Механизм возбуждения взрывного процесса при инициировании БВВ взрывом ИВВ

БВВ в условиях капсюля-детонатора инициируется детонационной волной, которая возникает при детонации ИВВ. Это так называемое ударно-волновое инициирование бризантных ВВ. Давление продуктов взрыва, совершающее заданную работу, и скорость детонации ВВ связаны соотношением:

,

где Р – давление детонации, r₀-плотность ВВ, D-скорость детонации, n - показатель политропы, для большинства ВВ n~3.

В зависимости от состояния заряда БВВ механизм возбуждения в нем взрывного процесса будет различным. Если заряд инициируемого БВВ по своей структуре однороден (монокристалл, твердый коллоидный раствор и т.п.) возбуждение связано с гомогенным адиабатическим разогревом слоя БВВ под воздействием динамического сжатия.

В случае неоднородной структуры заряда БВВ (пористый заряд, заряд, содержащий твердые инертные примеси и т.п.) при ударном сжатии взрывной процесс возникает в нем в локальных точках. Образовавшиеся локальные очаги по мере протекания химической реакции укрупняются, а затем сливаются. В силу того, что при инициировании гетерогенных взрывчатых систем (ВС) энергия концентрируется в локальных точках, критические параметры инициирующей ударной волны в этом случае ниже, нежели при инициировании гомогенной системы и, как следствие, меньше величина минимального инициирующего заряда.

Первой стадией энергетического воздействия на ВВ является разогрев некоторого слоя или отдельных очагов в нем (“горячих точек”). Ускорение реакции разложения ВВ возможно, если температура в очаге реакции такова, что теплоприход в результате химической реакции превышает теплоотвод в окружающую среду. Это так называемая “температура вспышки”. Через определенное время ( t_з) после начала нагревания вещество вспыхивает в очаге разложения:

t_з = B exp(E/RT_o),

где B - эмпирическая константа, E - энергия активации термораспада, R- универсальная газовая постоянная, T_o - температура вспышки ВВ.

Предэкспоненциальная константа B по своей физической сути является минимально возможным периодом задержки воспламенения. Значение составляет B = 10^-8-10^-13 с и зависит от свойств образца и условий опыта.

Кроме того, необходимо, чтобы в веществе на время периода индукции термического распада отвечающего параметрам состояния сжатого вещества сохранялась температура, близкая к “температуре вспышки”, т.е. при инициировании БВВ ударной волной кроме максимального давления важным фактором является и продолжительность импульса. У инициирующих ВВ после воспламенения горение быстро переходит во взрыв, при этом образуется интенсивная ударная волна, которая вызывает детонацию заряда бризантного ВВ. Следовательно, импульс продуктов взрыва в инициирующей ударной волне должен быть не менее

J_кр. ³ ₀^фò P_кр dt

Таким образом, инициирующая способность ударной волны определяется давлением во фронте (P_кр. ) и длительностью фазы сжатия (t ).

Следовательно независимо от механизма возбуждения, возникновение детонационного процесса в заряде БВВ произойдет лишь в том случае, если давление во фронте инициирующей детонационной волны будет больше некоторого критического значения, характерного для данной ВС при данном ее состоянии, а время, необходимое для возбуждения и развития химической реакции в зоне сжатия, будет меньше времени движения волн разгрузки.

Если задаться постоянством импульса инициирующей ударной волны, выбрав некоторое БВВ с известными и постоянными параметрами чувствительности к ударной волне при неизменных условиях нагружения, то критерием инициирующей способности может стать масса инициирующего заряда, так как она определяет временные характеристики ударной волны и ее суммарный импульс фазы сжатия.

Минимальную массу ИВВ, обеспечивающую детонацию в испытываемом БВВ, называют минимальным инициирующим импульсом или предельным инициирующим зарядом (минимальным зарядом) и выражают в граммах. Сравнивая величины предельного (минимального) заряда ИВВ по отношению к какому-нибудь одному БВВ, судят об их относительной инициирующей способности, если испытания проводились в одних и тех же условиях.

Необходимая для инициирования БВВ энергия может быть рассчитана по формуле:

E ~ 1/6 r_o·l_u³·D_u³·D_уд^-1,

где r_o - плотность БВВ, D_uиl_u- скорость стационарной детонации и соответствующая ей ширина зоны химической реакции БВВ при плотности r_o, D_уд - скорость инициирующей ударной волны.

