Бризантные взрывчатые вещества

Бризантные взрывчатые вещества (от фр. brisance — «дробление», «разрушение») — это класс взрывчатых веществ (ВВ), способных при взрыве производить местное дробящее действие на непосредственно контактирующую с ними среду (металл, горную породу, бетон). Основным свойством, отличающим бризантные ВВ от метательных (порохов) и инициирующих, является высокая скорость детонации (от 3 до 9 км/с) и способность к детонационному превращению, при котором химическая реакция распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью, вызывая образование ударной волны. Бризантные ВВ составляют основу современных боеприпасов (снарядов, мин, авиабомб) и широко применяются в горном деле, строительстве и промышленности для дробления твёрдых материалов.

История

Первым бризантным взрывчатым веществом, получившим практическое применение, стал чёрный (дымный) порох, который, однако, обладал низкой скоростью детонации и относительно слабым дробящим действием. Настоящий прорыв в области бризантных ВВ произошёл в середине XIX века.

В 1846 году итальянский химик Асканио Собреро синтезировал нитроглицерин — маслянистую жидкость, обладающую чрезвычайно высокой чувствительностью к удару и трению. В 1863 году шведский инженер Альфред Нобель запатентовал способ изготовления динамита — смеси нитроглицерина с пористым наполнителем (кизельгуром), что позволило безопасно транспортировать и применять это взрывчатое вещество. Динамит быстро вытеснил чёрный порох в горном деле и строительстве.

В 1863 году немецкий химик Юлиус Вильбранд впервые получил тринитротолуол (тротил, ТНТ). Однако его промышленное производство и широкое применение началось лишь в начале XX века, во время Первой мировой войны. Тротил стал «золотым стандартом» бризантных ВВ благодаря низкой чувствительности к механическим воздействиям, стабильности при хранении и возможности литья в корпуса боеприпасов.

В конце XIX — начале XX века были разработаны и другие важные бризантные ВВ: пикриновая кислота (мелинит), гексоген (циклотриметилентринитрамин, 1899 год), тетрил (1906 год). В 1941 году в США был синтезирован октоген (циклотетраметилентетранитрамин), превосходящий гексоген по мощности и термостойкости. Во второй половине XX века в СССР и США были созданы высокоэнергетические ВВ на основе аммиачной селитры (аммониты, граммониты, алюмотолы), а также пластичные составы (пластит, С-4).

Классификация

Бризантные взрывчатые вещества классифицируются по нескольким признакам: химическому составу, мощности, чувствительности и области применения.

По химическому составу

1. Индивидуальные (однокомпонентные) ВВ: Представляют собой химические соединения, молекулы которых содержат нитрогруппы (-NO₂) или другие взрывчатые функциональные группы. К ним относятся:

• Ароматические нитросоединения: Тротил (ТНТ), пикриновая кислота, тетрил.
• Нитрамины: Гексоген, октоген, ТЭН (пентаэритриттетранитрат).
• Нитрозфиры: Нитроглицерин, нитрогликоль.
• Соли: Аммиачная селитра (нитрат аммония), перхлорат аммония.

1. Смесевые (композиционные) ВВ: Состоят из двух или более компонентов, один из которых, как правило, является окислителем, а другой — горючим. В эту группу входят:

• Аммониты: Смеси аммиачной селитры с тротилом или другими нитросоединениями.
• Динамиты: Смеси нитроглицерина с наполнителями.
• Алюмотолы: Смеси тротила с алюминиевой пудрой, повышающей фугасное действие.
• Пластичные ВВ (пластиты): Смеси гексогена или октогена с пластификаторами (например, С-4, ПВВ-5А).

По мощности

• ВВ повышенной мощности: Октоген, гексоген, ТЭН. Скорость детонации превышает 8 км/с, теплота взрыва — более 5,5 МДж/кг.
• ВВ нормальной мощности: Тротил, мелинит, аммониты. Скорость детонации — 6–7 км/с, теплота взрыва — 4–5 МДж/кг.
• ВВ пониженной мощности: Аммиачная селитра, некоторые смеси на её основе. Скорость детонации — 3–5 км/с.

По чувствительности

• Чувствительные: Нитроглицерин, ТЭН. Детонируют от слабого механического или теплового воздействия.
• Умеренно чувствительные: Гексоген, тетрил.
• Малочувствительные: Тротил, аммиачная селитра. Требуют мощного инициирующего импульса (капсюля-детонатора или промежуточного детонатора).

