Детонация

ДЕТОНАЦИЯ (от латинского detono - греметь), перемещение по заряду ВВ зоны химического превращения, ведомой ударной волной; один из основных видов превращения взрывчатых веществ. Амплитуда и скорость перемещения ударной волны постоянны, так как потери энергии, сопровождающие ударное сжатие, компенсируются теплотой реакции превращения ВВ в конечные продукты. Детонация распространяется по веществу в виде детонационной волны от одного слоя к другому со скоростью, превышающей скорость распространения звука в заряде ВВ и значительно превышающей скорость горения. Скорость детонации в газовых смесях достигает 1-3 км/с, в типичных конденсированных ВВ составляет 6-9 км/с.

На схематическом временном профиле детонационной волны участок 1 соответствует ударной волне, 2 - зоне химической реакции, 3 - зоне продуктов детонации (рисунок). Точку излома, соответствующую завершению химического превращения ВВ в конечные продукты, называют точкой Чепмена - Жуге (ТЧЖ). Давление ударной волны (Рмакс) достигает 5 ГПа в газовых смесях и 40 ГПа в конденсированных ВВ, в ТЧЖ давление примерно вдвое меньше Рмакс. После прохождения детонационной волны сильно сжатые продукты реакции быстро расширяются - происходит взрыв.

Классическая теория детонации позволяет рассчитать скорость детонации и скорость распространения продуктов детонации за фронтом ударной волны исходя из законов сохранения массы, количества движения и энергии в детонационной волне, уравнения состояния для продуктов детонации в ТЧЖ, а также условия, что стационарной может быть только наименьшая скорость детонации. Скорость детонации зависит от теплоты взрывного превращения, плотности ВВ и состава продуктов детонации. Компьютерные программы позволяют рассчитывать все основные параметры детонации (скорость детонации, скорость распространения продуктов детонации, давление в ТЧЖ).

На параметры детонации влияет взаимодействие заряда ВВ с окружающей средой. Ю. Б. Харитон показал, что влияние этого взаимодействия определяется диаметром цилиндрического заряда. Это вытекает из условия «немгновенности» химического превращения ВВ в детонационной волне. Поскольку образующиеся за время химической реакции газообразные продукты стремятся к расширению в радиальном (к боковой поверхности) направлении, в зону реакции с боковой поверхности заряда входит так называемая волна разрежения, а часть участвующей в детонации массы ВВ разбрасывается. Поэтому потери энергии в детонационной волне, способствующие снижению скорости детонации, уменьшаются с увеличением диаметра заряда. Экспериментальные измерения показывают асимптотический характер возрастания скорости детонации с увеличением диаметра заряда - начиная с предельного диаметра заряда, скорость детонации практически не возрастает.

Детонация может устойчиво распространяться по заряду, если время завершения реакции меньше времени расширения вещества в радиальном направлении. Следовательно, при диаметре меньше некоторого критического детонация затухает. Величина критического диаметра пропорциональна скорости звука в продуктах детонации и времени химической реакции в детонационной волне. Критический диаметр уменьшается с увеличением реакционной способности ВВ, а также толщины стенок и массы оболочки заряда.

Скорость детонации измеряют с помощью оптической сверхскоростной фоторегистрации или электронной регистрации по времени прохождения детонационной волны между двумя электрическими контактами. Фоторегистрационный метод позволяет наряду с измерением скорости процесса получать сведения о механизме детонации и измерять давление в ТЧЖ.

Лит.: Зельдович Я. Б., Компанеец А. С. Теория детонации. М., 1955; Викторов С. Б., Губин С. А., Маклашова И. В., Пепекин В. И. Прогнозирование детонационных свойств ВВ CNO-состава методом термодинамического моделирования // XIII симпозиум по горению и взрывам: Труды. Черноголовка, 2005.