Константин Андреев - Взрыв и взрывчатые вещества
Кроме каменного угля, народному хозяйству требуются руды разных металлов, строительный камень, различные минералы, служащие сырьем для химической и других отраслей промышленности. Все это добывается с помощью взрывчатых веществ.
Взрывчатые вещества применяются также в сельском хозяйстве: с их помощью корчуют пни, осушают болота, расширяя посевные площади.
Взрывной способ широко используется в промышленном и жилищном строительстве, при прокладке дорог, в нефтяной, металлургической и машиностроительной промышленности.
Роль взрывчатых веществ в горном деле и других отраслях промышленности и народного хозяйства в целом так велика, что трудно представить себе, как без них был бы достигнут современный уровень материальной культуры.
Невиданно короткие сроки, в которые были сооружены за годы первых пятилеток мощные гидроэлектростанции, судоходные и оросительные каналы, небывалые в истории темпы возведения грандиозных гидротехнических сооружений связаны в значительной мере с использованием взрывчатых веществ.
Чем же определяется значение взрывчатых веществ в современной технике?
Главной особенностью взрывчатых веществ является то, что они содержат в своем составе и горючее и кислород. Поэтому они могут сгорать, не требуя притока воздуха, крайне быстро, развивая при этом огромные давления, достигающие сотен тысяч атмосфер. Такие огромные давления, да к тому же внезапно возникающие, действуют на все, что находится вокруг, как удар огромной силы, которого не выдерживает любой самый прочный материал. На действии этого удара и основано применение взрывчатых веществ для дробления, откола и разрыва во взрывных работах в горном деле и в других отраслях промышленности, а также в боеприпасах различного рода — артиллерийских снарядах, авиабомбах, минах различного назначения, торпедах, подрывных средствах и т. д.
Наряду с этим взрывчатые вещества особого класса, так называемые метательные взрывчатые вещества или пороха, применяются в виде зарядов к огнестрельному оружию. В этих условиях метательные взрывчатые вещества не взрываются, но относительно медленно горят, развивая давления, гораздо меньшие, чем при взрыве, не превышающие нескольких тысяч атмосфер. Это горение идет, как и взрыв, без участия кислорода воздуха, и быстроту его можно надежно и точно регулировать, изменяя размеры и форму частиц пороха. Благодаря этому пороха по настоящее время являются основным видом топлива, применяемым для целей метания.
Условия, в которых используется энергия взрывчатых веществ, а следовательно, и требования, которым они должны удовлетворять, чрезвычайно разнообразны. В горном деле взрывчатые вещества применяются для образования выемок взрывом на выброс в мягких, например, песчаных грунтах, для откола горных пород малой крепости. Иногда при этом требуется, чтобы полученные куски не имели трещин — в этих случаях сильное дробящее действие не только излишне, но даже вредно. Наряду с этим взрыв применяется для дробления очень твердых горных пород, например, при добыче золота; в таких случаях требуются взрывчатые вещества с сильным дробящим действием.
В военном деле для снаряжения тех снарядов, которые сделаны из относительно хрупкого сталистого чугуна, применяются взрывчатые вещества с слабым дробящим действием. В этом случае корпус снаряда дробится на осколки таких размеров, которые дают наибольшее убойное действие. При применении сильно дробящих взрывчатых веществ значительная часть металла корпуса была бы раздроблена в пыль и убойное действие снаряда резко уменьшилось бы. С другой стороны, в боеприпасах, предназначенных для пробивания брони за счет действия взрыва разрывного заряда, требуется применение взрывчатых веществ, дающих максимальный дробящий эффект.
Разнообразны требования не только к взрывному действию, но и к другим свойствам взрывчатых веществ. Так, например, взрывчатые вещества для артиллерийских снарядов, особенно же для бронебойных, должны выдерживать, не взрываясь, толчок значительной силы. В противном случае возможен был бы преждевременный взрыв снаряда в стволе орудия при выстреле или при ударе о броню. Помимо этого, для широкого применения того или иного взрывчатого вещества необходимо, чтобы имелись большие количества исходных, сравнительно недорогих материалов для его изготовления, чтобы способ изготовления взрывчатого вещества был достаточно прост и производителен и т. д.
