Константин Андреев - Взрыв
Важнейшую роль в изучении нитроклетчатки и её использовании для порохов сыграли исследования гениального русского химика, творца периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Он не только раскрыл тщательно оберегавшийся французами секрет изготовления нового для того времени пироксилинового пороха, но и разработал оригинальный и более совершенный его вид — так называемый пироколлодийный порох.
В царской России открытие Менделеева не получило признания и применения; оно было использовано на пороховых заводах США, производивших в значительных количествах пироколлодийный порох и даже поставлявших его России в годы первой мировой войны. Вклад Д. И. Менделеева в пороходелие этим не ограничился. Он предложил и ввёл в производство новый способ обезвоживания нитроклетчатки, упростивший и обезопасивший этот процесс. Последующие исследования А. В. Сухинского, В. Н. Никольского, И. Н. Захарова, А. В. Сапожникова и др. ещё более способствовали дальнейшему усовершенствованию производства пороха и выдвинули русское пороходелие на первое место в мире.
3. УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
Мы видели, что основным отличием трёх классов взрывчатых веществ друг от друга, отличием, на котором основано их техническое использование, является различная степень устойчивости их горения: наименьшая у инициирующих взрывчатых веществ, наибольшая у порохов; вторичные взрывчатые вещества занимают в этом отношении промежуточное положение.
Что же определяет устойчивость горения взрывчатых веществ и почему различаются в этом отношении взрывчатые вещества разных классов?
Вернёмся к тротиловой шашке и представим себе, что мы зажгли её с поверхности. При горении образуются газы; давление у горящей поверхности от этого возрастает подобно тому, как повышается давление в чайнике, когда в нём кипит вода и образуется пар, подбрасывающий крышку. За счёт повышения давления над горящим взрывчатым веществом газы и расширяются, оттекают от поверхности тротила.
Повышение давления определяет и скорость оттока образующихся газов, и скорость горения, то есть, иначе говоря, скорость образования газов.
Скорость оттока газов практически не зависит от того, какое взрывчатое вещество горит. Скорость же горения различных взрывчатых веществ, напротив, по–разному зависит от давления: у одних сильнее, у других слабее.
Если скорость горения растёт с давлением сильнее, чем скорость оттока газов, то давление будет возрастать, и горение, ускоряясь, перейдёт во взрыв.
Если, наоборот, скорость горения увеличивается при повышении давления медленнее, чем скорость оттока газов, то образующиеся газы будут успевать расширяться, давление перестанет повышаться, и горение пойдёт устойчиво при постоянном давлении, лишь немного превышающем атмосферное.
Так это и происходит при горении тротила, а также всех других вторичных взрывчатых веществ. Скорость их горения мала и слабо зависит от давления; поэтому горение их является устойчивым.
Инициирующие же взрывчатые вещества имеют большую скорость горения, и она так быстро растёт с давлением, что горение ускоряется и переходит во взрыв.
Однако и вторичные взрывчатые вещества, как мы видели на примере пироксилина и нитроглицерина, могут давать переход горения во взрыв. Это возможно в тех случаях, если взрывчатое вещество рыхлое, пористое или жидкое. В процессе горения пористого взрывчатого вещества нагрев его от слоя к слою может происходить не только медленным путём теплопроводности, но и иначе: под влиянием некоторого повышения давления, возникающего у горящей поверхности, газы горения проникают по порам в глубь взрывчатого вещества и поджигают его там (рис. 8). В результате этого скорость горения возрастает и может стать такой большой, что газы горения не будут успевать оттекать; давление будет расти, и горение перейдёт во взрыв. Сходным, но более сложным путём происходит ускорение горения и переход во взрыв и жидких взрывчатых веществ.
Вот почему, когда надо получить большую устойчивость горения, необходимую при применении взрывчатого вещества для метательных целей, то у твёрдого взрывчатого вещества устраняют его пористость. В этом и заключается, например, сущность процесса изготовления пироксилинового пороха из пироксилина.
Рис. 8. Горение сплошного к пористого взрывчатого вещества.Если же взрывчатое вещество жидкое, как, например, нитроглицерин, то его надо лишить подвижности, текучести, свойственной жидкости. Этого достигают, растворяя в нитроглицерине нитроклетчатку. Такой раствор при правильно выбранном составе имеет рогообразную структуру. В нём отсутствуют и поры, и текучесть, характерная для жидкости; его горение не переходит поэтому во взрыв.