Следовательно, чем больше амплитуда инициирующей ударной волны (то есть ее P – давление), тем меньше суммарной энергии заряда ИВВ нужно приложить для возбуждения детонации (увеличение D_уд приводит к снижению критической энергии инициирования).

Способность БВВ детонировать под действием УВ оценивается чаще всего одним из следующих критериев:

- критическим давлением инициирования (P_кр. );

- критической энергией инициирования E_кр= P·u·t,

где u - массовая скорость продуктов взрыва; t - продолжительность воздействия инициирующего давления P.

Близким к E_кр по форме критерием является Pⁿt = const, где показатель nдля большинства прессованных БВВ приблизительно равен двум.

Считается, что детонация в БВВ возбуждается при сообщении ему определенного количества энергии на единицу инициируемой поверхности. В средствах инициирования, имеющих ограниченные размеры, E_кр будет зависеть от диаметра. Было найдено, что критическое давление ударной волны инициирования гексогена в детонаторах с увеличением диаметра заряда уменьшается с 1,6 ГПа до 0,9 ГПа, а минимальная энергия инициирования составляет около 46 Дж/см², что эквивалентно величине P²t= 460.

Основное отличие в эффективность (инициирующую способность) зарядов ИВВ вносит длина их участка перехода горения в детонацию.

Считается, что переход горения твердых высокоплотных ВВ в детонацию включает стадии: устойчивое послойное горение, конвективное горение, низкоскоростной режим детонации, стационарная детонация. Каждая из стадий отличается механизмом передачи тепла и возбуждения реакции. Существование и пространственная протяженность отдельных стадий зависят от структуры заряда, физико-химических свойств ВВ, условий проведения опыта. Переход горения в детонацию ВВ происходит при нарастающем давлении (dP/dt> 0) и при наличии бегущей волны сжатия (dP/dt ¹ const). По мере увеличения скорости процесса возрастает интенсивность волн сжатия, движущихся впереди фронта воспламенения, и при некоторой пороговой скорости волна сжатия становится способной инициировать экзотермическую химическую реакцию распада ВВ. Происходит смена механизма процесса и конвективное горение переходит в волновой низкоскоростной режим детонации, скорость которого близка к продольной скорости звука в ВВ при данной плотности заряда. Низкоскоростной режим детонации переходит в режим высокоскоростной детонации, если выполняется неравенство P ³ P_кр. . Для пористых систем со значительной газопроницаемостью наблюдали условия, когда локальный взрыв вещества в зоне конвективного горения излучает ударную волну такой интенсивности, что она вызывает детонацию заряда, минуя низкоскоростной режим детонации. Интенсивная ударная волна, возникающая при взрыве инициирующего ВВ, приводит к детонации заряда бризантного ВВ, продукты взрыва которого совершают заданную полезную работу.

а) 1 - бризантное ВВ и 2 – инициирующее ВВ; б) два инициирующих ВВ: 1 – гремучая ртуть; 2 – азид свинца.

Рисунок 1 -Зависимость скорости взрывчатого превращения от времени при поджигании

Если обозначить через D скорость взрывчатого превращения энергоемких соединений, то изменение последней во времени (t) при поджигании зарядов бризантного ВВ и инициирующего ВВ и двух инициирующих ВВ будет выглядеть следующим образом (см. рис. 1).

Бризантные ВВ при поджигании устойчиво горят. Для осуществления перехода горения в детонацию бризантных ВВ требуются специальные условия (прочные толстостенные стальные трубы) или большие количества ВВ. У инициирующих ВВ переход горения в детонацию происходит быстро, на расстоянии, не превышающем нескольких миллиметров от места поджигания. Эффективность инициирующих ВВ тем выше, чем короче участок перехода горения в детонацию и чем выше скорость детонации. Следовательно, азид свинца (Pb(N₃)₂) - более эффективное инициирующее ВВ, чем гремучая ртуть (Hg(CNO)₂).

На практике широкое применение для инициирования зарядов БВВ получили капсюли-детонаторы (КД) (см. рис.2).

1 – гильза капсюля-детонатора; 2 – ИВВ; 3 – БВВ.

Рисунок 2 - Схема простейшего капсюля-детонатора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: