Výbušnina (hovorově - výbušnina , zkráceně výbušnina) - kondenzovaná chemická látka nebo směs takových látek, schopná za určitých podmínek pod vlivem vnějších vlivů rychle samo se šířící chemické přeměny ( exploze ) s uvolněním velkého množství tepla a plynných produktů [2] [3] [4] [5] [6] [7] .
V závislosti na chemickém složení a vnějších podmínkách mohou být výbušniny přeměněny na reakční produkty v režimu pomalého (deflagrace) , rychlého ( výbušného ) spalování nebo detonace . Mezi výbušniny proto tradičně patří i sloučeniny a směsi, které nedetonují, ale hoří určitou rychlostí (hnací střelný prach , pyrotechnické slože ) [4] [7] . Výbušniny jsou energetické kondenzované systémy [8] . Hořlavé plyny, páry hořlavých kapalin, suspendované hořlavé aerosoly mohou způsobit výbuch. Ničivý účinek takových výbušných směsí je však ve srovnání s výbušninami slabý z toho důvodu, že jedna ze složek (vzduch) zaujímá před výbuchem velký objem a výbušný tlak je malý [9] .
Výbušná přeměna je zpravidla krátkodobá, probíhá při teplotách 2500 až 4500 K a je doprovázena uvolňováním velkého množství vysokoteplotních plynů a tepla [7] [10] . Výbušná reakce nevyžaduje přítomnost oxidačního činidla (kterým je obvykle kyslík ) v okolním vzduchu, protože je obsaženo v chemicky vázané formě ve složkách výbušniny [7] .
Celkové množství energie, které se uvolní při výbuchu, je relativně malé a je obvykle pětkrát až šestkrát menší než výhřevnost ropných produktů stejné hmotnosti [2] [7] . Nicméně i přes mírnou návratnost energie zajišťuje obrovská reakční rychlost, která je podle Arrheniova zákona důsledkem vysoké teploty, dosažení vysokých hodnot výkonu [7] .
Uvolnění velkého množství plynných produktů spalování je považováno za další známku chemické reakce ve formě výbuchu [7] . Rychlou přeměnu trhaviny na vysokoteplotní plyny přitom provází prudká změna tlaku (až 10–30 GPa), která se nazývá rázová vlna [7] . Šíření této vlny podporuje přenos energie z jedné výbušné vrstvy do druhé a je doprovázeno vybuzením podobné chemické reakce v nových vrstvách. Tento proces se nazýval detonace a rázová vlna, která jej spustila, se stala známou jako detonační vlna [7] .
Existuje řada látek schopných nechemického výbuchu (např. jaderné a fúzní materiály , antihmota ). Existují také metody ovlivňování různých látek vedoucích k výbuchu (například laser nebo elektrický oblouk ). Obvykle se takové látky neoznačují jako „výbušniny“.
Člověk vyvíjí a studuje výbušniny spolu s možnostmi jejich uplatnění v praxi již poměrně dlouhou dobu. Historicky první prototyp moderní výbušniny lze považovat za tzv. " řecký oheň "; autorství tohoto vynálezu je připisováno Řekovi jménem Callinicus a datum vytvoření kompozice je 667 našeho letopočtu. E. Specifikovanou látku následně používaly různé starověké národy Evropy a Blízkého východu , avšak během historického procesu se recept na její výrobu ztratil; předpokládá se, že "řecký oheň" se skládal ze síry , dehtu , soli a nehašeného vápna . Charakteristickým rysem této trhaviny bylo zvýšení intenzity požáru při pokusu uhasit jím způsobený plamen vodou. Po nějaké době, v roce 682, byly v Číně vyvinuty první prototypy černého prachu , které zahrnovaly ledek , síru a dřevěné uhlí [5] ; směs byla původně používána v pyrotechnice a poté získala vojenský význam.
Pokud jde o země Evropy, střelný prach se začal zmiňovat v historických dokumentech od 13. století [5] (přibližně v roce 1250), i když historici nemají přesné údaje o tom, kdo přesně působil jako objevitel této trhaviny. Mezi možné kandidáty profilových studií patří zejména jména Berthold Schwartz a Roger Bacon a italští odborníci se domnívají, že první použití střelného prachu by mělo být spojeno s městem Bologna na počátku století (1216).
Nechybí ani informace[ od koho? ] že tuto výbušninu v její čínské verzi použili mongolští dobyvatelé vedení Čingischánem , kteří ji použili k podkopání zdí pevnosti během obléhání. Tato skutečnost umožňuje některým výzkumníkům tvrdit, že v první řadě byly výbušniny vytvořeny na bázi střelného prachu a teprve poté - střelné zbraně . Nějaký čas pozdnější, u začátku XIV století , výbušnina v pochybnost našla použití v artilérii , poskytovat házení projectiles ze zbraní [5] ; je známo, že ke konci téhož století, v roce 1382 , byla děla použita proti vojskům chána Tochtamyše , kteří obléhali Moskvu . Vzhled prvních vzorků ručních zbraní navíc pochází také ze 14. století: pušky na střelný prach byly poprvé použity v Rusku v roce 1389, také při obraně Moskvy. Přestože se střelný prach používal především ve vojenských záležitostech, byly činěny pokusy přizpůsobit schopnosti této trhaviny pro mírové účely: např. v 1. třetině 17. století v Uhrách (podle jiných zdrojů - na Slovensku [5] ) byla nejprve vyzkoušeno v hornictví a následně byla odpovídající technologie rozšířena i na stavbu silničních tunelů. Zhruba ve stejné době se začala zvládat technologie výroby dělostřeleckých granátů, tedy vybavení dělostřeleckých jader prachovou náplní [5] .
Tradiční černý prach zůstal po několik staletí nejen jediným druhem střelného prachu, ale obecně jedinou výbušninou známou člověku, i když během této doby byly učiněny určité pokusy o jeho vylepšení. Například v Rusku prováděl příslušný výzkum M. V. Lomonosov , který v polovině 18. století vypracoval specializovanou vědeckou práci „Teze o zrodu a povaze ledku“ (1749); v této práci byl explozivní rozklad střelného prachu poprvé popsán a vědecky interpretován. Paralelně s podobnými problémy se ve Francii zabývali chemici A. L. Lavoisier a C. L. Berthollet , kteří na začátku poslední čtvrtiny téhož století vyvinuli vzorec pro chlorečnanový střelný prach; v jeho složení byla místo ledku použita chlor-draselná (“Berthollet”) sůl . Přesto byl černý prach ve výzbroji armády až do 2. poloviny 19. století, kde byl aktivně využíván především pro vybavení dělostřeleckých pohonných náplní, výbušných projektilů, při stavbě podzemních dolů atd. [3]
Další etapa vývoje výbušnin je spojena s koncem 18. století, kdy bylo objeveno „ výbušné stříbro “, které se na svou dobu vyznačovalo poměrně vysokou mírou nebezpečnosti. Poté, v roce 1788, byla získána kyselina pikrová , která našla uplatnění při výrobě dělostřeleckých granátů. Vědecký konsenzus připisuje objev „ rtuťového fulminátu “ britskému badateli E. Howardovi (1799), o jeho vynálezu však existují informace již z konce 17. století [5] . Navzdory skutečnosti, že jeho detonační schopnost nebyla podrobně studována [5] , měl fulminát rtuť z hlediska svých hlavních charakteristik určité výhody oproti tradičnímu černému prachu. Poté, na konci první třetiny 19. století , byl smícháním dřeva s kyselinou dusičnou a sírovou získáván pyroxylin , který také doplňoval arzenál lidstvu známých výbušnin a sloužil k výrobě bezdýmného střelného prachu. V roce 1847 italský chemik A. Sobrero poprvé syntetizoval nitroglycerin , jehož problém nestability a nejistoty následně částečně vyřešil A. Nobel vynálezem dynamitu . V roce 1884 navrhl francouzský inženýr P. Viel recept na bezdýmný prášek [5] . Ve druhé polovině století vznikla řada nových trhavin, zejména TNT (1863), hexogen (1897) a některé další, které byly aktivně využívány při výrobě zbraní [5] [11] , ale jejich praktické využití použití se stalo možným až po vynálezu ruského inženýra D. I. Andrievského v roce 1865 a švédského vynálezce A. Nobela v roce 1867 čepice výbušniny [5] . Před příchodem tohoto zařízení se domácí tradice používání nitroglycerinu místo černého prachu při demoličních pracích opírala o explozivní režim spalování [5] . S objevem fenoménu detonace se trhaviny začaly široce využívat pro vojenské a průmyslové účely [5] .
Z průmyslových trhavin byly zpočátku hojně používány gurdynamity podle patentů A. Nobela, dále plastické dynamity a práškové nitroglycerinové směsné výbušné směsi [5] . Je vhodné zdůraznit, že první patenty na některé receptury trhavin s dusičnanem amonným získali I. Norbin a I. Olsen (Švédsko) v roce 1867, ale jejich praktické využití pro vybavení střeliva a pro průmyslové účely připadlo na léta 1. sv . Válka [5] . Protože se tento typ trhaviny ukázal být mnohem bezpečnější a ekonomičtější než tradiční dynamit, od 30. let 20. století se rozsah jeho použití v průmyslových aplikacích výrazně zvýšil [5] . Po Velké vlastenecké válce se na území Sovětského svazu staly dominantním typem průmyslových trhavin výbušné směsi dusičnanu amonného (zprvu ve formě jemně rozptýlených amonitů ) [5] . V zahraničí začal proces hromadného přezbrojování průmyslu z dynamitů na výbušniny na bázi dusičnanu amonného kolem 50. let 20. století [5] .
Od 70. let 20. století se hlavním typem průmyslových výbušnin staly nejjednodušší kompozice granulovaných a vodou obsahujících formulací dusičnanu amonného, které neobsahují nitrosloučeniny nebo jiné jednotlivé výbušniny. Kromě nich se používají i směsi s nitrosloučeninami [5] . Jemně rozptýlené výbušné směsi dusičnanu amonného si zachovaly určitou praktickou hodnotu, především pro vybavení bojových nábojů a pro provádění určitých specifických typů odstřelů [5] . Jednotlivé výbušniny, především TNT, se nadále používají k výrobě dám . Kromě toho se používají k dlouhodobému zatěžování zatopených studní v čisté formě ( granulotol ) a jako součást různých vysoce voděodolných směsí (granulovaných a suspenzních) [5] . HMX a RDX se stále používají k provádění perforačních operací v hlubokých ropných vrtech [5] .
Složitost a rozmanitost chemie a technologie výbušnin, politické a vojenské rozpory ve světě, touha utajit jakékoli informace v této oblasti vedly k nestabilním a různorodým formulacím termínů.
Aktuální vydání Globálně harmonizovaného systému klasifikace a označování chemických látek (GHS) OSN z roku 2011 poskytuje následující definice [12] :
2.1.1.1 Výbušná látka (nebo směs) - Tuhá nebo kapalná látka (nebo směs látek), která je sama o sobě schopna chemické reakce produkovat plyny o takové teplotě a tlaku a takovou rychlostí, že poškodí okolní předměty. Pyrotechnické látky jsou do této kategorie zařazeny i v případě, že neuvolňují plyny.
Pyrotechnická látka (nebo směs) je látka nebo směs látek, která má vyvolat efekt ve formě tepla, ohně, zvuku nebo kouře nebo jejich kombinace prostřednictvím samoudržujících se exotermických chemických reakcí bez detonace.
Výbušninou se rozumí jak jednotlivé výbušniny, tak výbušné směsi obsahující jednu nebo více jednotlivých výbušnin, flegmatizéry, kovové přísady a další složky. Výbušná přeměna výbušnin je charakterizována následujícími podmínkami:
V Rusku se v rámci standardizace v oblasti člověkem způsobených mimořádných událostí mezi výbušné látky řadí látky, které explodují působením plamene nebo jsou citlivější na náraz či tření než dinitrobenzen [13] .
Každá výbušnina má následující vlastnosti:
Nejdůležitější vlastnosti výbušnin jsou [3] :
Při detonaci dochází k rozkladu výbušnin tak rychle (v čase od 10 −6 do 10 −2 s ), že se plynné produkty rozkladu o teplotě několika tisíc stupňů stlačí na objem blízký počátečnímu objemu nálože. Prudce se rozšiřují a jsou hlavním primárním faktorem ničivého účinku exploze.
Existují dva hlavní typy působení výbušnin: vysoce výbušné (místní působení) a vysoce výbušné (obecné působení).
Stabilita výbušnin je zásadní při skladování a manipulaci s výbušninami .
