзрывающихся веществ — гремучая., ртуть, если ее сильно спрессовать, при поджигании не детонирует, а спокойно сгорает. Исследованиями советского нобелевского лауреата и его школы было установлено, что «во многих случаях детонация взрывчатых веществ происходит не из-за детонационной волны, а в результате поджигания впереди лежащих крупинок вещества раскаленными газами, появляющимися от сжигания предыдущих».
Сотрудники Института химической физики Ю. Б. Харитон и А. Ф. Беляев поместили в глубоком вакууме над расстоянии сорока сантиметров друг от друга две крошечные крупинки азида свинца и взорвали одну из них. Из-за отсутствия воздуха и всякой другой материальной среды передача энергии взрыва детонацией не могла, иметь места. Тем не менее второе зернышко азида свинца взорвалось практически одновременно с первым. Выяснилось, что взрыв второй крупинки произошел от удара мельчайших осколков первой крупинки, весивших всего около одной стомиллионной миллиграмма.
Работами Н. Н. Семенова, Ю. Б. Харитона, А. Ф. Беляева теория и практика возбуждения взрыва продвинута далеко вперед. И все же взрыв — настолько сложное явление, что даже сегодня он далеко еще не изучен до конца.
МИРНЫЙ АРСЕНАЛ
Какими же свойствами должна обладать «самая лучшая», идеальная взрывчатка? Ответить на этот вопрос как будто бы нетрудно: прежде всего она должна быть как можно более мощной. Однако опыт убедительно доказывает, что одного этого качества явно недостаточно. Взрывчатое вещество не может иметь права на жизнь, если оно несет смерть всем, кто с ним соприкасается. Оно должно быть совершенно безопасно всегда и везде — и при его производстве, и при хранении, и при перевозке, и при использовании. Многие современные взрывчатки можно поджигать, бросать их с любой высоты, хоть с самолета, бить по ним кувалдой, стрелять в них — они перенесут любые пытки, но ничем не выдадут своей способности к взрыву.
Однако во всем нужна мера — даже в нечувствительности. Если эта мера будет перейдена, то нам не Удастся взорвать заряд. Чрезмерная «бесчувственность» взрывчатых веществ обращается в их немалую опасность. Если заряд не взорвался от детонатора (взрывники говорят в таких случаях, что произошел отказ), то это не только нарушает рассчитанную заранее стройную картину взрыва, но и вызывает тягостную необходимость ликвидации отказа — повторного взрыва заряда, что связано с большим риском. Невзорвавшийся заряд часто завален углем или гранитом, доступ к нему затруднен или невозможен, но оставлять его невзорванным тоже недопустимо: кто знает, что произойдет, если его зацепит отбойный молоток, угольный комбайн или экскаватор...
Итак, мощность, безопасность и безотказность. Но и этого еще мало. Допустим, у нас есть вещество, которое вчера еще было мощным и безопасным. Кто поручится, что оно осталось таким и сегодня? Солнечные лучи, кислород воздуха, тепло, холод, влага и просто безжалостное время непрестанно атакуют взрывчатое вещество и изменяют его свойства. Желатинообразные вещества стареют, динаммоны расслаиваются, динамиты выпотевают — теряют нитроглицерин, аммиачная селитра и дымный порох отсыревают. Присутствие лишь одного процента влаги в порохе снижает дальность полета снарядов на шесть процентов! При такой меткости стрельбы можно попасть в свои окопы. Но еще опаснее хранить бездымный порох, который способен самопроизвольно разлагаться, особенно при повышенных температурах. Из-за этого не раз происходили взрывы на пороховых заводах, кораблях и складах. Некоторые вещества, например оксиликвиты, теряют свои взрывчатые свойства уже через несколько минут после их изготовления. Довольно безобидная пикриновая кислота при хранении в металлических оболочках (скажем, в снарядах) образует коварнейшие соли, способные взрываться от легкого прикосновения.
Приходится добавить к свойствам взрывчатого вещества устойчивость, устойчивость и еще раз устойчивость! Но и это еще далеко не все. Взрывчатое вещество может быть само по себе устойчивым и совершенно безопасным, но при использовании его, допустим, в угольной шахте повлечь за собой сильнейший непредвиденный взрыв с сотнями человеческих жертв. Дело в том, что в угольных шахтах в заметных количествах присутствует иногда рудничный газ (метан). С воздухом он образует чрезвычайно опасные смеси, способные дать страшный взрыв от вспышки небольшого заряда. Взрывоопасна и угольная пыль. Можно ли применять взрывы там, где опасно зажечь даже спичку? Оказывается, можно. Но вещества, применяемые в этих условиях, должны иметь особые свойства. О них мы еще поговорим.
Однако если даже возможность самопроизвольного взрыва в любой форме начисто исключена, взрывчатые вещества все равно могут таить в себе смертельную опасность, угрожающую совершенно с неожиданной стороны. Ведь при взрыве выделяются ядовитые газы, а некоторые участки шахт и рудников (и как раз особенно забои, которые часто представляют собой тупики) вентилируются не всегда хорошо. При одном только взрыве в Медео образовалось сто тонн синильной кислоты, а для того, чтобы убить человека, достаточно пятидесяти миллиграммов этого яда! Густой черный дым, эффектно взметающийся к небу на фотографиях, совершенно не нужен ни при каком взрыве, а под землей он просто опасен. Обидно остаться при взрыве целым и невредимым только для того, чтобы отравиться. Забои, правда, проветриваются после каждого взрыва, но тратить на это многие часы нельзя. По правилам безопасности для подземных работ допускаются вещества, при взрыве которых образуется не более сорока литров ядовитых газов на килограмм. Яды — преимущественно окись азота и окись углерода («угарный газ»)—образуются чаще всего при взрыве веществ, в составе которых недостаточно кислорода. Чтобы снизить ядовитость продуктов взрыва, желательно применять вещества с положительным кислородным балансом, имеющие в своем составе больше кислорода, чем это нужно теоретически для их взрывчатого разложения. Но избыток кислорода, снижая количество ядов, увеличивает опасность взрыва рудничного газа и пыли. Поэтому при подборе состава взрывчатых веществ приходится лавировать между Сциллой отравления и Харибдой рудничного взрыва.
