взрыв

ВЗРЫВ

выделение большого количества энергии в ограниченном объеме вещества за короткий промежуток времени. Различаются В. двух типов. К первому типу относят В., обусловленные высвобождением хим. или ядерной энергии вещества, напр. взрывы хим. взрывчатых веществ, смесей газов, пыли и (или) паров, а также ядерные и термоядерные В. При В. второго типа выделяется энергия, полученная веществом от внеш. источника. Примеры подобных В. — мощный электрич. разряд в среде (в природе — молния во время грозы); испарение металлич. проводника под действием тока большой силы; В. при воздействии на вещество некоторых излучений большой плотности энергии, напр. сфокусированного лазерного излучения; внезапное разрушение оболочки со сжатым газом.

В. первого типа могут осуществляться цепным или тепловым путем. Цепной В. происходит в условиях, когда в системе возникают в больших концентрациях активные частицы (атомы и радикалы в хим. системах, нейтроны — в ядерных), способные вызвать разветвленную цепь превращений неактивных молекул или ядер (см. цепные реакции). В действительности не все активные частицы вызывают реакцию, часть их выходит за пределы объема вещества. Т.к. число уходящих из объема активных частиц пропорционально поверхности, для цепного В. существует т. наз. критич. масса, при которой число вновь образующихся активных частиц еще превышает число уходящих. Возникновению цепного В. способствует сжатие вещества, т. к. при этом уменьшается поверхность. Обычно цепной В. газовых смесей реализуют быстрым увеличением критич. массы при увеличении объема сосуда или повышением давления смеси, а В. ядерных материалов — быстрым соединением неск. масс, каждая из которых меньше критической, в одну массу, большую критической.

Тепловой В. возникает в условиях, когда выделение тепла в результате хим. реакции в заданном объеме вещества превышает количество тепла, отводимого через внеш. поверхность, ограничивающую этот объем, в окружающую среду посредством теплопроводности. Это приводит к саморазогреву вещества вплоть до его самовоспламенения и взрыва (см. воспламенение, горение).

При В. любого типа происходит резкое возрастание давления вещества, окружающая очаг взрыва среда испытывает сильное сжатие и приходит в движение, которое передается от слоя к слою, — возникает взрывная волна. Скачкообразное изменение состояния вещества (давления, плотности, скорости движения) на фронте взрывной волны, распространяющееся со скоростью, превышающей скорость звука в среде, представляет собой ударную волну. Законы сохранения массы и импульса связывают скорость фронта волны, скорость движения вещества за фронтом, сжимаемость и давление вещества. Поэтому, чтобы определить все мех. параметры взрывной волны, достаточно измерить экспериментально какие-либо два из них (обычно скорости фронта и движения вещества за фронтом). Для взрывных волн с давлением на фронте, не превышающем неск. ГПа, существуют методы прямого определения давления и сжимаемости. Разработаны также методы определения немех. параметров волны — температуры, электрич. проводимости вещества за фронтом и т. п.

Разрушительное воздействие В. на окружающие объекты обусловлено взрывной волной. Давление вещества на фронте волны по мере ее удаления от места В. падает; расстояние, на котором взрывные волны оказывают одинаковое воздействие, увеличивается пропорционально кубич. корню из количества энергии, выделяющейся при В.

В. используют в строительстве, горном деле, металлообработке. В научных исследованиях В. применяют для изучения свойств веществ в широкой области параметров состояния — от разреженных газов до жидкостей и твердых тел. При этом достигают таких параметров, которые недоступны при др. методах воздействия, напр. давления порядка тысяч ГПа. Вследствие огромных скоростей нагружения при этом может возникать неравновесное состояние вещества с образованием возбужденных состояний молекул. Особенно значительные эффекты наблюдаются в зоне ударного скачка, ширина которой ~ 10 нм, поскольку время воздействия на вещество ударного скачка составляет 10⁻¹²–10⁻¹³ с, что соответствует временам внутримолекулярных колебаний. Под действием ударного скачка сначала резко увеличивается энергия поступат. движения молекул, которая затем распределяется по внутренним степеням свободы. В результате происходит разрыв хим. связей, соответствующих максимальным частотам колебаний, и оказываются возможными взаимодействия, которые другими способами реализовать трудно или вовсе невозможно. В частности, происходят хим. реакции с образованием продуктов, специфичных только для этого типа воздействия на вещество. Так, некоторые аром. соед. в сравнительно слабых ударных волнах, когда давление не превышает 1,5 ГПа, а температура 200 °C, претерпевают частичное разложение с разрушением бензольного кольца, тогда как в статич. условиях бензольное кольцо сохраняется при таких же давлениях и гораздо более высоких температурах.

Под воздействием ударных волн, образующихся при В., наблюдается полимеризация с большими скоростями, за времена порядка 10⁻⁶ с, причем в отсутствие катализаторов. Активные частицы, ведущие процесс, образуются в результате деструкции части молекул мономера в зоне ударного скачка. Так, при обычной полимеризации триоксана молекулярная масса образующегося полимера не превышает 150 тыс., тогда как при В. получают полимеры с мол. массой до 1,3 млн. Твердые хрупкие материалы дробятся под действием ударных волн до частиц размером в несколько мкм с большим числом кристаллич. дефектов и, следовательно, более высокой реакционной способностью и спекаемостью (при дроблении в мельницах число дефектов в частицах, как правило, уменьшается). Пром. значение приобрело использование В. для синтеза сверхтвердых материалов (напр., алмазов, NiB), создания новых композиционных материалов, получаемых свариванием металлов, прессованием и др., обработки традиционных материалов (напр., сталей) с целью существенного улучшения их эксплуатационных свойств (твердости, износостойкости).

^{Лит.: Семенов Н. Н., О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности, 2 изд., М., 1958; Доку чаев М. М., Родионов В. Н., Ромашов А. Н., Взрыв на выброс, М., 1963; Действие излучения большой мощности на металлы, М., 1970; Физика взрыва, 2 изд., М., 1975; Куди-нов В. М., К о роте ев А. Я., Сварка взрывом в металлургии, М., 1978; Дерибас А. А., Физика упрочнения и сварки взрывом, 2 изд., Новосиб., 1980.}

_{А. Н. Дремин}