Pre väčšinu histórie človek používal všetky druhy studených zbraní na zničenie svojho druhu, od jednoduchého kamenného sekera až po veľmi pokročilé a ťažko vyrábané kovové nástroje. Okolo XI-XII storočia v Európe začali používať zbrane a ľudstvo sa tak oboznámilo s najvýznamnejším výbušným - čiernym práškom.
Bol to zlom v vojenskej histórii, hoci trvalo ďalších osem storočí, kým strelné zbrane úplne vyviedli ostrou oceľ z bojových polí. Súčasne s vývojom kanónov a malty sa vyvinuli výbušniny - nielen střelný prach, ale aj všetky druhy kompozícií pre zbrane delostrelectva alebo pozemné míny. Vývoj nových výbušnín a výbušných zariadení pokračuje aktívne v našich dňoch.
Dnes sú známe desiatky výbušnín. Okrem vojenských potrieb sa výbušniny aktívne využívajú pri ťažbe, pri výstavbe ciest a tunelov. Pred rozhovorom o hlavných skupinách výbušnín je však potrebné podrobnejšie spomenúť procesy, ktoré sa vyskytnú počas výbuchu, a pochopiť princíp fungovania výbušnín (HE).
Výbušniny: čo je to?
Výbušniny sú veľkou skupinou chemických zlúčenín alebo zmesí, ktoré sú pod vplyvom vonkajších faktorov schopné rýchlej, samo udržateľnej a nekontrolovateľnej reakcie s uvoľňovaním veľkého množstva energie. Jednoducho povedané, chemická explózia je proces premeny energie molekulárnych väzieb na tepelnú energiu. Zvyčajne je výsledkom veľké množstvo horúcich plynov, ktoré vykonávajú mechanickú prácu (drvenie, ničenie, pohyb, atď.).
Klasifikácia výbušnín je pomerne komplikovaná a mätúca. Výbušniny zahŕňajú látky, ktoré sa rozkladajú nielen v procese výbuchu (detonácie), ale aj pri pomalom alebo rýchlom spaľovaní. Druhá skupina zahŕňa pušný prach a rôzne typy pyrotechnických zmesí.
Vo všeobecnosti sú pojem "detonácia" a "deflagracia" (pálení) kľúčom k pochopeniu procesov chemickej explózie.
Detonácia je rýchle (nadzvukové) šírenie prednej strany kompresie spolu so sprievodnou exotermickou reakciou vo výbušnine. V tomto prípade prebiehajú chemické transformácie tak rýchlo a také množstvo tepelnej energie a plynných produktov sa uvoľní, že v substancii vznikne rázová vlna. Detonácia je proces najrýchlejšieho, dá sa povedať, že lavínová účasť látky v chemickej reakcii na výbuch.
Deflagrácia alebo spaľovanie je typ redoxnej chemickej reakcie, počas ktorého sa jeho predná pohybuje v látke v dôsledku bežného prenosu tepla. Takéto reakcie sú všeobecne známe a často sa vyskytujú v každodennom živote.
Je zvedavé, že energia uvoľnená počas explózie nie je taká veľká. Napríklad, keď sa detonuje 1 kg trotyl, uvoľňuje sa niekoľkokrát menej, než keď sa spaľuje 1 kg uhlia. Avšak, s výbuchom sa objavuje miliónykrát rýchlejšie, všetka energia je uvoľnená takmer okamžite.
Treba poznamenať, že rýchlosť šírenia výbuchu je najdôležitejšou charakteristikou výbušnín. Čím je vyššia, tým účinnejšia je výbušná nálož.
Ak chcete spustiť proces chemického výbuchu, je potrebný vonkajší faktor, môže to byť niekoľko typov:
- mechanické (prepichnutie, náraz, trenie);
- chemická (reakcia látky s výbušným nábojom);
- vonkajšia detonácia (výbuch v blízkosti výbušniny);
- teplo (plameň, teplo, iskra).
Treba poznamenať, že rôzne druhy výbušnín majú odlišnú citlivosť voči vonkajším vplyvom.
Niektoré z nich (napríklad čierny prášok) dobre reagujú na tepelné účinky, ale v podstate nereagujú na mechanické a chemické. A na odpálenie TNT je potrebný len detonačný efekt. Hromadná ortuť násilne reaguje na akékoľvek vonkajšie podnety a niektoré výbušniny vybuchujú bez akéhokoľvek vonkajšieho vplyvu. Praktické použitie takýchto "výbušných" výbušnín je jednoducho nemožné.
Hlavné vlastnosti výbušnín
Hlavné sú:
- teplota výbušných produktov;
- teplo výbuchu;
- rýchlosť detonácie;
- výbušnosť;
- brizantnej výbušnina.
