Чувствительность взрывчатых систем к электрическому импульсу и взрыву инициирующих взрывчатых веществ

Инициирование взрыва взрывчатых веществ электрической искрой происходит в результате совместного действия нагрева и ударной волны.

При электрическом пробое взрывчатого вещества, запрессованного в искровой промежуток электрического капсюля детонатора, между электродами возникает тонкий канал плазмы диаметром 10 ^–10 м. В канале достигается чрезвычайно высокая концентрация энергии и температура плазмы составляет 10 ⁴ К. Резкое повышение температуры, а, следовательно, и давления, приводит к образованию в заряде взрывчатого вещества ударной волны, расходящейся от канала плазмы. Ударная волна и сильный разогрев взрывчатого вещества обеспечивает возбуждение и распространение взрыва.

Близким к описанному является механизм инициирования взрыва при пропускании мощного разряда через электрический мостик (тонкую металлическую проволоку, запрессованную во взрывчатое вещество). В этом случае происходит электрический взрыв мостика, сопровождающийся испарением металла и образованием ударной волны.

Инициирование взрывчатого вещества с помощью мостика накаливания происходит так же, как и тепловым импульсом. В этом случае взрывчатое вещество обычно воспламеняется. При благоприятных условиях горение взрывчатого вещества переходит в детонацию. На этом принципе основано устройство азидных капсюлей - детонаторов. В настоящее время нет строго стандартизированной методики определения чувствительности взрывчатых систем к электрическому импульсу. Обычно строят кривые чувствительности, т.е. зависимость процента взрывов от энергии искрового разряда при постоянном расстоянии между электродами, и определяют верхний и нижний предел чувствительности. Для чистого азида свинца нижний предел составляет 5·10 ^–7 Дж, верхний от 8 ·10 ^–6 до 10 ·10 ^–6 Дж.

Чувствительность взрывчатых веществ к взрыву инициирующих веществ или восприимчивость к детонации представляет интерес при решении вопросов разработки средств и цепей инициирования.

Для возбуждения детонации в зарядах используются средства инициирования, содержащие бризантные взрывчатые вещества и инициирующие взрывчатые вещества. В связи с этим обычно определяют чувствительность бризантных взрывчатых веществ к взрывному импульсу инициирующих взрывчатых веществ. Восприимчивость к детонации может также характеризовать чувствительность взрывчатых веществ к взрывному импульсу вообще.

Мы будем рассматривать взрывы, вызванные процессами химического превращения взрывчатых веществ.

Взрывчатые вещества представляют собой относительно неустойчивые в термодинамическом смысле системы, способные под влиянием внешних воздействий к весьма быстрым экзотермическим превращениям, сопровождающимся образованием сильно нагретых газов и паров.

Газообразные продукты взрыва благодаря исключительно большой скорости химической реакции практически занимают в первый момент объем самого взрывчатого вещества и, как правило, находятся в сильно сжатом состоянии, вследствие чего в месте взрыва резко повышается давление.

Выделение тепла является первым необходимым условием, без
которого возникновение взрывного процесса невозможно.

За счет тепловой энергии реакции происходит разогрев газообразных продуктов до температуры в несколько тысяч градусов и последующее их расширение. Теплота реакции является критерием работоспособности взрывчатого вещества и его важнейшей характеристикой. Для современных взрывчатых веществ, наиболее широко применяемых в технике, теплота взрывчатого превращения колеблется в пределах от 3700 до 7540 Дж/кг (например, для пироксилина – 4350 Дж/кг, для нитроглицерина – 6220 Дж/кг).

Наиболее характерным признаком взрыва, резко отличающим его от
обычных химических реакций, является большая скорость процесса. Переход к конечным продуктам взрыва происходит за стотысячные, и даже миллионные доли секунды. Большая скорость выделения энергии определяет преимущества взрывчатых веществ по сравнению с обычными горючими. В то же время по общему запасу энергии, отнесенной к весовым количествам, даже наиболее богатые энергией взрывчатые вещества не превосходят обычные горючие системы и при взрыве достигается несравненно более высокая объемная концентрация, или плотность энергии. Горение обычных горючих веществ, протекает сравнительно медленно, что приводит к значительному расширению продуктов реакции в ходе процесса и существенному рассеиванию выделяемой энергии путем теплопроводности и излучения. По этим причинам в данном случае достигается лишь относительно низкая плотность энергии в продуктах горения.

Взрывные процессы, наоборот, протекают столь быстро, что можно считать, что вся энергия практически успевает выделиться в объеме, занятом самим взрывчатым веществом, что приводит к таким высоким концентрациям энергии, которые недостижимы в условиях обычного протекания химических реакций.

Особенно большие плотности энергии достигаются при взрыве конденсированных (твердых или жидких) взрывчатых веществ, находящих широкое применение (таблица 4.2). Объясняется это тем, что эти взрывчатые вещества обладают по сравнению с горючими газообразными смесями значительно меньшим удельным объемом.

Таблица 4.2 - Объемная плотность энергии некоторых взрывчатых веществ и горючих смесей

Максимальная скорость распространения взрыва для взрывчатых веществ составляет от 2000 до 9000 м/с.

Высокие давления, возникающие при взрыве, и обусловленный ими разрушительный эффект не смогли быть достигнуты, если бы химическая реакция не сопровождалась образованием достаточно большого количества газообразных продуктов.

Способы взрывания