Химическая энциклопедия
"ВЗРЫВ"

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.