V aplikovaných oblastech jsou široce používány nejvýše dvě nebo tři desítky výbušnin a jejich směsí [4] . Hlavní charakteristiky nejběžnějších z nich jsou shrnuty v následující tabulce (údaje jsou uvedeny při hustotě náplně 1600 kg/m 3 ) [4] :
Explozivní | Kyslíková bilance, % |
Výbušné teplo, MJ/kg |
Objem produktů výbuchu, m 3 / kg |
Detonační rychlost, km/s |
---|---|---|---|---|
TNT | -74,0 | 4.2 | 0,75 | 7,0 |
Tetryl | -47,4 | 4.6 | 0,74 | 7.6 |
RDX | -21.6 | 5.4 | 0,89 | 8.1 |
Teng | -10.1 | 5.9 | 0,79 | 7.8 |
Nitroglycerin | +3,5 | 6.3 | 0,69 | 7.7 |
Amonit #6 [15] | 0 | 4.2 | 0,89 | 5.0 [16] |
dusičnan amonný | +20,0 | 1.6 | 0,98 | ≈1,5 [16] |
azid olovnatý | nelze použít | 1.7 | 0,23 | 5.3 [17] |
Balistický prášek [18] | -45 | 3.56 | 0,97 | 7,0 |
Na světě se ročně vyrobí několik milionů tun výbušnin [8] . Roční spotřeba výbušnin v zemích s rozvinutou průmyslovou výrobou i v době míru je statisíce tun. V době války se spotřeba výbušnin dramaticky zvyšuje. Takže během 1. světové války ve válčících zemích činil asi 5 milionů tun a ve 2. světové válce přesáhl 10 milionů tun. Roční spotřeba výbušnin v USA v 90. letech byla asi 2 miliony tun.
Ve vojenských záležitostech se výbušniny používají jako pohonné náplně pro různé typy zbraní a jsou určeny k tomu, aby udělily projektilu ( kulce ) určitou počáteční rychlost.
Používají se také k vybavení hlavic raket různých tříd, raketových a kanónových dělostřeleckých granátů , dělostřeleckých a inženýrských min , leteckých bomb , torpéd , hlubinných náloží , ručních granátů atd.
Výbušniny jsou široce používány v průmyslu pro různé trhací operace .
Jsou zde díla monumentálního umění vytvořená za použití výbušnin ( Crazy Horse Monument v Jižní Dakotě , USA ).
V Ruské federaci je volný prodej výbušnin, výbušnin, střelného prachu, všech druhů raketové palivo , dále speciální materiály a speciální zařízení pro jejich výrobu, regulační dokumentace pro jejich výrobu a provoz.
V oblasti výzkumu jsou výbušniny široce používány jako jednoduchý prostředek k dosažení významných teplot, ultravysokých tlaků a vysokých rychlostí v experimentech [4] .
Podle chemického složení se celá řada výbušnin dělí na výbušné chemické sloučeniny a výbušné směsi [3] :
Podle hodnoty a výbušných vlastností se výbušniny dělí na iniciační a trhací [3] ; řada směrodatných zdrojů k těmto dvěma přidává také pohonné výbušniny (střelný prach a pyrotechnika) [4] [7] .
Iniciační výbušninyIniciační (primární) výbušniny jsou určeny k iniciaci výbušných přeměn v náložích jiných, stabilnějších výbušnin. Již při atmosférickém tlaku je jejich hoření nestabilní a jakýkoli počáteční impuls zážehu okamžitě spustí detonaci [7] . Kromě toho jsou iniciační výbušniny vysoce citlivé a snadno explodují z mnoha dalších typů počátečního nárazu: náraz, tření, píchnutí bodnutím, elektrická jiskra a další [7] . Základem iniciačních trhavin jsou fulminát rtuťnatý , azid olovnatý , trinitroresorcinát olovnatý (THRS), tetrazen, diazodinitrofenol (nebo jejich směsi) a další s vysokou detonační rychlostí (přes 5000 m/s) [3] .
Ve vojenství a v průmyslu se iniciační výbušniny používají k vybavení zapalovacích uzávěrů, objímek roznětek, zapalovacích trubic, různých elektrických rozněcovačů, dělostřeleckých a výbušných rozbušek , elektrických rozbušek atd. [3] Používají se také v různých pyroautomatických zařízeních: pyronáboje , squiby , pyro-zámky, pyro-potlačovače, pyro-membrány, pyro-startéry, katapulty, výbušné šrouby a matice, pyro-řezačky, samolikvidátory atd. [3]
Silné výbušninyBrisant (sekundární) - látky s vysokou brisancí , která odpovídá vysoké rychlosti šíření tlakové vlny v látce. Od iniciačních se liší menší citlivostí a jejich spalování při relativně nízkém tlaku (který by však měl být vyšší než atmosférický tlak) může dobře vést k detonaci [7] .
