Детонация

ДЕТОНАЦИЯ взрывчатых веществ (франц. detoner — взрываться, от лат. detono — гремлю * а. detonation of explosives; н. Detonation von Sprengstoffen; ф. detonation des explosifs; и. detonacion de explosivos) — процесс химического превращения взрывчатых веществ, сопровождающийся освобождением энергии и распространяющийся по веществу в виде волны со скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе. Химическая реакция вводится интенсивной ударной волной, образующей передний фронт волны детонации. Резкое повышение давления и температуры за фронтом ударной волны приводит к очень быстрому химическому превращению вещества в тонком слое, непосредственно прилегающем к фронту волны (рис.).

Энергия, освобождающаяся в зоне химической реакции, непрерывно поддерживает высокое давление в ударной волне. Возбуждение детонации является обычным способом осуществления взрыва. Волна детонации возбуждается интенсивным механическим или тепловым воздействием (удар, искровой разряд, взрыв металлической проволочки под действием электрического тока и т.п.). Сила воздействия, необходимая для возбуждения детонации, зависит от химической природы взрывчатых веществ. К механическому и тепловому воздействию особенно чувствительны инициирующие взрывчатые вещества, которые входят в состав капсюлей-детонаторов, используемых для возбуждения детонации вторичных (менее чувствительных) взрывчатых веществ.

В однородном взрывчатом веществе волна детонации обычно распространяется с постоянной скоростью, которая среди возможных для данного взрывчатого вещества скоростей детонационной волны является минимальной. В этом случае зона химической реакции перемещается относительно продуктов реакции со скоростью звука. Благодаря этому волна разрежения, возникающая при расширении газообразных продуктов, не может проникнуть в зону реакции и ослабить ударную волну. Детонация, отвечающая этим условиям, называется процессом Чепмена-Жуге, а соответствующая этому процессу минимальная для данного взрывчатого вещества скорость детонации принимается в качестве его характеристики. Давление, которое создаётся при распространении детонационной волны в газовых взрывчатых смесях, составляет сотни кПа, а в жидких и твёрдых взрывчатых веществах измеряется тысячами МПа.

При определённых условиях скорость детонации может превышать минимальную скорость распространения. В отличие от процесса Чепмена-Жуге в такой волне зона химической реакции движется относительно продуктов реакции с дозвуковой скоростью. Поэтому для реализации процесса с повышенной скоростью необходимо внешнее воздействие, поддерживающее давление в ударной волне на более высоком уровне. Детонационная волна с повышенной скоростью распространения возникает также в неоднородном взрывчатом веществе при движении волны в направлении убывания плотности или в сферической волне, сходящейся к центру.

Устойчивый процесс детонации не всегда возможен. Например, волна детонации не может распространяться в цилиндрическом заряде взрывчатых веществ слишком малого диаметра. Волна разрежения, возникающая при разлёте продуктов детонации в боковых направлениях, искривляет передний фронт волны и ослабляет его амплитуду. Этот процесс приводит к снижению скорости химической реакции или практически полному её прекращению. Минимальный диаметр заряда взрывчатых веществ, в котором возможен незатухающий процесс детонации, пропорционален ширине зоны химической реакции.

Кроме детонации в взрывчатых веществах, возможен другой тип волны химического превращения — горение взрывчатых веществ. При некоторых условиях горение может перейти в детонацию. Во многих практических случаях (например, при горении топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания) возникновение детонации недопустимо. В связи с этим подбираются такие условия горения и химический состав используемых веществ, чтобы возникновение детонации было исключено.

Управление процессом детонации достигается подбором взрывчатых веществ различного химического состава и плотности.