Астронет > О взрыве и о том, какая от него польза

Астронет: СОЖ О взрыве и о том, какая от него польза
http://variable-stars.ru/db/msg/1175820

О взрыве и о том, какая от него польза

С.А.Новиков(Филиал N 4 Московского инженерно-физического института, Саров (Арзамас-16) Нижегородской обл.)
Опубликовано в Соросовском образовательном журнале, N 7, 1996 г. Содержание

Что такое взрыв

Что такое взрыв, знают все. И, наверное, у большинства людей, особенно в наше неспокойное время, это понятие ассоциируется прежде всего с жертвами и разрушениями во время боевых действий, терактов, несчастных случаев. Одним из самых страшных проявлений действия взрыва явилась атомная бомбардировка двух городов Японии в 1945 году. В настоящей статье мы не будем рассматривать подобные трагические проявления действия взрыва. Моей задачей является рассказ о некоторых весьма полезных применениях взрывов (в том числе и ядерных) в последние годы. Так что такое взрыв? Впервые определение взрыва в России дал М.В. Ломоносов ("О природе и рождении селитры", 1748 год): "Взрыв - это очень быстрое выделение большого количества энергии и большого объема газов". Что означает "очень быстрое" выделение энергии? (Быстрота - понятие относительное.) Суть этого заключается в том, что выделение энергии при взрыве является более быстрым, чем другие формы выделения энергии в сходных условиях (например, при горении). Чтобы выделившаяся энергия могла осуществить механическое действие, нужно рабочее тело, то есть вещество, которое могло бы передать достаточно большое давление окружающей среде. Этим рабочим телом являются газообразные продукты взрыва, которые, будучи вначале сильно нагретыми и сжатыми, расширяются и производят механическую работу. Скорость распространения процесса взрыва, называемого детонацией, весьма велика и достигает 9 км/с. Немного истории. Греческий огонь - горючее на основе селитры, способное гореть под водой за счет кислорода, выделяемого при нагревании селитры. История практического применения взрыва начинается в X веке, когда впервые был изготовлен черный порох (смесь мелко раздробленного угля и селитры). Если черный порох находится в замкнутом объеме (в стволе пушки, в грунте и т.п.), происходит быстрое его сгорание, напоминающее взрыв. Если в сосуде с порохом имеется отверстие, порох горит сравнительно медленно, образующиеся газы вырываются из отверстия в виде струи. Такой сосуд является простейшим вариантом реактивного двигателя. Взрыв одной из крупнейших башен Казанского кремля в 1552 году был осуществлен при осаде Казани войсками Ивана Грозного. Во время царствования Петра I были созданы приборы для определения удельной энергии взрыва черного пороха. Кстати, говорят, что Петру I принадлежит одно из первых предложений по использованию взрыва в мирных целях, способ автоматического тушения пожаров: внутри помещения, охраняемого от пожаров, устанавливали бочку с водой, внутри которой находился заряд из пороха. В различные части помещения от заряда были проложены огнепроводящие шнуры (также снаряженные порохом). Взрыв заряда в бочке с водой по сигналу от загоревшегося участка помещения разбрасывал воду и прекращал пожар. Развитие теории взрывных явлений связано с именами выдающихся ученых, среди них Л. Эйлер, Гюгонио, Д. Чепмен, Э. Жуге, В. Михельсон, Я. Зельдович, М. Лаврентьев, К. Станюкович, Л. Седов, Г. Петровский, А. Компанеец, Ф. Баум и др. Обычные (неядерные) взрывчатые вещества (ВВ) называют химическими ВВ, так как энергия при их взрыве выделяется в виде химических реакций. БЧльшая часть используемых на практике ВВ - это твердые вещества. Применяются жидкие и газообразные взрывчатые вещества, которые обладают, по сравнению с твердыми ВВ, целым рядом специфических особенностей. Описание процесса распространения взрывчатого превращения по ВВ (детонации) проводится обычно на основе гидродинамической теории детонации. Одним из основных ее условий является то, что взрывчатое превращение происходит в узкой зоне, примыкающей к фронту детонационной волны. За фронтом детонационной волны давление, температура и плотность вещества (это уже продукты взрыва) скачкообразно повышаются. Расширяющиеся продукты взрыва являются рабочей средой, совершающей работу. Основные параметры детонационной волны связаны соотношениями, вытекающими из уравнений сохранения массы, импульса, энергии. Процесс детонации в ВВ во многих случаях возбуждается ударной волной, тем или иным способом создаваемой в заряде ВВ (взрыв капсюля-детонатора, удар быстролетящих осколков или пластины, мгновенный разогрев излучением и т.п.). Детонация возникает, если параметры ударной волны выше некоторых критических значений. Для твердых ВВ критические значения давления составляют (10-50)*10⁸ H/м². Кинетическая теория процесса возбуждения детонации очень сложна. Однако предельными условиями возбуждения детонации являются следующие: 1) давление на фронте ударной волны должно быть больше некоторой критической величины Р_кр; 2) должны выполняться определенные соотношения геометрических размеров заряда. Эти условия вытекают из принципа Ю.Б. Харитона об устойчивом распространении детонации по заряду: устойчивая детонация возможна в том случае, если время химической реакции t_р больше времени движения боковой волны разрежения к центральным частям заряда, энергия которой передается на фронте ударной волны и поддерживает ее интенсивность на необходимом уровне. Количественное соотношение для критического диаметра:

$$d_{кр} \approx 2c\tau_p$,$

где с - скорость звука в продуктах детонации. Возбуждение химических реакций, развитие которых приводит к детонации ВВ, происходит в небольших локальных объемах, которые получили название "горячих" точек. Теория детонационных волн, результаты экспериментальных исследований, описывающие взрывчатые превращения в различных ВВ, широко освещены в многочисленной литературе. Остановимся на некоторых современных полезных применениях взрывных процессов, на ряде так называемых взрывных технологий.

Вперед