חומרי נפץ: עיקרון הפעולה וסוגים עיקריים

במשך רוב ההיסטוריה, האיש השתמש בכל מיני סוגים של נשק קר כדי להרוס את סוגו, החל גרזן אבן פשוטה, מאוד מתקדמים וקשה לייצור כלי מתכת. בסביבות המאה XI-XII באירופה החלו להשתמש אקדחים, וכך האנושות התוודעה הנפץ החשוב ביותר - אבקה שחורה.

זו היתה נקודת מפנה בהיסטוריה הצבאית, אם כי נדרשו עוד שמונה מאות שנים לנשק חם כדי שיכריחו לחלוטין את הפלדה החדה משדות הקרב. במקביל להתקדמות התותחים והמרגמות, התפתחו חומרי נפץ - לא רק אבק שריפה, אלא גם כל מיני יצירות של פגזי ארטילריה או מוקשים. פיתוח חומרי נפץ וחומרי נפץ חדשים נמשך באופן פעיל בימינו.

כיום ידועים עשרות חומרי נפץ. בנוסף לצרכים צבאיים, חומרי נפץ משמשים באופן פעיל בכרייה, בבניית כבישים ומנהרות. עם זאת, לפני מדברים על קבוצות עיקריות של חומרי נפץ, יש צורך לציין בפירוט רב יותר את התהליכים המתרחשים במהלך הפיצוץ ולהבין את עקרון הפעולה של חומרי נפץ (HE).

חומרי נפץ: מה זה?

חומרי נפץ הם קבוצה גדולה של תרכובות כימיות או תערובות אשר, תחת השפעת גורמים חיצוניים, מסוגלים לתגובה מהירה, מתמשכת ובלתי נשלטת עם שחרור כמויות גדולות של אנרגיה. במילים פשוטות, פיצוץ כימי הוא תהליך של המרת אנרגיה של קשרים מולקולריים לאנרגיה תרמית. בדרך כלל, התוצאה שלו היא כמות גדולה של גזים חמים, אשר לבצע עבודה מכנית (ריסוק, הרס, נע, וכו ').

הסיווג של חומרי נפץ הוא די מסובך ומבלבל. חומרי נפץ כוללים חומרים אשר מתפרקים לא רק בתהליך של פיצוץ (פיצוץ), אלא גם של שריפה איטית או מהירה. הקבוצה השנייה כוללת אבק שריפה וסוגים שונים של תערובות פירוטכניים.

באופן כללי, המושגים של "פיצוץ" ו "deflagration" (צריבה) הם המפתח להבנת התהליכים של פיצוץ כימי.

פיצוץ הוא ההתפשטות המהירה (העל-קולית) של חזית הדחיסה עם התגובה האקסקיתמית הנלווה בחומר נפץ. במקרה זה, התמורות הכימיות להמשיך כל כך מהר כמות כזו של אנרגיה תרמית ומוצרי גז משוחרר כי גל הלם נוצר בחומר. פיצוץ הוא תהליך של המעורבות המהירה ביותר, אפשר לומר, כמו מפולת של חומר בתגובת פיצוץ כימי.

דפלגציה, או בעירה היא סוג של תגובה כימית החמצה, שבמהלכו הקדמי שלה מהלכים בחומר עקב העברת חום רגילה. תגובות כאלה ידועות לכל ולעתים קרובות נמצאות בחיי היומיום.

זה מוזר כי האנרגיה המשתחררת במהלך הפיצוץ הוא לא כל כך גדול. לדוגמה, כאשר 1 ק"ג של trotyl הוא התפוצץ, הוא שוחרר כמה פעמים פחות מאשר כאשר 1 ק"ג של פחם נשרף. עם זאת, עם פיצוץ זה מתרחש מיליוני פעמים מהר יותר, כל האנרגיה משתחררת כמעט מיד.

יש לציין כי מהירות ההפצה היא המאפיין החשוב ביותר של חומרי נפץ. ככל שהוא גבוה יותר, יעיל יותר את המטען נפץ.

