ВЗРЫВ
, выделение большого кол-ва энергии в ограниченном
объеме в-ва за короткий промежуток времени. Различаются В. двух типов.
К первому типу относят В., обусловленные высвобождением хим. или ядерной
энергии в-ва, напр. взрывы хим. взрывчатых веществ, смесей газов, пыли
и (или) паров, а также ядерные и термоядерные В. При В. второго типа выделяется
энергия, полученная в-вом 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 в-во нек-рых 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 р-цию, часть их выходит за пределы объема в-ва. Т.к. число уходящих
из объема активных частиц пропорционально пов-сти, для цепного В. существует
т. наз. критич. масса, при к-рой число вновь образующихся активных частиц
еще превышает число уходящих. Возникновению цепного В. способствует сжатие
в-ва, т.к. при этом уменьшается пов-сть. 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 к-рых меньше критической, в одну массу, большую критической.
Тепловой В. возникает в условиях, когда выделение тепла в результате
хим. р-ции в заданном объеме в-ва превышает кол-во тепла, отводимого через
внеш. пов-сть, ограничивающую этот объем, в окружающую среду посредством
теплопроводности. Это приводит к саморазогреву в-ва вплоть до его самовоспламенения
и взрыва (см. Воспламенение
, Горение
).
При В. любого типа происходит резкое возрастание давления в-ва, окружающая
очаг взрыва среда испытывает сильное сжатие и приходит в движение, к-рое
передается от слоя к слою, - возникает взрывная волна. Скачкообразное изменение
состояния в-ва (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 в-ва за фронтом, сжимаемость и
давление в-ва. Поэтому, чтобы определить все мех. параметры взрывной волны,
достаточно измерить экспериментально какие-либо два из них (обычно скорости
фронта и движения в-ва 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
- т-ры, электрич. проводимости в-ва за фронтом и т.п.
Разрушительное воздействие В. на окружающие объекты обусловлено взрывной
волной. Давление в-ва на фронте волны по мере ее удаления от места В. падает;
расстояние, на к-ром взрывные волны оказывают одинаковое воздействие, увеличивается
пропорционально кубич. корню из кол-ва энергии, выделяющейся при В.
В. используют в стр-ве, горном деле, металлообработке. В научных исследованиях
В. применяют для изучения св-в в-в в широкой области параметров состояния
- от разреженных газов до жидкостей и твердых тел. При этом достигают таких
параметров, к-рые недоступны при др. методах воздействия, напр. давления
порядка тысяч ГПа. Вследствие огромных скоростей нагружения при этом может
возникать неравновесное состояние в-ва с образованием возбужденных состояний
молекул. Особенно значительные эффекты наблюдаются в зоне ударного скачка,
ширина к-рой ~ 10 нм, поскольку время воздействия на в-во ударного скачка
составляет 10-12-10-13 с, что соответствует временам
внутримолекулярных колебаний. Под действием ударного скачка сначала резко
увеличивается энергия поступат. движения молекул, к-рая затем распределяется
по внутренним степеням свободы. В результате происходит разрыв хим. связей,
соответствующих максимальным частотам колебаний, и оказываются возможными
взаимодействия, к-рые другими способами реализовать трудно или вовсе невозможно.
В частности, происходят хим. р-ции с образованием продуктов, специфичных
только для этого типа воздействия на в-во. Так, нек-рые аром. соед. в сравнительно
слабых ударных волнах, когда давление не превышает 1,5 ГПа, а т-ра 200°С,
претерпевают частичное разложение с разрушением бензольного кольца, тогда
как в статич. условиях бензольное кольцо сохраняется при таких же давлениях
и гораздо более высоких т-рах.
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 мол. 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 св-в (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.
