Читаем Взрыв онлайн бесплатно

Когда говорят о взрывчатых веществах, то применение их обычно связывают прежде всего с войной. Это, однако, справедливо лишь отчасти. Действительно, современная война немыслима без взрывчатых веществ — главного средства разрушения, применяемого в военной технике. Громадные количества взрывчатых веществ идут в военное время на снаряжение артиллерийских снарядов, авиабомб, мин и других боеприпасов.

Однако, как указывал еще К. Маркс в письме к русскому критику прошлого века Анненкову, порох употребляется или для того, «…чтобы нанести рану человеку, или для того, чтобы вылечить раны того же самого человека»[1]). В странах господства монополистического капитала, особенно в США, промышленность взрывчатых веществ и после окончания второй мировой войны направлена на ведение войны против героического корейского народа и других народов, борющихся за своё освобождение, на подготовку войны против СССР и стран народной демократии, Это и неудивительно. Милитаризация народного хозяйства, организация новых грабительских войн является одной из главных черт и требований основного экономического закона современного капитализма, одним из основных путей извлечения максимальных прибылей для обогащения кучки эксплуататоров.

Совершенно иначе используются взрывчатые вещества в нашей стране, стране мира и созидания, в странах народной демократии, строящих социализм.

Во время Великой Отечественной войны наша промышленность взрывчатых веществ с честью выполнила задачу полного обеспечения героической Советской армии высококачественными боеприпасами. В послевоенный период промышленность взрывчатых веществ успешно помогает выполнению величественной программы развития народного хозяйства СССР по пути постепенного перехода к коммунизму, намеченной в исторических решениях XIX съезда Коммунистической партии Советского Союза и в гениальном труде товарища И. В. Сталина «Экономические проблемы социализма в СССР».

Взрывчатые вещества в нашей стране, как и различные машины, сберегают труд обществу и вместе с тем облегчают труд работников. Это и определяет их большую роль в нашем народном хозяйстве как одного из важных средств механизации трудоёмких и тяжёлых работ.

Больше всего взрывчатых веществ потребляет горная промышленность, где они используются для взрывных работ при разработке различных полезных ископаемых. На каждую тонну добытого каменного угля, например, расходуется более 100 граммов взрывчатых веществ. Если Учесть огромные масштабы добычи угля, то можно подсчитать, что одна только угольная промышленность во всём мире ежегодно потребляет свыше ста тысяч тонн взрывчатых веществ.

Кроме каменного угля, народному хозяйству требуются Руды разных металлов, строительный камень, различные минералы, служащие сырьём для химической и других отраслей промышленности. Всё это добывается также с помощью взрывчатых веществ.

Невиданно короткие сроки, в которые были сооружены за годы сталинских пятилеток мощные гидроэлектростанции, судоходные и оросительные каналы, небывалые в истории темпы возведения великих строек коммунизма связаны в значительной мере с использованием взрывчатых веществ.

Взрывчатые вещества применяются также в сельском хозяйстве: с их помощью корчуют пни, осушают болота, расширяя посевные площади.

Взрывной способ широко используется в промышленном и жилищном строительстве, при прокладке дорог, в нефтяной, металлургической и машиностроительной промышленности.

Роль взрывчатых веществ в горном деле и других отраслях промышленности и народного хозяйства в целом так велика, что трудно представить себе, как без них был бы достигнут современный уровень материальной культуры.

Что же такое взрывчатые вещества, на чём основано их действие при взрыве, из чего они изготовляются и как применяются — об этом и рассказывается в нашей книжке.

Каждый из нас, кто по кинокартинам, кто по событиям, пережитым в действительности, знаком со взрывом — этим мощным и грозным явлением. В дни Великой Отечественной войны от взрывов, организованных бесстрашными советскими партизанами, взлетали на воздух вражеские эшелоны и склады, рушились мосты под ногами оккупантов.

Сегодня, в мирные дни, взрыв раскрывает нам богатства земных недр, помогает прокладывать пути через горы, преграждает течение рек, является нашим помощником в героическом созидательном труде.

Что же такое взрыв и как он действует?