Таким образом, отличие порохов от вторичных взрывчатых веществ состоит в том, что в порохах отсутствуют поры и они не являются жидкими; это обеспечивает максимальную устойчивость их горения, Напротив, если нужно облегчить, ускорить переход горения во взрыв, то взрывчатому веществу придают пористое строение. Так, если гремучую ртуть спрессовать до полного отсутствия пор, то она даёт переход горения во взрыв с трудом — лишь при больших — трехграммовых — зарядах. Если же гремучую ртуть спрессовать слабо, как это и делается при производстве капсюлей–детонаторов, то она даёт взрыв легко — уже при горении заряда в полграмма.
4. МОЩНОСТЬ ВЗРЫВА
При постройке железной дороги Кангауз — Сучан на Дальнем Востоке необходимо было проложить выемку в Бархатном перевале в скальном грунте. Специалисты подсчитали, что по старому способу, без применения взрывчатых веществ, прокладка выемки потребует не менее двух лет. Тогда решили применить взрывной способ.
Рис. 9. Взрыв на Бархатном перевале.Было заложено десять зарядов взрывчатого вещества общим весом 250 тонн. Их одновременный взрыв (рис.9) в течение полуминуты выбросил около 60 тысяч кубических метров породы и образовал выемку протяжением 220 метров, глубиной 22 метра и шириной до 60 метров (рис. 10). Все подготовительные работы к этому взрыву заняли всего около двух месяцев.
Рис. 10. Бархатный перевал после взрыва.Чем же обусловлена способность взрывчатых веществ производить чрезвычайно большую работу за такое короткое время?
Первым приходит в голову довольно естественное объяснение причины сокрушительного действия взрыва: во взрывчатом веществе содержится громадный запас энергии, который и выделяется при взрыве.
Такое мнение широко распространено. Не так давно один изобретатель рекомендовал заменить все виды применяемого ныне топлива… взрывчатыми веществами. Он даже разработал проект двигателя, в котором огромная, по его предположению, энергия взрывчатых веществ должна была превращаться в работу.
Из таких же соображений исходят предложения о замене (частично или полностью) бензина в автомобильных и авиационных двигателях жидкими взрывчатыми веществами.
Однако простой расчёт показывает, что такие предложения в корне ошибочны. В килограмме взрывчатых веществ содержится и выделяется при взрыве значительно меньше энергии, чем выделяется при сгорании, например, одного килограмма угля или бензина.
Ниже, в таблице 1, приведены величины энергии, выделяющейся при сгорании различных видов топлива и при взрыве различных взрывчатых веществ.
Сравнивая числа, приведённые в этой таблице, мы видим, что при взрыве килограмма нитроглицерина выделяется энергии в пять раз, а при взрыве килограмма тротила даже в восемь раз меньше, чем при сгорании килограмма угля.
Однако при таком сравнении мы несколько несправедливы по отношению к взрывчатым веществам. Мы берём теплоту горения для одного килограмма топлива, не учитывая того количества кислорода, которое необходимо для горения. Взрывчатое же вещество не требует для своего взрыва дополнительного количества кислорода, так как он содержится в самом взрывчатом веществе.
Более правильно поэтому и теплоту горения топлива рассчитывать не на один килограмм его, а ка один килограмм смеси топлива с нужным для горения количеством кислорода. Такое сопоставление дано в таблице 2.
Хотя разница в величинах теплоты горения топлив и теплоты взрыва взрывчатых веществ стала в этом случае меньше, однако и здесь количество выделяющейся энергии у топлива больше, чем у взрывчатых веществ.
Следовательно, огромное разрушительное действие взрыва нельзя отнести за счёт большой энергии взрыва.
В чём же тогда его причина?
Действительная причина заключается в том, что энергия при взрыве выделяется крайне быстро. Если килограмм бензина сгорает в моторе автомашины за 5–6 минут, то для взрыва килограмма взрывчатого вещества требуется только одна–две стотысячные доли секунды. Энергия при взрыве выделяется в десятки миллионов раз быстрее, чем при горении. А это имеет огромное значение.