Устройство и механизм действия

Бризантные взрывчатые вещества отличаются от инициирующих и метательных характером химического превращения. Для них характерна детонация — процесс распространения химической реакции по веществу со сверхзвуковой скоростью, сопровождающийся образованием ударной волны. Ударная волна сжимает вещество, вызывая его разогрев до температуры, достаточной для начала химической реакции. Реакция, в свою очередь, поддерживает энергию ударной волны, обеспечивая её стабильное распространение.

Взрыв бризантного ВВ состоит из двух основных стадий:

1. Детонационная волна: Проходит через заряд со скоростью, характерной для данного ВВ. В этот момент происходит химическое разложение вещества с выделением большого количества газов и тепла.
2. Расширение продуктов взрыва: Образовавшиеся газы, находящиеся под огромным давлением (до 10⁵–10⁶ атмосфер), расширяются, совершая механическую работу. Именно на этой стадии реализуется бризантное (дробящее) и фугасное (метательное) действие.

Бризантное действие проявляется в непосредственной близости от заряда и обусловлено высоким импульсом давления на контактной поверхности. Фугасное действие проявляется на большем удалении и связано с работой расширяющихся газов.

Применение

Военное дело

Бризантные ВВ являются основным снаряжением большинства современных боеприпасов:

• Артиллерийские снаряды и мины: Для поражения живой силы, техники и укреплений.
• Авиационные бомбы: Фугасные и осколочно-фугасные бомбы.
• Инженерные боеприпасы: Противотанковые и противопехотные мины, заряды разминирования.
• Головные части ракет: Для поражения целей различного типа.
• Кумулятивные боеприпасы: Используют энергию взрыва для создания направленной струи, пробивающей броню.

Промышленность

В гражданской сфере бризантные ВВ применяются для:

• Горных работ: Отбойка руды, угля, вскрышных пород.
• Строительства: Дробление скальных пород, снос зданий и сооружений, рытьё котлованов.
• Сейсморазведки: Создание упругих волн для изучения геологического строения земной коры.
• Обработки металлов: Взрывная штамповка, сварка, упрочнение.

Безопасность и хранение

Бризантные взрывчатые вещества, особенно индивидуальные, требуют строгого соблюдения мер безопасности при обращении, хранении и транспортировке. Основные опасности:

• Механические воздействия: Удар, трение, накол могут вызвать детонацию чувствительных ВВ.
• Термические воздействия: Нагрев выше температуры вспышки (для тротила — около 300 °C) может привести к взрыву.
• Электрические разряды: Статическое электричество способно инициировать некоторые ВВ.

Хранение осуществляется в специальных складах, оборудованных молниезащитой, вентиляцией и средствами пожаротушения. Различные типы ВВ хранятся раздельно. Транспортировка регламентируется международными и национальными правилами перевозки опасных грузов.

Критика и ограничения

Применение бризантных взрывчатых веществ в военных целях вызывает серьёзные гуманитарные проблемы. Использование боеприпасов, снаряжённых такими ВВ, в густонаселённых районах приводит к массовым жертвам среди гражданского населения и масштабным разрушениям инфраструктуры. Некоторые типы ВВ, например, содержащие токсичные компоненты, могут оказывать долгосрочное негативное воздействие на окружающую среду. В связи с этим существуют международные конвенции (например, Оттавская конвенция о запрете противопехотных мин), ограничивающие или запрещающие применение определённых видов вооружений, использующих бризантные ВВ.

Интересные факты

• Тротил является эталоном для измерения мощности взрыва. Мощность ядерных взрывов часто выражают в тротиловом эквиваленте (килотонны, мегатонны).
• Пластичное взрывчатое вещество С-4, разработанное в США, получило широкую известность благодаря фильмам, однако его реальное применение строго контролируется.
• Аммиачная селитра, широко используемая как удобрение, при смешивании с дизельным топливом образует мощное промышленное взрывчатое вещество — аммонит № 6ЖВ, которое стало причиной многих техногенных катастроф (например, взрыв в порту Бейрута в 2020 году).

Источники

• Орленко Л. П. Физика взрыва. — М.: Физматлит, 2004.
• Покровский Г. И. Взрыв. — М.: Недра, 1980.
• Лурье Б. А. Взрывчатые вещества и средства взрывания. — М.: Недра, 1983.
• Баум Ф. А., Орленко Л. П., Станюкович К. П. Физика взрыва. — М.: Наука, 1975.
• Большая советская энциклопедия. Статья «Взрывчатые вещества».