כדי להתחיל את התהליך של פיצוץ כימי, גורם חיצוני הוא הכרחי, זה יכול להיות מספר סוגים:

• מכני (לנקב, השפעה, חיכוך);
• כימית (תגובה של חומר עם מטען נפץ);
• פיצוץ חיצוני (פיצוץ בקרבת חומר הנפץ);
• חום (להבה, חום, ניצוץ).

יש לציין כי לסוגים שונים של חומרי נפץ יש רגישות שונה להשפעות חיצוניות.

חלק מהם (למשל, אבקה שחורה) מגיבים היטב לתופעות תרמיות, אבל באותו זמן הם כמעט לא מגיבים מכני וכימי. כדי לפוצץ TNT, רק אפקט פיצוץ יש צורך. כספית רועמת מגיבה באלימות לכל גירוי חיצוני, ויש כמה חומרי נפץ שמתפוצצים ללא כל השפעה חיצונית. שימוש מעשי בחומרי נפץ מסוג זה הוא פשוט בלתי אפשרי.

המאפיינים העיקריים של חומרי נפץ

אלה העיקריים הם:

• פיצוץ טמפרטורת מוצרים;
• חום ההתפוצצות;
• קצב פיצוץ;
• brizantnost;
• פיצוץ.

שתי הנקודות האחרונות יש לדון בנפרד. פיצוץ חומרי נפץ - זה יכולתה להרוס את הסביבה (סלע, מתכת, עץ). מאפיין זה תלוי במידה רבה במצב הפיזי שבו נמצא המטען (מידת השחיקה, הצפיפות, האחידות). Brisance תלוי במהירות פיצוץ של חומר נפץ - ככל שהוא גבוה יותר, כך חומר נפץ יכול לרסק ולהרוס חפצים מסביב.

פיצוץ חומרי נפץ משמשים בדרך כלל לצייד פגזי ארטילריה, פצצות, מוקשים, טורפדות, רימונים ותחמושת אחרת. סוג זה של חומר נפץ הוא פחות רגיש לגורמים חיצוניים, פיצוץ חיצוני נחוץ כדי לערער את המטען של חומר נפץ. בהתאם הכוח ההרסני שלהם, פיצוץ חומרי נפץ מחולקים:

• כוח מוגבר: hexogen, tetryl, oxogen;
• הספק בינוני: TNT, melinite, plastid;
• כוח מופחת: חומרי נפץ המבוססים על אמוניום חנקתי.

ככל שהנפץ של חומרי הנפץ גבוה יותר, כך הוא יהרוס את הגוף של הפצצה או הטיל, ייתן לשבר יותר אנרגיה ויצר גל הלם חזק יותר.

לא פחות חשוב רכוש נפץ הוא פיצוץ שלה. זה המאפיין הנפוץ ביותר של כל חומר נפץ, זה מראה איך זה או חומר נפץ זה יש יכולת הרסנית. פיצוץ ישירות תלוי בכמות של גזים שנוצרו במהלך הפיצוץ. יש לציין כי פיצוץ גבוה וחומרי נפץ גבוהים, ככלל, אינם קשורים זה לזה.

פיצוץ גבוה פיצוץ לקבוע מה שאנו מכנים כוח או כוח של פיצוץ. עם זאת, למטרות שונות יש צורך לבחור את סוגי חומרי נפץ המתאימים. Brizantnosti חשוב מאוד עבור פגזים, מוקשים ופצצות אוויריות, אבל חומרי נפץ עם רמה משמעותית של פיצוץ גבוהה מתאימים יותר עבור כריית. בפועל, בחירת חומרי הנפץ מורכבת הרבה יותר, וכדי לבחור את הנפיצה הנכונה, יש לקחת בחשבון את כל מאפייניה.

קיימת שיטה מקובלת לקביעת עוצמתם של חומרי נפץ שונים. זהו מה שנקרא TNT שווה ערך, כאשר הכוח של TNT מקובל כמו אחד. באמצעות שיטה זו, ניתן לחשב כי כוח של 125 גרם trotyl שווה 100 גרם של RDX ו 150 גרם של אמוניט.