Взрыв представляет собой химическую реакцию, в результате которой взрывчатое вещество превращается в газы. Эта реакция протекает с выделением тепла и идёт крайне быстро. Например, взрыв килограммовой шашки[2] широко известного взрывчатого вещества — тротила — может произойти за одну стотысячную долю секунды. За это время образовавшиеся газы не успевают заметно расшириться и занимают объём, практически равный объёму, который занимало взрывчатое вещество. Этот объём в несколько тысяч раз меньше, чем тот, который занимали бы газы взрыва при атмосферном давлении. Известно, что давление газа тем больше, чем меньше его объём. Поэтому газы в момент взрыва имеют огромное давление; к тому же это давление возникает крайне быстро и благодаря этому действует на окружающие взрывчатое вещество предметы как резкий и мощный удар, которого не может выдержать самая прочная сталь, самая крепкая горная порода. Давление взрыва так велико, что его нельзя непосредственно измерить каким–либо известным сейчас прибором — любой прибор разрушился бы при попытке такого измерения. По теоретическим! расчётам это давление составляет сотни тысяч атмосфер — при взрыве тротила, например, 190 000 атмосфер. По мере удаления от взорвавшегося взрывчатого вещества действие взрыва быстро падает; однако при взрывах больших количеств взрывчатых веществ давление даже на расстоянии нескольких километров достаточно, чтобы выбить стёкла в окнах домов.

Возникает естественный вопрос: почему же взрыв протекает с такой огромной быстротой? Ведь с химической стороны реакции, идущие при взрыве, очень похожи, а иногда и те же самые, что и реакции, происходящие при горении топлива. В основном — это окисление углерода с образованием углекислого газа (СО₂) или окиси углерода (СО) и водорода с образованием воды (Н₂O).

Более того, и сами взрывчатые вещества в большинстве своём способны не только взрываться, но и гореть. Та же шашка тротила, если её поджечь, будет гореть, и притом довольно медленно, спокойнее и медленнее, чем, скажем, бензин. Наоборот, самое простое горение, например горение угля, можно поставить в такие условия, что оно будет протекать как сильнейший взрыв. Если взять тонко измельчённый уголь, например в виде сажи, и распылить его в воздухе так, чтобы образовалось пылевое облако, то при поджигании такого облака произойдёт взрыв. Более сильный взрыв можно получить, если сажу пропитать жидким воздухом или кислородом[3]).

Почему же горение в обычных условиях протекает медленно и за счёт чего может быть достигнуто его ускорение?

Горение угля является химической реакцией соединения углерода с кислородом воздуха. Скорость химических реакций зависит от температуры и от давления. С повышением температуры скорость реакции быстро возрастает; если температуру повысить на 10 градусов, то скорость реакции увеличится в два — четыре раза. Расчёт показывает, что если от комнатной температуры перейти к температуре в 1000 градусов, то скорость возрастёт во много миллиардов раз. При увеличении давления скорость химических реакций также возрастает — для некоторых реакций пропорционально давлению, а для других даже быстрее — пропорционально давлению в квадрате, то есть если повысить давление от 1 до 1000 атмосфер, скорость реакции увеличится в 1000², или в миллион раз.

При горении угля выделяется много тепла. Один килограмм угля даёт при сгорании около 8000 больших калорий. Этого количества тепла хватило бы для нагрева до кипения 8 вёдер воды. За счёт выделения большого количества тепла при горении достигается очень высокая температура, особенно, если уголь горит в чистом кислороде. При горении на воздухе, содержащем, как известно, только 21 процент кислорода, выделяющееся тепло расходуется не только на нагрев. образующегося углекислого газа, но и на нагрев азота. Температура получается поэтому ниже, но всё же весьма высокая — она может достигать 2700 градусов. Таким образом, реакция горения угля происходит при очень высокой температуре, и скорость её могла бы быть чрезвычайно большой. Несмотря на это, горение протекает медленно. Причина этого заключается в том, что реакция может идти только на поверхности куска угля, где он соприкасается с воздухом, а эта поверхность обычно невелика. Кроме того, образующиеся при горении газы отделяют поверхность угля от воздуха и мешают поступлению к ней новых порций кислорода.

Из сказанного ясно, что для ускорения горения надо, с одной стороны, увеличить поверхность угля и, с другой, облегчить доступ к ней кислорода воздуха. Это и достигается тонким измельчением угля и распылением его в воздухе так, чтобы каждая пылинка была окружена нужным для сгорания количеством кислорода.