Posledné dva body by sa mali prerokovať osobitne. Tryskanie výbušnín - to je jeho schopnosť zničiť okolité prostredie (rock, kov, drevo). Táto charakteristika je do značnej miery závislá od fyzikálneho stavu, v ktorom je výbušnina umiestnená (stupeň mletia, hustota, jednotnosť). Brisance závisí od rýchlosti výbuchu výbušniny - čím je vyššia, tým lepšie môže výbušnina rozdrviť a zničiť okolité objekty.
Tryskanie výbušnín sa zvyčajne používa na vybavenie delostreleckých nábojov, bômb, baní, torpéd, granátov a iných munícií. Tento typ výbušniny je menej citlivý na vonkajšie faktory, vonkajšia detonácia je nevyhnutná na to, aby podkopala takýto náboj výbušniny. V závislosti od ich deštruktívnej moci sa trhacie výbušniny delia na:
- Zvýšený výkon: hexogén, tetryl, oxogén;
- Stredný výkon: TNT, melinit, plastid;
- Znížený výkon: výbušniny na báze dusičnanu amónneho.
Čím vyššia je výbušnosť výbušnín, tým lepšie zničí telo bomby alebo projektilu, dá fragmentu viac energie a vytvorí silnejšiu rázovú vlnu.
Nemenej dôležitou vlastnosťou výbušnín je výbušnosť. Toto je najbežnejšia vlastnosť každej výbušniny, ukazuje, ako má táto alebo táto výbušnina deštruktívnu schopnosť. Výbušnosť priamo závisí od množstva plynov, ktoré vznikajú počas výbuchu. Treba poznamenať, že vysoká výbušnosť a vysoká výbušnosť spravidla nie sú vzájomne prepojené.
Vysoká výbušnosť a trhanie určujú to, čo nazývame silou alebo silou výbuchu. Na rôzne účely je však potrebné vybrať vhodné typy výbušnín. Brizantnosti sú veľmi dôležité pre mušle, bane a letecké bomby, ale výbušniny s vysokou výbušnosťou sú vhodnejšie na ťažbu. V praxi je výber výbušnín oveľa komplikovanejší a pri výbere správnej výbušniny je potrebné vziať do úvahy všetky jej charakteristiky.
Existuje všeobecne akceptovaná metóda určovania sily rôznych výbušnín. Je to takzvaný ekvivalent TNT, keď sa konvenčne používa energia TNT ako jedna. Pomocou tejto metódy možno vypočítať, že výkon 125 g trotylu sa rovná 100 g RDX a 150 g amonitu.
Ďalšou dôležitou vlastnosťou výbušnín je ich citlivosť. Je určená pravdepodobnosťou výbuchu výbušniny, keď je vystavená určitému faktoru. Bezpečnosť výroby a skladovania výbušnín závisí od tohto parametra.
Ak chcete lepšie ukázať, aké dôležité je táto výbušná charakteristika, môžeme povedať, že Američania vyvinuli špeciálnu normu (STANAG 4439) pre citlivosť výbušnín. A museli ísť nie z dobrého života, ale po sérii mimoriadne vážnych nehôd: pri výbuchu v leteckej základni amerického Bien-Ho vo Vietname bolo zabitých 33 ľudí, okolo 80 lietadiel bolo poškodených v dôsledku výbuchov leteckých nosičov Forrestal a po detonácii lietadla na palube lietadla "Oriskani" (1966). Takže nielen mocné výbušniny sú dobré, ale detonujú v presnom okamihu - už nikdy.
Všetky moderné výbušniny sú buď chemické zlúčeniny alebo mechanické zmesi. Prvá skupina zahŕňa hexogén, trotyl, nitroglycerín, kyselinu pikrovú. Chemické výbušniny sa spravidla získavajú nitráciou rôznych typov uhľovodíkov, čo vedie k zavedeniu dusíka a kyslíka do ich molekúl. Do druhej skupiny - výbušniny na báze dusičnanu amónneho. Zloženie výbušnín tohto typu zvyčajne zahŕňa látky bohaté na kyslík a uhlík. Na zvýšenie teploty výbuchu v zmesi sa často pridávajú prášky kovov: hliník, berýlium, horčík.
Okrem všetkých vyššie uvedených vlastností by každá výbušnina mala byť chemicky odolná a vhodná na dlhodobé skladovanie. V 80. rokoch minulého storočia boli Číňania schopní syntetizovať najsilnejšie výbušniny - tricyklickú močovinu. Jeho výkon dvadsaťkrát prekročil trotilu. Problémom bolo, že niekoľko dní po výrobe sa látka rozložila a premenila na hlien, nevhodná na ďalšie použitie.
