В тротиловом заряде взрыв распространяется от одного конца до другого за одну стотысячную долю секунды, в миллион раз быстрее, чем при горении. Это время так мало, что если мы будем смотреть на взрывающийся заряд, нам покажется, что взрыв произошел мгновенно и одновременно во всех его частях. На самом деле это не так: взрыв распространяется по взрывчатому веществу с определенной, очень большой скоростью, которая может быть измерена точными физическими методами. Скорость распространения взрыва в различных взрывчатых веществах заключается между 1 и 8,5 километра в секунду.
Для тротила она равна 7 километрам в секунду. Взрыв в тротиле распространяется в 20 с лишним раз быстрее, чем звук в воздухе, и в 8 раз быстрее, чем летит винтовочная пуля; при такой скорости путь от Москвы до Ленинграда был бы пройден за полторы минуты.
Чем больше скорость распространения взрыва, тем сильнее и резче удар, производимый газами взрыва, тем больше дробящее действие взрыва.
Это действие можно еще более усилить, направляя его на определенный, небольшой участок разрушаемого объекта, например брони, которую нужно пробить. Такое сосредоточение действия взрыва основано на явлении так называемой кумуляции (от латинского слова «кумуляцио» — увеличение), впервые наблюдавшемся известным русским военным инженером М. М. Боресковым еще в 1864 году, но широко использованном только во время второй мировой войны.
Явление кумуляции можно пояснить таким опытом (рис. 1). На стальную плиту поставлены два цилиндрических заряда взрывчатого вещества одинаковых размеров, но один сплошной, а другой с конической выемкой в нижней части. Если эти заряды взорвать, то сплошной заряд даст на плите вмятину на большой площади, но малой глубины, а заряд с выемкой, меньший по весу, пробьет плиту насквозь, хотя и на малой площади. Такое сосредоточение действия взрыва объясняется тем, что газы взрыва, движущиеся от поверхности конуса, встречаются на оси его и образуют мощную тонкую струю, пробивающую стальную плиту.
Рис. 1. Схема действия кумулятивного заряда.
Пробивное действие получается еще сильнее, если коническая выемка имеет металлическую облицовку небольшой толщины. Тогда кумулятивная струя включает в себя тяжелый металл, движущийся с огромной скоростью, и врезается в сталь, как нож в масло.
В минувшей войне задача борьбы с броней (танки, бронетранспортеры, доты и др.) получила важнейшее значение. Для этой цели был использован кумулятивный принцип устройства заряда бронебойных боеприпасов, в первую очередь противотанковых снарядов. Схема устройства такого снаряда показана на рис. 2. При ударе снаряда о броню взрывается чувствительный головной взрыватель; его взрыв передается по центральной трубке капсюлю-детонатору, находящемуся в донной части снаряда; капсюль-детонатор через промежуточный детонатор вызывает взрыв разрывного заряда, имеющего кумулятивную выемку с металлической облицовкой.
Рис. 2. Схема устройства кумулятивного снаряда.
Пробивное действие кумулятивного снаряда основывается не на большой его скорости, то есть не на большой энергии удара, как у обычных бронебойных снарядов, а на действии взрыва заряда взрывчатого вещества, снабженного кумулятивной выемкой и взрывающегося в момент удара снаряда о броню.
2. Три класса взрывчатых веществ
История открытия взрывчатых веществ — героические страницы в летописи химии. Часто химик, получая новое соединение, не подозревал о том, что оно способно взрываться, и дорого — потерей пальцев, глаз, а иногда и жизни — оплачивал свое открытие.
Некоторые взрывчатые вещества, открытые химиками, настолько чувствительны, что взрываются от малейшего прикосновения.
Примером такого вещества может служить йодистый азот — порошок черного цвета, образующийся при взаимодействии йода с раствором аммиака. Во влажном виде этот порошок не взрывается, но если дать ему высохнуть, то он становится таким чувствительным, что взрывается от самого слабого воздействия, например от прикосновения бородки птичьего пера. Йодистый азот взрывается даже от сильного света, например от вспышки магниевого состава, применяемого при фотографировании.
