Источник: Н.Р.Шевцов, П.Я.Таранов, В.В.Левит, А.Г.Гудзь /Под общ.ред.Н.Р.Шевцова.Разрушение горных пород взрывом:Учебник для вузов.-4-е издание переработонное и дополненное-Донецк:ООО"Лебедь",2003.-279с.(с.310-314)

ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТ. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДЕТОНАЦИИ.

Все ВВ представляют собой химически малоустойчивые системы, которые под влиянием некоторого внешнего импульса стремятся к переходу в более устойчивые. По скорости и характеру распространения различают три формы химического превращения ВВ: термический распад (химическое разложение), взрывное горение, детонация.
Термический распад - сравнительно медленная химическая реакция, происходящая в объёме ВВ, скорость которой определяется температурой окружающей среды.
Как недостаточно устойчивые системы ВВ подвержены термическому распаду. Однако при нормальной температуре хранения (не более 30°С) скорость термического распада для промышленных ВВ ничтожно мала и теплота, выделяющаяся в процессе реакции, отдаётся окружающей среде. Например, в лаборатории динамитной фабрики в Авильяно около г. Турина (Италия) с февраля 1847 г. хранится без признаков разложения около 300 г чистого нитроглицерина, впервые приготовленного итальянским учёным А. Собреро. Если не соблюдать правила хранения по тепловому режиму, то химическое разложение может перейти во взрывное горение, т. е. произойдет самовозгорание ВВ.
Взрывное горение ВВ - это самораспространяющееся химическое превращение, обусловленное тем, что энергия реагирующих слоев ВВ передаётся следующим слоям путём теплопередачи, и протекающее с некоторой непостоянной дозвуковой скоростью от десятков до сотен метров в секунду, зависящей от давления окружающей среды.
При определённых условиях, способствующих быстрому подъёму давления, например, при взрыве ВВ в замкнутом прочном объёме или при горении на открытом воздухе больших количеств ВВ, взрывное горение ВВ может перейти в детонацию.
Детонация - это самораспространяющееся химическое превращение, обусловленное прохождением ударной волны по ВВ и протекающее для данного ВВ при данном его состоянии и при определённых условиях с постоянной сверхзвуковой скоростью порядка нескольких тысяч метров в секунду. Детонация является естественной формой химического превращения промышленных ВВ. Все другие формы паразитные, поэтому на практике с ними ведут борьбу и разрабатывают способы их недопущения. Термины "взрыв" и "детонация" употребляют применительно к ВВ как синонимы.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДЕТОНАЦИИ.

Для объяснения явления детонации были выдвинуты различные теории и гипотезы. Из современных наибольшим признанием пользуется гидродинамическая теория, согласно которой детонация возбуждается и распространяется ударной волной, проходящей по взрывчатому веществу. Ударной волной называется скачкообразное изменение давления, распространяющееся в среде со сверхзвуковой скоростью. Эта волна обладает следующими отличительными свойствами:
скорость ударной волны очень высока - сверхзвуковая;
при прохождении ударной волны в газообразной среде наблюдается движение потока газов вслед за ударной волной;
в ударной волне имеет место очень большое давление, нарастание которого (АР) происходит мгновенно, скачкообразно(рис.2.1).

Как следствие этих особенностей во фронте ударной волны (в зоне мгновенного сжатия, ширина которой весьма мала) наблюдается очень высокая температура и повышенная плотность среды. Они возрастают также мгновенно, скачкообразно. За фронтом ударной волны давление, температура и плотность среды быстро уменьшаются. Сжатие приводит к разрушению молекул ВВ.
Освободившись от первоначальных связей, нагретые до высокой температуры горючие элементы и кислород вступают за фронтом ударной волны в бурную химическую реакцию с выделением теплоты и превращением ВВ в газообразное состояние(рис.2.2).
Относительно узкая зона, в которой происходит интенсивная химическая реакция, называется зоной химической реакции, или фронтом химического превращения. Впереди фронта находится исходное ВВ, позади - продукты детонации.

Распространяющаяся по ВВ ударная волна (зона сжатия) и прилегающая к ней зона химической реакции обобщаются понятием детонационной волны. Передний фронт этой волны принято называть фронтом детонационной волны (детонационным фронтом, фронтом детонации).
Зона химической реакции заканчивается условной границей, называемой плоскостью Чепмена-Жуге. Когда ударная волна выйдет за пределы патрона или войдёт в среду ВВ пониженного качества, то энергия её, не поддерживаемая более теплотой взрывных реакций, быстро угасает. Амплитуда и крутизна фронта волны уменьшаются и ударная волна переходит в звуковую. Газообразные продукты взрыва, образовавшись в глубине фронта детонационной волны (в зоне реакций), не остаются на месте, а движутся вслед за нею со скоростью, в 4... 10 раз меньшей скорости детонации. Позади детонационной волны давление и плотность продуктов взрыва быстро уменьшаются вследствие рассеивания последних.
В детонационной волне различают зоны: ударную, взрывных реакций, газообразных продуктов взрыва. В ударной зоне давление Р₁ вдвое выше, чем давление Р₂ в зоне установившейся детонационной волны (на заднем крае фронта детонационной волны). Давление Р₂ вдвое выше стационарного давления мгновенного взрыва. Ударная зона очень узкая - около 1 мкм. Глубина зоны реакций значительно больше (0,5 мкм для азида свинца, 10 мкм для тетрила и тротила и ещё большая для смесевых ВВ). Чем больше глубина зоны реакций, тем менее восприимчиво ВВ к детонационному импульсу. Длительность взрывных реакций т. составляет 3*10^-3... 6*10^-3 мкс для азида свинца и 0,2 ... 2 мкс для тротила.
Поскольку ВВ превращаются в продукты взрыва не мгновенно, то в сжатых продуктах всегда имеются частички ещё не прореагировавшего ВВ, которые, догорая на протяжении какого-то времени, питают своей энергией ударную волну. В то же время высокое давление в детонационной волне обусловливает расширение и разброс продуктов взрыва вместе с ещё не прореагировавшими частицами исходного вещества. Это расширение начинается с периферии и распространяется к оси детонирующего заряда со скоростью звука с в продуктах детонации(рис.2.3).
Теоретическая разработка того, что устойчивость детонации определяется соотношением между временем химической реакции t_p и временем разброса частиц ВВ в детонационной волне под действием волны разрежения 0, вошла в гидродинамическую теорию под названием "принцип Харитона", имеющий значение при оценке устойчивости детонации ВВ, а именно:
если 0>t_p., то детонация распространяется с максимальной свойственной для данного ВВ скоростью;
если 0=t_p, то детонация распространяется устойчиво, но с меньшей скоростью, чем максимальная;
если 0< t_p, то химическое превращение может настолько замедлиться, что детонация прекращается.

Согласно "принципу Харитона", всякая система, способная к экзотермическому превращению с образованием газообразных продуктов, в принципе является взрывчатой.
При этом чем больше продолжительность химического превращения, тем больше должен быть диаметр заряда, при котором может иметь стационарная детонация.

[Вверх]