Vysoce výbušniny jsou méně citlivé na vnější vlivy a buzení explozivních přeměn v nich probíhá převážně pomocí iniciačních výbušnin. Různé nitrosloučeniny ( TNT , nitromethan , nitronaftaleny atd.), N-nitraminy ( tetryl , hexogen , oktogen , ethylen-N,N'-dinitramin atd.), nitráty alkoholu ( pentaerytritoltetranitrát , nitroglycerin , nitroglykol , celulóza ) , celulóza atd. Často se tyto sloučeniny používají jako směsi mezi sebou a s jinými látkami [3] .
Vysoce výbušné směsi jsou často pojmenovány podle typu oxidačního činidla [3] :
Podle způsobu výroby nabíjecích prvků se trhaviny často dělí na licí, lisovací a šroubové kování a podle vratnosti deformace na plastické a elastické [3] .
Silné výbušniny se používají k vybavení hlavic raket různých tříd, raketových a kanónových dělostřeleckých granátů , dělostřeleckých a ženijních min , leteckých bomb , torpéd , hlubinných náloží, ručních granátů atd.
V jaderných zbraních se vysoce výbušniny používají v náložích určených k převedení jaderného paliva do superkritického stavu.
V různých pomocných systémech raketové a kosmické techniky se trhaviny používají jako hlavní nálože pro oddělování konstrukčních prvků raket a kosmických lodí, přerušení tahu, nouzové vypnutí a detonaci motorů, vymrštění a odpojení padáků , nouzové otevření poklopů, atd.
V leteckých pyroautomatických systémech se trhaviny používají pro nouzové oddělení kabin, explozivní vymrštění vrtulí vrtulníků atd.
Značné množství trhavin se spotřebovává v hornictví (skrývkové práce, těžba), ve stavebnictví (příprava jam, destrukce hornin, destrukce likvidovaných stavebních konstrukcí), v průmyslu (výbušné svařování, pulzní zpracování kovů atd.).
Vrhací a pyrotechnické směsiPodle předpisů platných v Ruské federaci nepatří prach a pyrotechnické směsi mezi výbušniny, a to z důvodu, že se přestaly používat jako výbušniny a výbušné náplně [3] .
Vrhací výbušniny (střelný prach a pohonné hmoty ) slouží jako zdroje energie, které udělují nezbytnou kinetiku různým projektilům ( dělostřelecké miny , kulky atd.) v barelech a systémech raketového dělostřelectva [7] . Jejich charakteristickým znakem je schopnost explozivní přeměny v podobě rychlého stabilního spalování, které nepřechází v detonaci v tlakové oblasti do několika GPa [7] . Zachovají si však schopnost podlehnout detonaci z detonačního impulsu [7] .
Střelný prach se dělí na kouřový a bezdýmný. Zástupci první skupiny mohou být černý prach, což je směs ledku, síry a uhlí, například dělostřelecký a střelný prach, sestávající ze 75 % dusičnanu draselného, 10 % síry a 15 % uhlí. Bod vzplanutí černého prášku je 290-310°C. Do druhé skupiny patří pyroxylin, nitroglycerin, diglykol a další střelný prach. Bod vzplanutí bezdýmných prášků je 180-210°C.
Pyrotechnické směsi (zápalné, osvětlovací, signální a sledovací) používané k vybavení speciální munice jsou mechanické směsi oxidačních činidel a hořlavých látek. Za normálních podmínek použití při hoření dávají odpovídající pyrotechnický efekt (zápal, osvětlení atd.). Mnohé z těchto sloučenin mají také výbušné vlastnosti a za určitých podmínek mohou vybuchnout.
Pyrotechnické sloţe se pouţívají k získání pyrotechnických efektů (světlo, kouř, zápalné, zvukové atd.). Hlavním typem explozivních přeměn pyrotechnických směsí je spalování.
Existují různé systémy pro klasifikaci výbušnin podle stupně nebezpečí. Nejznámější:
Slovníky a encyklopedie |
|
---|---|
V bibliografických katalozích |
|