Вопрос к Varban'у

Скорость детонации — скорость распространения детонационной волны по заряду взрывчатого вещества(ВВ). Скорость детонации определяется составом и состоянием заряда, условиями взрывания. При одинаковых условиях скорость детонации постоянна и её значение — максимально возможное при этих условиях. Такое свойство делает скорость детонации одной из важнейших характеристик взрывчатых веществ.
Методы определения подразделяют на две группы:
определение среднего значения на участке заряда
метод Дотриша
осциллографический метод
непрерывное определение по длине участка заряда
фотографический метод в зарядах с прозрачной оболочкой
осциллографический метод с датчиками переменного сопротивления
радиоинтерферометрический метод (в основе лежит Эффект Доплера) - измерение Доплеровского сдвига частоты радиоволны сантиметрового или миллиметрового диапазона, отражаемой от детонационной волны
Минимальная скорость детонации для твердых (конденсированных) взрывчатых веществ 1,2 км/сек. Обычная скорость детонации промышленных ВВ 2,5-6,5 км/сек, а взрывчатых химических соединений 7-9 км/сек. Чем выше скорость детонации, тем выше давление детонации и эффективность действия взрыва.

От скорости детонации ВВ зависит время, в течение, которого выделяется вся энергия, заключенная в ВВ. А это время в совокупности с количеством тепла, и объемом выделившихся в результате взрывчатого превращения газов характеризует мощность, развиваемую взрывом, что, следовательно, дает возможность правильно выбирать то или иное ВВ, для выполнения той или иной механической работы. Для перебивания взрывом металла, целесообразно получить возможный максимум энергии в наименьший промежуток времени, то есть иметь максимально возможную скорость детонации, для механического же выброса грунта из пределов заданной выемки (воронки) эту же энергию целесообразно получить за более длительный отрезок времени, подобно тому, как при нанесении резкого удара по доске кулаком можно ее перебить, а, приложив ту же энергию постепенно только отбросить (переместить). Скорость детонации ВВ зависит:



- от химического состава (структуры молекул)



- от плотности ВВ



- от диаметра заряда ВВ



- от величины частиц ВВ.



Химический состав ВВ в большей мере, чем все другие факторы определяет скорость детонации, однако, до сих пор не выведено четкой зависимости максимальной величины скорости детонации от химического состава ВВ и строения его молекулы. Известно, что наибольшей скоростью детонации отличаются нитросоединения и нитроэфиры с максимальным количеством нитро (NO2) или нитратных (ONO2) групп, с небольшим отрицательным, нулевым, или небольшим положительным кислородным балансом и с молекулярной массой близкой, но не более 300 у.е. Однако четкой зависимости не существует, например достаточно высокой скоростью детонации отличается нитрат гидразина H5N2NO3 с молекулярной массой 95 у. е. (D км/с=8,69), нитрогуанидин CH5N3NO2 с молекулярной массой 105 у. е. (D км/с= 8,2) и некоторые другие ВВ. Кроме вышесказанного на скорость детонации ВВ по видимому влияет характер связи нитрогрупп (NO2) с углеродом, так , например, нитросоединения, в которых азот группы NO2 связан непосредственно с углеродом (C–NO2), имеют меньшую скорость детонации, а также и чувствительность к начальному импульсу, чем нитроэфиры, у которых азот связан с углеродом через один из кислородов группы ONO2 (C–O–NO2) или нитроамины имеющие связь (= N–NO2).Плотность ВВ в значительной мере определяет скорость детонации, причем для однокомпонентных ВВ характерно увеличение скорости детонации с ростом плотности заряда вплоть до плотности монокристалла. На практике интерес представляет та область где > 1 г/см3. В этом диапазоне плотностей скорость детонации приблизительно линейно возрастает с плотностью ВВ. Для многокомпонентных ВВ, представляющих собой механическую смесь окислителя и горючего (например, аммиачноселитрянные ВВ, хлоратные ВВ) первоначально наблюдается увеличение скорости детонации с плотностью заряда. С дальнейшим возрастанием плотности происходит снижение скорости. При плотности выше некоторой критической зависящей от диаметра заряда d, стационарная детонация становится невозможной. Это явление называют перепрессовкой ВВ. Подобное поведение отмечено и для некоторых индивидуальных ВВ как, например, перхлорат аммония, нитрогуанидин, нитрат гидразина. Скорость детонации индивидуальных ВВ достигает своего максимума при приближении плотности ВВ к плотности монокристалла, дальнейшее увеличение скорости детонации ВВ невозможно.













Фотография детонирующего заряда динамита (малая скорость детонации 2000м/с). Интервал между кадрами 7мкс.