Представим себе, что мы имеем уголь в виде кубиков с длиной ребра 10 сантиметров. Поверхность одного, такого кубика будет равна 600 квадратным сантиметрам. Измельчим теперь каждый кубик в частицы той же формы, но с длиной ребра в одну тысячную сантиметра. Тогда поверхность будет составлять уже не 600, а шесть миллионов квадратных сантиметров, то есть увеличится в 10 000 раз. Соответственно уменьшится и время сгорания угля. Однако тонкое смешение участников реакции, которое необходимо, чтобы она могла протекать быстро, само по себе ещё не всегда достаточно для получения взрыва. Это видно хотя бы из того, что даже такие взрывчатые вещества, как тротил, пироксилин и другие, в которых и горючие элементы (углерод и водород) и кислород входят в состав одной и той же молекулы, при поджигании способны к медленному горению.

Почему это так и что нужно для того, чтобы получить взрыв?

Поднесём на короткое время к шашке тротила, вставленной в жестяной стакан[4]), небольшое пламя. При этом поверхностный слой тротила нагреется, скажем, до 200 градусов. В нагретом слое будет идти химическая реакция с выделением тепла. Одновременно тепло будет отдаваться следующему слою тротила и в окружающий воздух. При 200 градусах скорость реакции и количество выделяющегося при ней тепла невелики. В каждую единицу времени тепловые потери будут больше прихода тепла. Поэтому температура в слое будет падать, и реакция прекратится.

Повторим опыт, но будем держать пламя дольше, чтобы тротил нагрелся на поверхности до 400 градусов. Если мы теперь отнимем пламя, то температура в слое тротила не только не понизится, но будет возрастать. При 400 градусах химическая реакция в тротиле идёт так быстро, что тепла выделяется больше, чем его теряется вследствие теплоотдачи, и дальнейший разогрев слоя идёт сам по себе.

Однако, хотя реакция и быстрая, но идёт она только в тонком, нагретом пламенем слое, так как остальной тротил ещё холодный. В результате реакции образуются газы с высокой температурой. Они нагревают следующий слой тротила, вызывая в нём быструю реакцию. Этот процесс повторяется от слоя к слою, пока не сгорит весь тротил.

Нагрев слоя, вступающего в реакцию, происходит путём теплопроводности. Передача тепла теплопроводностью — довольно медленный процесс. В этом легко убедиться, погрузив, например, конец чайной ложки в горячий чай. Ощущение тепла дойдёт до руки только через несколько секунд.

Поскольку передача тепла при горении происходит медленно, то и скорость распространения горения мала. При горении с торца шашка тротила высотой 10 сантиметров сгорает за 15 минут.

Допустим теперь, что вместо того, чтобы поджигать тротиловую шашку, мы произведём по ней очень сильный удар, подобный тому, какой испытала бы шашка при попадании: в неё пули, но ещё более резкий. При таком ударе верхний слой тротила сожмётся и от сжатия сильно разогреется, подобно тому как разогревается поверхность наковальни от удара по ней молота. Вследствие высокой температуры в слое пройдёт химическая реакция. Скорость её будет при этом гораздо выше, чем при горении, так как здесь возникнет не только высокая температура, но и большое давление, созданное ударом, а давление, как мы видели, также сильно ускоряет реакцию. Образовавшимся газам некуда расширяться: с одной стороны ударяющая поверхность, с другой — тротил. Поэтому газы будут иметь очень большое давление, которое сожмёт соседний слой тротила. Сжатие вызовет в этом слое разогрев и быструю химическую реакцию. Таким образом, как и при горении, реакция, начавшись на поверхности шашки, распространится по ней последовательно, пока не прореагирует всё взрывчатое вещество.

Основное, качественное отличие взрыва от горения заключается в том, что при взрыве разогрев, вызывающий реакцию, передаётся не теплопроводностью, а сжатием. Передача энергии сжатием, или, как называют этот процесс, ударной волной, происходит несравненно быстрее, чем теплопроводностью, — со скоростью, достигающей нескольких километров в секунду.

Если взять длинный металлический стержень, на один конец его положить руку, а по другому ударить молотком, то будет казаться, что рука ощущает толчок в момент удара. Это ощущение ошибочно; действие удара распространяется по стержню с определённой скоростью и доходит до руки через некоторый промежуток времени. Однако этот промежуток времени слишком мал, и для нашего осязания момент удара и восприятия его рукой неразличимы, подобно тому как не различимы для глаза отдельные кадры кинокартины.