Взрыв и взрывчатые вещества - Андреев Константин Константинович - Страница 10

Если же взрывчатое вещество жидкое, как, например, нитроглицерин, то его надо лишить подвижности, текучести, свойственной жидкости. Этого достигают, растворяя в нитроглицерине нитроклетчатку. Такой раствор при правильно выбранном составе имеет рогообразную структуру. В нем отсутствуют и поры, имеющиеся в нитроклетчатке, и текучесть, характерная для жидкости; его горение не переходит поэтому во взрыв.

Таким образом, отличие порохов от вторичных взрывчатых веществ состоит в том, что в порохах отсутствуют поры и они не являются жидкими; это обеспечивает максимальную устойчивость их горения.

Напротив, если нужно облегчить, ускорить переход горения во взрыв, то взрывчатому веществу придают пористое строение. Так, если гремучую ртуть спрессовать до полного отсутствия пор, то она не дает перехода горения во взрыв даже при больших трехграммовых зарядах. Если же гремучую ртуть спрессовать слабо, как это и делается при производстве капсюлей-детонаторов, то она дает взрыв легко — уже при горении небольшого, полуграммового заряда.

4. Мощность взрыва

При постройке железной дороги Кангауз — Сучан на Дальнем Востоке необходимо было проложить выемку в Бархатном перевале в скальном грунте. Специалисты подсчитали, что по старому способу, без применения взрывчатых веществ, прокладка выемки потребует не менее двух лет. Тогда решили применить взрывной способ.

Было заложено десять зарядов взрывчатого вещества общим весом 250 тонн. Их одновременный взрыв (рис. 13) в течение полуминуты выбросил около 60 тысяч кубических метров породы и образовал выемку протяжением 220 метров, глубиной 22 метра и шириной до 60 метров (рис. 14). Все подготовительные работы к этому взрыву заняли всего около двух месяцев.

Рис. 13. Взрыв на Бархатном перевале.

Рис. 14. Бархатный перевал после взрыва.

Чем же обусловлена способность взрывчатых веществ производить чрезвычайно большую работу за такое короткое время?

Первым приходит в голову довольно естественное объяснение причины сокрушительного действия взрыва: во взрывчатом веществе содержится громадный запас энергии, который и выделяется при взрыве.

Такое мнение широко распространено. Исходя из него, не так давно один изобретатель рекомендовал заменить все виды применяемого ныне топлива… взрывчатыми веществами. Он даже разработал проект двигателя, в котором огромная по его предположению энергия взрывчатых веществ должна была превращаться в работу.

Из таких же соображений исходят предложения о замене (частично или полностью) бензина в автомобильных и авиационных двигателях жидкими взрывчатыми веществами.

Однако простой расчет показывает, что такие предложения в корне ошибочны. В килограмме взрывчатых веществ содержится и выделяется при взрыве значительно меньше энергии, чем выделяется при сгорании, например, одного килограмма угля или бензина.

Ниже, в таблице приведены величины энергии, выделяющейся при сгорании различных видов топлива и при взрыве различных взрывчатых веществ.

Таблица

Сравнивая числа, приведенные в этой таблице, мы видим, что при взрыве килограмма нитроглицерина выделяется энергии в пять раз, а при взрыве килограмма тротила даже в восемь раз меньше, чем при сгорании килограмма угля.

Однако при таком сравнении мы несколько несправедливы по отношению к взрывчатым веществам. Мы берем теплоту горения для одного килограмма топлива, не учитывая того количества кислорода, которое необходимо для горения. Взрывчатое же вещество не требует для своего взрыва дополнительного количества кислорода, так как он содержится в самом взрывчатом веществе. Более правильно поэтому и теплоту горения топлива рассчитывать не на один килограмм его, а на один килограмм смеси топлива с нужным для горения количеством кислорода. Такое сопоставление дано в следующей таблице:

Таблица

Хотя разница в величинах теплоты горения топлив и теплоты взрыва взрывчатых веществ стала в этом случае меньше, однако и здесь количество выделяющейся энергии у топлива больше, чем у взрывчатых веществ.

Следовательно, огромное разрушительное действие взрыва нельзя отнести за счет большой энергии взрыва.

В чем же тогда его причина?

Действительная причина заключается в том, что энергия при взрыве выделяется крайне быстро. Если килограмм бензина сгорает в моторе автомашины за 5–6 минут, то для взрыва килограмма взрывчатого вещества требуется только одна-две стотысячные доли секунды. Энергия при взрыве выделяется в десятки миллионов раз быстрее, чем при горении. А это имеет огромное значение.

Как известно, работа, выполняемая в секунду, называется мощностью. Чем большую работу способен произвести в секунду двигатель, тем выше его мощность. Единица мощности — лошадиная сила. Такой мощностью обладает двигатель, способный в одну секунду проделать работу по подъему груза в 75 килограммов на высоту одного метра. Паровоз серии «ИС», предназначенный для вождения составов весом до 1000 тонн со скоростью до 130 километров в час, обладает, например, мощностью в 2800 лошадиных сил.

Какую же мощность дает взрыв обычного двухсотграммового патрона аммонита, какие ежедневно десятками тысяч применяются в шахтах для взрывных работ?

Диаметр такого патрона 30 миллиметров, длина 0,25 метра. Если возбудить взрыв с торца патрона, то он будет распространяться со скоростью 5000 метров в секунду и длительность взрыва составит всего 0,25/5000 = 0,00005 секунды.

При взрыве одного килограмма аммонита выделяется энергия, равная 950 большим калориям. Поэтому при взрыве двухсотграммового патрона аммонита за указанный промежуток времени будет получена энергия, равная 0,2 х 950 = 190 больших калорий или в единицах механической работы 190 х 427 = 81 130 килограммометров.

Если для производства полезной работы может быть использовано только около 10 проц. этой энергии, то для получения ее в такой же короткий промежуток времени потребуется силовая установка (генератор) мощностью 0,1 х 81 130/75 х 0,0005 = 2,2 миллиона лошадиных сил (около 1,6 миллиона киловатт).

Таким образом, взрывник, несущий в сумке патрон аммонита, имеет в своем распоряжении огромную мощность. Эта мощность превосходит мощность крупнейшей американской гидроэлектростанции Боулдер-Дэм, составляющую 1 400 000 лошадиных сил (около миллиона киловатт).

Если физическую мощность среднего человека принять равной одной пятой лошадиной силы, то человек, располагающий 200 граммами взрывчатого вещества, как бы увеличивает свою физическую силу в 10 миллионов раз! О такой мощности, которую вложила в руки человека наука, могли только мечтать слагатели народных сказаний, наделявшие своих героев сверхъестественной силой.

Понятно, что использование энергии взрыва не может заменить работу электростанций и других силовых установок. Громадная мощность взрыва обусловлена, как мы видели, в первую очередь чрезвычайно малым временем выделения энергии; сама же энергия отнюдь не является чрезмерно большой.

Отсюда следует, что взрывчатые вещества целесообразно применять только в тех случаях, когда необходимы воздействия чрезвычайно большой мощности, хотя бы и очень кратковременные. Для получения таких воздействий в течение длительного времени потребовались бы громадные количества взрывчатых веществ. Так, чтобы получить в течение трех суток мощность взрыва патрона аммонита в 2 миллиона лошадиных сил, потребовалось бы взорвать около миллиона тонн взрывчатых веществ, — больше чем все годовое потребление взрывчатых веществ в горном деле во всем мире.

Таким образом, взрывчатые вещества не заменяют других источников энергии, они позволяют лишь концентрировать энергию во времени и в пространстве в такой степени, в какой это недостижимо никакими иными путями.