В таблице 2 приведены значения скорости детонации при разных плотностях ВВ. При данной плотности скорость детонации зависит также от диаметра заряда ВВ. Скорость детонации увеличивается с увеличением диаметра заряда и при определенном диаметре d достигает максимальной для ВВ данной плотности величины. Вообще о скорости детонации для данного ВВ можно говорить лишь конкретизируя условия детонации как-то: мощность начального импульса, диаметр заряда, наличие оболочки, плотность заряжения, а также еще ряд некоторых условий в большей или меньшей мере влияющих на скорость детонации. В таблице 3 приведена зависимость D м/c от для некоторых многокомпонентных и индивидуальных ВВ при разных диаметрах заряда.



Таблица 3 Детонация с малой скоростью. ВВ на основе нитроглицерина (динамиты) в зарядах диаметром меньше некоторой критической величины способны детонировать как с нормальной скоростью 6000-8000 м/сек., так и со значительно меньшей скоростью 2000-3000 м/сек. (детонация с малой скоростью). Причины этого явления достаточно сложны и в данном труде рассматриваться не будут. При инициировании ВВ величина скорости детонации зависит как от мощности инициирующего импульса, так и от размеров заряда и прочности его оболочки. Детонация с малой скоростью возможна и в мощных индивидуальных ВВ, например, гексогене тетриле и в индивидуальных ВВ средней мощности, например, тротиле, пикриновой кислоте при плотности менее или равной 1 г/см3. Детонация со скоростью менее 2000 м/с в этих ВВ возможна при диаметре заряда 15 мм для гексогена и 30 мм для тротила при размере частиц 1,0-1,6 мм. Детонация с малой скоростью возможна и в ВВ пониженной мощности, как, например, смеси аммиачной селитры с кристаллическим ВВ. В 1946—1947 гг. в Швеции были проведены опыты с 35% желатин-динамитом состава: 35% смеси нитроглицерина с нитрогликолем (в пропорции 1:1), 5% нитроклетчатки, 58% нитрата аммония, 2% древесной муки. В рассматриваемом ВВ детонация с малой скоростью (2000 м/с) возникает от капсюля детонатора №8, однако, если диаметр заряда превышает 32 мм наблюдается переход детонации с малой скоростью к нормальной скорости 5400 м/с. При применении промежуточного детонатора (из 1 г. ТЭНа) возникает детонация с нормальной скоростью. Минимальный диаметр заряда, в котором возможно стационарное распространение детонации (критический диаметр), меньше для малой скорости детонации, чем для большой. Переходы от детонации с нормальной скоростью к малой скоростью невозможны. Переходы от малой к нормальной скорости возможны даже в пределах заряда одного диаметра но снабженного отрезком прочной оболочки, длиной равной диаметру заряда.




Переход детонации 35% динамита от малой к большой скорости детонации вследствии наличия короткой стальной оболочки (размеры в мм).

При добавлении в заряд, критического для малой скорости детонации диаметра инертного порошка, наблюдается постоянное повышение скорости детонации от малой до нормальной скорости. Важной характеристикой детонации с малой скоростью является существование некоторого предельного диаметра заряда ВВ. В зарядах диаметром выше предельного может стационарно распространяться детонация только!, с большой скоростью. Бризантное действие продуктов взрыва 35% динамита при детонации с малой скоростью очень незначительна. На рисунке схематично показаны результаты действия взрыва заряда 35% динамита диаметром 25 мм. в картонной оболочке на стальную пластину толщиной 15 мм.



Воздействие взрыва с торца заряда 35%-го динамита на стальную пластину.

Импульсы взрыва, измеренные на баллистическом маятнике при детонации 35% динамита с малой и нормальной скоростью, отличаются лишь в малой степени. Однако импульс взрыва при детонации с нормальной скоростью все же несколько больше. При этом фугасное действие взрыва при детонации ВВ с малой скоростью будет в значительной мере приближаться к фугасному действию ВВ детонирующих с нормальной скоростью.


Величина частиц ВВ оказывает влияние на скорость детонации. Форма зерен ВВ и характер распределения их по размерам определенно влияют на скорость детонации порошков даже в том случае, когда размеры заряда достаточно велики и скорость детонации не должна бы зависеть от диаметра. Данное утверждение подтверждается следующим экспериментом. Берут два заряда одинаковой средней плотности. Один заряд состоит из пучка трубок, изготовленных из мощного ВВ (ТЭНа), другой из мелкодисперсного порошка ТЭНа той же средней плотности как и трубчатый заряд. С учетом канального эффекта (см. Словарь) детонация в трубчатом заряде распространяется со средней скоростью (8,6 км/с), более высокой чем в сплошном (литом) заряде ТЭНа (7,9 км/с), в то время как в заряде прессованного порошкообразного вещества той же средней плотности, скорость детонации ( 7,0 км/с) значительно меньше чем в сплошном. При одинаковой средней плотности всех зарядов значительное различие в скоростях детонации можно объяснить только различием форм и размеров частиц (порошка, кристаллов) ВВ.