Все это делает задачу науки и промышленности по обеспечению горного дела и военной техники взрывчатыми веществами весьма сложной и многосторонней.
В настоящей брошюре рассматривается сущность горения и взрыва, на которых основывается действие взрывчатых веществ, состав современных взрывчатых веществ, их свойства и применение в различных условиях и получение взрыва за счет атомной энергии.
1. Горение и взрыв
Каждый из нас, кто по личному участию в войне, кто по кинокартинам, знаком со взрывом — этим мощным и грозным явлением. В дни Великой Отечественной войны от взрывов, организованных бесстрашными советскими партизанами, взлетали на воздух вражеские эшелоны и склады, рушились мосты под ногами оккупантов. Сила взрывчатых веществ в виде различных боеприпасов была в руках доблестных советских воинов главным средством для подавления вражеской обороны, при разгроме армий гитлеровских захватчиков.
Сегодня, в мирные дни, взрыв раскрывает нам богатства земных недр, помогает прокладывать пути через горы, преграждает течение рек, является нашим помощником в героическом созидательном труде.
Что же такое взрыв и как он действует?
Взрыв представляет собой крайне быструю химическую реакцию, в результате которой взрывчатое вещество превращается в газы. Эта реакция протекает с выделением большого количества тепла. Например, взрыв килограммового заряда тротила может произойти за одну стотысячную долю секунды. Вследствие чрезвычайной быстроты реакции образующиеся газы не успевают за это время заметно расшириться и занимают вначале объем, немногим больший объема, который занимало взрывчатое вещество. Этот объем в несколько тысяч раз меньше, чем тот, который занимали бы газы взрыва при атмосферном давлении. Известно, что давление газа тем больше, чем меньше объем сосуда, в котором он находится. Поэтому газы в момент взрыва оказывают огромное давление, действующее как мощный удар. Это давление так велико, что его нельзя непосредственно измерить каким-либо известным прибором без того, чтобы этот прибор не разрушился при таком измерении. По теоретическим расчетам давление взрыва для некоторых взрывчатых веществ достигает сотен тысяч атмосфер.
По мере удаления от взорвавшегося взрывчатого вещества действие взрыва быстро падает; однако при взрывах больших количеств взрывчатых веществ давление даже на расстоянии нескольких километров достаточно, чтобы выбить стекла в окнах домов.
Возникает естественный вопрос: почему же взрыв протекает с такой огромной быстротой? Ведь с химической стороны те реакции, которые идут при взрыве, очень похожи, а иногда и тождественны реакциям, происходящим при горении топлива. В основном это окисление (соединение с кислородом) углерода с образованием углекислого газа (СО2) или окиси углерода (СО) и водорода с образованием воды (Н2O).
Более того, и сами взрывчатые вещества в большинстве своем способны не только взрываться, но и гореть. Тот же тротил, если его поджечь, может гореть, и притом довольно медленно, спокойнее и медленнее, чем, скажем, бензин. Наоборот, самое простое горение, например, горение угля, можно поставить в такие условия, что оно будет протекать как сильнейший взрыв. Если взять тонко измельченный уголь, например в виде сажи, и распылить его в воздухе так, чтобы образовалось пылевое облако, то при поджигании такого облака произойдет взрыв. Более сильный взрыв можно получить, если сажу пропитать жидким воздухом или кислородом.
Почему же горение в обычных условиях протекает медленно и за счет чего может быть достигнуто его ускорение?
Горение угля является химической реакцией соединения углерода с кислородом воздуха. Скорость химических реакций зависит от температуры и от давления. С повышением температуры скорость реакции быстро возрастает; если температуру повысить на 10 градусов, то скорость реакции увеличится в два — четыре раза. Расчет показывает, что если от комнатной температуры перейти к температуре в 1000 градусов, то эта скорость возрастет во много миллиардов раз. При увеличении давления скорость химических реакций также возрастает — для некоторых реакций пропорционально давлению, а для других даже быстрее — пропорционально давлению в квадрате, то есть если повысить давление от 1 до 1000 атмосфер, скорость реакции увеличится в 10002, или в миллион раз.
