главная > справочник > химическая энциклопедия:

Взрыв

Взрыв, выделение большого кол-ва энергии в ограниченном объеме вещества за короткий промежуток времени. Различаются взрывы двух типов. К первому типу относят взрывы, обусловленные высвобождением хим. или ядерной энергии вещества, например взрывы хим. взрывчатых веществ. смесей газов, пыли и (или) паров, а также ядерные и термоядерные взрывы. При взрывах второго типа выделяется энергия, полученная веществом от внеш. источника. Примеры подобных взрывов - мощный электрич. разряд в среде (в природе - молния во время грозы); испарение металлич. проводника под действием тока большой силы; взрыв при воздействии на вещество некоторых излучений большой плотности энергии, например сфокусированного лазерного излучения; внезапное разрушение оболочки со сжатым газом.

Взрыв первого типа могут осуществляться цепным или тепловым путем. Цепной взрыв происходит в условиях, когда в системе возникают в больших концентрациях активные частицы (атомы и радикалы в хим. системах, нейтроны -в ядерных), способные вызвать разветвленную цепь превращений неактивных молекул или ядер (см. Цепные реакции). В действительности не все активные частицы вызывают реакцию, часть их выходит за пределы объема вещества. Т.к. число уходящих из объема активных частиц пропорционально пов-сти, для цепного взрыв существует т. наз. критич. масса, при которой число вновь образующихся активных частиц еще превышает число уходящих. Возникновению цепного взрыва способствует сжатие в-ва, т.к. при этом уменьшается пов-сть. Обычно цепной взрыв газовых смесей реализуют быстрым увеличением критич. массы при увеличении объема сосуда или повышением давления смеси, а взрыв ядерных материалов - быстрым соединением неск. масс, каждая из которых меньше критической, в одну массу, большую критической.

Тепловой взрыв возникает в условиях, когда выделение тепла в результате хим. реакции в заданном объеме вещества превышает кол-во тепла, отводимого через внеш. пов-сть, ограничивающую этот объем, в окружающую среду посредством теплопроводности. Это приводит к саморазогреву вещества вплоть до его самовоспламенения и взрыва (см. Воспламенение. Горение).

При взрыва любого типа происходит резкое возрастание давления вещества, окружающая очаг взрыва среда испытывает сильное сжатие и приходит в движение, которое передается от слоя к слою, - возникает взрывная волна. Скачкообразное изменение состояния вещества (давления, плотности, скорости движения) на фронте взрывной волны, распространяющееся со скоростью, превышающей скорость звука в среде, представляет собой ударную волну. Законы сохранения массы и импульса связывают скорость фронта волны, скорость движения вещества за фронтом, сжимаемость и давление вещества. Поэтому, чтобы определить все мех. параметры взрывной волны, достаточно измерить экспериментально какие-либо два из них (обычно скорости фронта и движения вещества за фронтом). Для взрывных волн с давлением на фронте, не превышающем неск. ГПа, существуют методы прямого определения давления и сжимаемости. Разработаны также методы определения немех. параметров волны - температуры, электрич. проводимости вещества за фронтом и т.п.

Разрушительное воздействие взрывов на окружающие объекты обусловлено взрывной волной. Давление вещества на фронте волны по мере ее удаления от места взрыва падает; расстояние, на котором взрывные волны оказывают одинаковое воздействие, увеличивается пропорционально кубич. корню из кол-ва энергии, выделяющейся при взрыве.

Взрыв используют в стр-ве, горном деле, металлообработке. В научных исследованиях взрыв применяют для изучения свойств веществ в широкой области параметров состояния - от разреженных газов до жидкостей и твердых тел. При этом достигают таких параметров, которые недоступны при др. методах воздействия, например давления порядка тысяч ГПа. Вследствие огромных скоростей нагружения при этом может возникать неравновесное состояние вещества с образованием возбужденных состояний молекул. Особенно значительные эффекты наблюдаются в зоне ударного скачка, ширина которой ~ 10 нм, поскольку время воздействия на вещество ударного скачка составляет 10^-12-10^-13 с, что соответствует временам внутримолекулярных колебаний. Под действием ударного скачка сначала резко увеличивается энергия поступат. движения молекул, которая затем распределяется по внутренним степеням свободы. В результате происходит разрыв хим. связей, соответствующих максимальным частотам колебаний, и оказываются возможными взаимодействия, которые другими способами реализовать трудно или вовсе невозможно. В частности, происходят хим. реакции с образованием продуктов, специфичных только для этого типа воздействия на вещество. Так, некоторые аром. соед. в сравнительно слабых ударных волнах, когда давление не превышает 1,5 ГПа, а температура 200њС, претерпевают частичное разложение с разрушением бензольного кольца, тогда как в статич. условиях бензольное кольцо сохраняется при таких же давлениях и гораздо более высоких температурах.

Под воздействием ударных волн, образующихся при взрыве, наблюдается полимеризация с большими скоростями, за времена порядка 10^-6 с, причем в отсутствие катализаторовзрыв Активные частицы, ведущие процесс, образуются в результате деструкции части молекул мономера в зоне ударного скачка. Так, при обычной полимеризации триоксана мол. масса образующегося полимера не превышает 150 тыс., тогда как при взрыв получают полимеры с мол. массой до 1,3 млн. Твердые хрупкие материалы дробятся под действием ударных волн до частиц размером в несколько мкм с большим числом кристаллич. дефектов и, следовательно, более высокой реакционной способностью и спекаемостью (при дроблении в мельницах число дефектов в частицах, как правило, уменьшается). Пром. значение приобрело использование взрыв для синтеза сверхтвердых материалов (напр., алмазов, NiB), создания новых композиционных материалов, получаемых свариванием металлов, прессованием и др., обработки традиционных материалов (напр., сталей) с целью существенного улучшения их эксплуатационных свойств (твердости, износостойкости).

Лит.: Семенов Н. Н., О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности, 2 изд., М., 1958; Доку чаев М. М., Родионов взрыв Н., Ромашов А. Н., Взрыв на выброс, М., 1963; Действие излучения большой мощности на металлы, М., 1970; Физика взрыва, 2 изд., М., 1975; Кудинов взрыв М., К о роте ев А. Я., Сварка взрывом в металлургии, М., 1978; Дерибас А. А., Физика упрочнения и сварки взрывом, 2 изд., Новосиб., 1980. © А. Н. Дремин.