ДЕТОНАЦИЯ

ДЕТОНАЦИЯ (франц. detoner - взрываться,
от лат. detono - гремлю), процесс хим. превращения взрывчатого вещества,
сопровождающийся освобождением энергии и распространяющийся по веществу
в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой скоростью. Хим.
реакция вводится интенсивной ударной волной, образующей передний
фронт детонационной волны. Благодаря резкому повышению темп-ры и давления
за фронтом ударной волны хим. превращение протекает чрезвычайно быстро
в очень тонком слое, непосредственно прилегающем к фронту волны (рис. 1,
2).

Рис. 1. Схема детонационной волны: А-фронт
ударной волны; заштрихованная область - зона хим. реакции. Стрелкой показано
направление распространения волны.

Рис. 2. Мгновенная фотография распространяющейся
(сверху вниз) волны детонации в цилиндрическом заряде взрывчатого вещества:
АА
- фронт детонации; ВВ-взрывчатое вещество; ПВ-разлетающиеся
газообразные продукты взрыва.

Энергия, освобождающаяся в зоне химической
реакции, непрерывно поддерживает высокое давление в ударной волне. Д.,
т. о., поедставляет собой самоподдерживающийся процесс.

Возбуждение Д. является обычным способом
осуществления взрывов. Д. в заряде взрывчатого вещества создаётся
интенсивным механич. или тепловым воздействием (удар, искровой разряд,
взрыв металлич. проволочки под действием электрич. тока и т. п.). Сила
воздействия, необходимого для возбуждения Д., зависит от хим. природы взрывчатого
вещества. К механич. воздействию чувствительны, напр., т. н. инициирующие
взрывчатые вещества (гремучая ртуть, азид свинца и др.), к-рые обычно входят
в состав капсюлей-детонаторов, используемых для возбуждения Д. вторичных
(менее чувствительных) взрывчатых веществ.

В однородном взрывчатом веществе Д. обычно
распространяется с постоянной скоростью, к-рая среди возможных для данного
вещества скоростей распространения детонационной волны является минимальной.
В детонационной волне, распространяющейся с минимальной скоростью, зона
хим. реакции перемещается относительно продуктов реакции со скоростью звука
(но со сверхзвуковой скоростью относительно исходного вещества). Благодаря
этому волны разрежения, возникающие при расширении газообразных продуктов
хим. реакции, не могут проникнуть в зону реакции и ослабить бегущую впереди
ударную волну. Д., отвечающая указанным выше условиям, наз. процессом Чепмена
- Жуге; соответствующая ей минимальная скорость распространения принимается
в качестве характеристики взрывчатого вещества (см. табл.).

Давление, к-рое создаётся при распространении
детонационной волны в газообразных взрывчатых смесях, составляет десятки
атмосфер, а в жидких и твёрдых взрывчатых веществах измеряется сотнями
тысяч атмосфер.

При определённых условиях во взрывчатом
веществе может быть возбуждена Д., скорость распространения к-рой превышает
минимальную скорость Д. Так, взрыв заряда твёрдого взрывчатого вещества,
помещённого в газообразную взрывчатую смесь, порождает в смеси ударную
волну, интенсивность к-рой во много раз превосходит интенсивность волны,
отвечающей режиму с минимальной скоростью. В результате в газовой смеси
распространяется детонационная волна с повышенной скоростью. В этой волне,
в отличие от процесса Чепмена - Жуге, зона хим. реакции движется относительно
продуктов реакции с дозвуковой скоростью. Поэтому по мере удаления такой
волны от места её возникновения ударная волна постепенно ослабевает (сказывается
влияние волн разрежения) и скорость распространения Д. снижается до минимального
значения.

Детонационную волну с повышенной скоростью
распространения можно также получить в неоднородном взрывчатом веществе
при движении волны в направлении убывающей плотности. Ещё одним примером
распространения Д. со скоростью, превышающей минимальное значение, может
служить сферическая детонационная волна, сходящаяся к центру. Скорость
волны с приближением к центру возрастает. В центре такая волна в течение
короткого интервала времени создаёт давление, во много раз превышающее
величину, характерную для режима Чепмена - Жуге.

Устойчивый процесс Д. не всегда возможен.
Напр., волна Д. не может распространяться в цилиндрич. заряде взрывчатого
вещества слишком малого диаметра (разлёт вещества через боковую поверхность
вызывает прекращение хим. реакции прежде, чем вещество успеет заметно прореагировать).
Минимальный диаметр заряда, в к-ром возможен незатухающий процесс Д., пропорционален
ширине зоны хим. реакции. В газообразных взрывчатых смесях распространение
Д. возможно лишь при условиях, когда концентрация горючего газа (или паров
горючей жидкости) находится в определённых пределах. Эти пределы зависят
от хим. природы взрывчатой смеси, давления и темп-ры. Напр., в смеси водорода
с кислородом при комнатной темп-ре и атм. давлении волна Д. способна распространяться,
если концентрация (по объёму) водорода находится в пределах от 20% до 90%
.

Скорости v детонации некоторых взрывчатых
веществ

Исследование волны Д. в газах показывает,
что при понижении начального давления хим. реакция приобретает характер
пульсаций. Неравномерное протекание реакции вызывает искажения движущейся
впереди ударной волны (рис. 3).

Рис. 3. Фотография следов, оставленных
фронтом волны детонации на закопчённой пластинке, помещённой на торце трубы.
В трубе прошла детонация смеси водорода с кислородом (2Нначальном давлении 300 мм рт. ст.

Наконец, при достаточно низком давлении
осуществляется режим т. н. спиновой Д., при к-ром на фронте детонационной
волны возникает излом, вращающийся по винтовой линии (рис. 4). Дальнейшее
снижение давления приводит к затуханию Д.

Рис. 4. Фотография распространяющейся в
трубе спиновой детонации (в газовой смеси). Фотографирование производилось
через щель, параллельную оси трубы, на движущуюся плёнку. Вращающийся по
винтовой линии излом на фронте волны периодически появлялся перед щелью.

Кроме Д., во взрывчатом веществе возможен
др. тип волны хим. реакции -горение. Волны горения всегда распространяются
с дозвуковой скоростью (обычно значительно меньшей, чем скорость звука
в исходном веществе). Движение волны горения обусловлено сравнительно медленными
процессами теплопроводности и диффузии. При нек-рых условиях
горение может перейти в Д.

Во мн. случаях, напр, при горении топливной
смеси в двигателях внутр. сгорания или реактивного двигателя, при горении
пороха в стволе арт. орудия и др., Д. недопустима. В связи с этим подбираются
такие условия горения и хим. состав используемых веществ, чтобы возникновение
Д. с характерным для неё чрезвычайно резким повышением давления было исключено.

Лит.: Зельдович Я. Б., Компанеец
А. С., Теория детонации, М., 1955; Щёлкин К. И., Трошин Я. К., Газодинамика
горения, М., 1963; Компанеец А. С., Ударные волны, М., 1963.

К. Е. Губкин.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я