Klasifikácia výbušnín
Podľa výbušných vlastností sa výbušniny delia na:
- Iniciovať. Používajú sa na explóziu (detonáciu) iných výbušnín. Hlavné rozdiely výbušnín v tejto skupine sú vysoká citlivosť na iniciujúce faktory a vysoké rýchlosti detonácie. Do tejto skupiny patria: výbušná ortuť, diazodinitrofenol, trinitrosorcinát olova a iné. Zvyčajne sa tieto zlúčeniny používajú v priméroch, zapaľovacích skúmavkách, rozbuškách kapsúl, žabkách, samovrakovičích;
- Odstreľovanie výbušnín. Tento typ výbušniny má významnú úroveň brizancie a používa sa ako hlavný náboj pre veľkú väčšinu munície. Tieto silné výbušniny sa líšia svojim chemickým zložením (N-nitramíny, dusičnany, iné nitrozlúčeniny). Niekedy sa používajú vo forme rôznych zmesí. Tryskacie výbušniny sa tiež aktívne využívajú pri ťažbe, pri pokládaní tunelov a pri inžinierskych prácach;
- Hádzanie výbušnín. Sú zdrojom energie na hádzanie projektilov, baní, nábojov, granátov, ako aj na pohyb rakiet. Prášok a rôzne druhy raketového paliva patria do tejto triedy výbušnín;
- Pyrotechnické kompozície. Používa sa na vybavenie špeciálnej munície. Pri horení vytvárajú špecifický efekt: osvetlenie, signalizácia, zápalnosť.
Výbušniny sú tiež rozdelené podľa ich fyzikálneho stavu na:
- Liquid. Napríklad nitroglykol, nitroglycerín, etylnitrát. Existujú tiež rôzne tekuté zmesi výbušnín (panklastit, výbušniny Sprengel);
- plyn;
- Rôsolovitej. Ak rozpustíte nitrocelulózu v nitroglyceríne, dostanete takzvané výbušné želé. Ide o mimoriadne nestabilnú, ale pomerne silnú výbušnú látku podobnú gélu. Na konci 19. storočia ho používali ruskí revolucionári - teroristi;
- Zavesenie. Docela rozsiahla skupina výbušnín, ktoré sa dnes používajú na priemyselné účely. Existujú rôzne typy výbušných suspenzií, v ktorých je výbušnina alebo okysličovadlo kvapalné médium;
- Emulzné výbušniny. Veľmi populárny typ výbušnín v týchto dňoch. Často sa používa v stavebných alebo ťažobných prácach;
- Pevná látka. Najbežnejšia skupina výbušnín. Zahŕňa takmer všetky výbušniny používané vo vojenských záležitostiach. Môže byť monolitický (trotylový), granulovaný alebo práškový (hexogén);
- Plast. Táto skupina výbušnín má plasticitu. Takéto výbušniny sú drahšie ako bežné, preto sa zriedka používajú na vybavenie munície. Typickým zástupcom tejto skupiny je plastid (alebo plastid). Často sa používa počas sabotáže na zničenie štruktúr. Prostredníctvom svojho zloženia je plastid zmesou RDX a akéhokoľvek zmäkčovadla;
- Odolnejšie.
Niektoré dejiny výbušnín
Prvá výbušná látka, ktorú vynašiel ľudstvo, bola čierna prášok. To je veril, že to bolo vynájdené v Číne už v VII storočí nášho letopočtu. Spoľahlivé dôkazy o tom však ešte neboli nájdené. Vo všeobecnosti okolo prášku a prvé pokusy o jeho použitie vytvorili veľa mýtov a očividne fantastických príbehov.
Existujú staroveké čínske texty, ktoré opisujú zmesi, ktoré majú podobné zloženie ako čierny prášok. Používali sa ako lieky, ako aj pre pyrotechnické prehliadky. Okrem toho existuje množstvo zdrojov, ktoré tvrdia, že v nasledujúcich storočiach Číňania aktívne používali pušný prach na výrobu rakiet, baní, granátov a dokonca aj plameňometov. Je pravda, že ilustrácie niektorých typov tejto starovekej strelnej zbrane spochybňujú možnosť jej praktického použitia.