Понятно, что такие сверхчувствительные взрывчатые вещества не могут иметь практического значения, так как опасность взрыва при обращении с ними чрезмерно велика. И если бы химия знала только взрывчатые соединения типа йодистого азота, то взрывчатые вещества не получили бы того применения, какое они имеют в наше время.
Следует указать, что нет прямой связи между количеством энергии, которую нужно затратить для возбуждения взрыва взрывчатого вещества, и количеством энергии, которую оно дает при взрыве. Это относится не только к взрывчатым веществам. Зажечь дрова, например, легче, чем каменный уголь, хотя при горении угля тепла выделяется вдвое больше.
Представим себе камень, лежащий на возвышении. Если столкнуть его с этого возвышения, то он будет падать, приобретая все большую и большую скорость. Очевидно, что усилие, которое нужно, чтобы вызвать падение камня, не зависит от того, на какой высоте он находится. Скорость же и кинетическая энергия, которые приобретает падающий камень, тем больше, чем больше высота падения.
Учеными были открыты взрывчатые вещества, превосходящие йодистый азот по силе действия и в то же время обладающие несравненно меньшей чувствительностью. Возбудить взрыв таких взрывчатых веществ теплом и ударом настолько трудно, что некоторые из них долгое время после их открытия даже не считались взрывчатыми. Так, пикриновая кислота, которая была открыта в 1788 году, в течение почти ста лет использовалась только как желтая краска. И лишь в 1873 году было установлено, что эта краска является сильнейшим взрывчатым веществом; вскоре после этого ее начали применять для снаряжения артиллерийских снарядов.
Тротиловый заряд не взрывается от удара при падении на землю с любой высоты. Тротил не взрывается даже при простреле обычной винтовочной пулей. Чтобы вызвать его взрыв, требуется удар еще большей резкости. Добавим, что и зажигаются такие взрывчатые вещества, как тротил или пикриновая кислота, с трудом; например, зажечь тротил гораздо труднее, чем бумагу или керосин. А некоторые взрывчатые вещества от спички вообще не загораются.
Относительно малая чувствительность современных взрывчатых веществ к удару и к трению очень важна для безопасности их применения как в горном деле, так и в военной технике.
При горных взрывных работах патроны взрывчатого вещества вводят в выбуренный в породе шпур (цилиндрическое углубление); при этом взрывчатое вещество может подвергаться трению о стенки шпура.
Далее обычно одновременно взрывают несколько шпуров; если заряд в одном из них по тем или иным причинам не взорвался, то взрывчатое вещество попадает в отколотую взрывом породу и при разборке и погрузке ее может подвергаться ударам.
Если порода не разрушена, там, где находился невзорвавшийся заряд, то для его ликвидации, ввиду того, что разряжать шпур сложно, обычно бурят рядом новый шпур, направляя его так, чтобы конец находился около невзорвавшегося заряда; в новый шпур вводят новый заряд, при взрыве которого взрывается и отказавший заряд. Бывает, однако, что направление нового шпура установлено неточно и бур попадает в отказавший заряд.
Во всех этих случаях, если взрывчатое вещество обладает большой чувствительностью к трению и к удару, возможно возникновение взрыва, обычно приводящее к ранению или гибели горняка. Такие случаи — нередкое явление при применении нитроглицериновых или хлоратных взрывчатых веществ. Именно по этой причине взрывчатые вещества этих типов были сняты с применения в горной промышленности в нашей стране.
Еще меньше должна быть чувствительность взрывчатых веществ при их применении в военном деле. Так, например, для разрывного заряда артиллерийского снаряда не могут быть применены взрывчатые вещества значительной чувствительности, взрывающиеся от толчка при выстреле.