Ešte predtým, ako prášok v Európe začal používať "grécky oheň" - horľavú výbušninu, recept, ktorý bohužiaľ nedosiahol naše dni. "Grécky oheň" bola horľavá zmes, ktorá nielenže neohrozila vodou, ale dokonca sa s ňou stala ešte horšia. Táto výbušnina bola vynájdená byzantínmi, aktívne používali "grécky oheň" na pevnine aj v morských bitkách a udržiavali svoj recept v najprísnejšom tajomstve. Moderní odborníci sa domnievajú, že táto zmes zahŕňa olej, decht, síru a nehasené vápno.
Gunpowder sa prvýkrát objavil v Európe okolo polovice 13. storočia a je stále neznámy, ako to prišlo na kontinent. Medzi európskymi vynálezcami střelného prachu sa často spomínajú mních Berthold Schwartz a anglický vedec Roger Bacon, hoci historici nemajú spoločný názor. Podľa jednej z verzií sa v Európe objavil pušný prach v Číne, cez Indiu a na Blízkom východe. Napriek tomu, už v XIII. Storočí, Európania vedeli o střelnom prachu a dokonca sa pokúšali použiť túto kryštalickú výbušninu pre bane a primitívne strelné zbrane.
Po mnoho storočí zostal prášok střelou jediný typ výbušnín, ktorý človek znal a používal. Iba na prelome XVIII-XIX storočia, vďaka rozvoju chémie a iných prírodných vied, vývoj výbušnín dosiahol nové výšky.
Na konci 18. storočia sa vďaka francúzskym chemikom Lavoisier a Berthollet objavil takzvaný chlorečnanový prášok. Súčasne sa vynašiel "výbušné striebro", ako aj kyselina pikrová, ktorá sa v budúcnosti používala na vybavenie delostreleckých škrupín.
V roku 1799 anglický chemik Howard zistil, že "rtuťuje ortuť", ktorá sa ešte stále používa ako primárna výbušnina. Na začiatku 19. storočia bol získaný pyroxylín - výbušnina, ktorá by sa dala použiť nielen na vybavenie mušlí, ale aj na to, aby sa z neho vyrobil bezdymový prášok.
V roku 1847 sa najprv syntetizoval nitroglycerín, ale táto výbušnina sa ukázala ako príliš nestabilná a nebezpečná pre výrobu a skladovanie. O niečo neskôr bol tento problém čiastočne vyriešený slávnym Alfredom Nobelom, ktorý navrhol zmiešať nitroglycírín s hlinkou. Tak sa ukázalo ako dynamit. Je to silná výbušnina, ale je veľmi citlivá. Počas prvej svetovej vojny sa dynamit snažil vybaviť projektily, ale táto myšlienka sa rýchlo opustila. Dynamit sa dlhodobo používal v baníctve, avšak v súčasnosti sa táto výbušnina dlho nevyrába.
V roku 1863 objavili nemeckí vedci TNT av roku 1891 začala priemyselná výroba tejto výbušniny v Nemecku. V roku 1897 syntetizoval nemecký chemik Lentse hexogén - jeden z najsilnejších a najbežnejších výbušnín v dnešnej dobe.
Vývoj nových výbušnín a výbušných zariadení pokračoval v priebehu minulého storočia a výskum v tomto smere pokračuje aj dnes.
V roku 1942 prijal americký chemik Bachmann novú výbušninu podobnú hexogénu, ale oveľa silnejšiu ako on. Nová výbušnina dostala názov octogén, v jeho účinnosti sa jeden kilogram tejto výbušniny rovná štyrom kilogramom TNT.
V 60. rokoch minulého storočia ponúkla americká spoločnosť EXCOA Pentagonu novú výbušninu založenú na hydrazíne, ktorá údajne bola dvadsaťkrát silnejšia ako TNT. Avšak táto výbušnina mala jednu nápadnú mínus - absolútne nepríjemnú vôňu opustenej toalety. Audit ukázal, že sila novej látky prekračuje TNT iba 2-3 krát a rozhodla sa, že ju nebude používať. Následne EXCOA navrhla iný spôsob použitia výbušniny: urobte s ním zákopy.
Látka sa rozptýlila na zem a potom explodovala. Preto v priebehu niekoľkých sekúnd bolo možné získať úplný výkop bez väčšej námahy. Do Vietnamu bolo odoslaných niekoľko výbušnín na testovanie v bojových podmienkach. Koniec tohto príbehu bol vtipný: zákopy získané výbuchom mali taký odporný zápach, že vojaci odmietali byť v nich.
Koncom 80. rokov 20. storočia Američania vyvinuli novú výbušnú látku - CL-20. Podľa niektorých správ v médiách je jeho výkon takmer dvadsaťkrát vyšší ako TNT. Avšak vďaka svojej vysokej cene (1300 dolárov za 1 kg) sa vo veľkom meradle nevyrábala nová výbušnina.