מאפיין חשוב נוסף של חומרי נפץ הוא הרגישות שלהם. זה נקבע על ידי ההסתברות של פיצוץ של חומר נפץ כאשר נחשף גורם מסוים. בטיחות הייצור והאחסון של חומרי נפץ תלויה בפרמטר זה.

כדי להראות טוב יותר עד כמה חשוב זה מאפיין נפץ, אנו יכולים לומר כי האמריקאים פיתחו תקן מיוחד (STANAG 4439) על הרגישות של חומרי נפץ. והם היו צריכים ללכת על זה לא מתוך חיים טובים, אבל אחרי סדרה של תאונות חמורות ביותר: 33 בני אדם נהרגו במהלך הפיצוץ בבסיס חיל האוויר האמריקאי ביין בווייטנאם, כ -80 מטוסים נפגעו כתוצאה פיצוצים המטוס פורסטראל, ו לאחר פיצוץ המטוס על נושאת המטוסים "אוריסקאני" (1966). אז לא רק חומרי נפץ חזקים הם טובים, אבל מתפוצצים בדיוק ברגע הנכון - לעולם לא.

כל חומרי הנפץ המודרניים הם תרכובות כימיות או תערובות מכניות. הקבוצה הראשונה כוללת hexogen, trotyl, nitroglycerin, חומצה picric. חומרי נפץ כימיים, ככלל, מתקבלים על ידי ניטרציה של סוגים שונים של פחמימנים, מה שמוביל להכנסת חנקן וחמצן למולקולות שלהם. לקבוצה השנייה - חומרי נפץ חנקתי אמוניום. הרכב חומרי הנפץ מסוג זה כולל בדרך כלל חומרים עשירים בחמצן ובפחמן. כדי להגדיל את הטמפרטורה של הפיצוץ בתערובת מתווספים לעתים קרובות אבקות של מתכות: אלומיניום, בריליום, מגנזיום.

בנוסף לכל המאפיינים לעיל, כל חומר נפץ צריך להיות עמיד מבחינה כימית ומתאים לאחסון לטווח ארוך. בשנות ה -80 של המאה הקודמת, הסינים היו מסוגלים לסנתז את חומרי הנפץ החזקים ביותר - אוריאה טריציקלית. כוחו עלה על עשרים וחמש פעמים. הבעיה היתה כי כמה ימים לאחר הייצור, חומר מפורקת והפכה ריר, לא מתאים לשימוש נוסף.

סיווג חומרי נפץ

לפי תכונות הנפץ שלהם, חומרי נפץ מחולקים:

1. ייזום. הם משמשים להתפוצץ (לפוצץ) חומרי נפץ אחרים. ההבדלים העיקריים בחומרי הנפץ בקבוצה זו הם בעלי רגישות גבוהה לגורמי יזום ושיעורי פיצוץ גבוהים. קבוצה זו כוללת: כספית נפץ, diazodinitrophenol, trinitrosorcinate להוביל, ואחרים. ככלל, תרכובות אלה משמשים primers, צינורות ההצתה, כמוסות נפץ, squibs, רוצח עצמי;
2. פיצוץ חומרי נפץ. זה סוג של חומר נפץ יש רמה משמעותית של brisance והוא משמש הראשי תשלום עבור הרוב המכריע של התחמושת. אלה חומרי נפץ חזקים שונים בהרכב הכימי שלהם (N-nitramines, חנקות, תרכובות ניטרו אחרים). לפעמים הם משמשים בצורה של תערובות שונות. פיצוץ חומרי נפץ משמשים גם באופן פעיל בכרייה, בעת הנחת מנהרות, וביצוע עבודות הנדסיות אחרות;
3. לזרוק חומרי נפץ. הם מקור אנרגיה לזריקת קליעים, מוקשים, כדורים, רימונים, וכן לתנועת רקטות. אבקה וסוגים שונים של דלק טילים שייכים למעמד זה של חומרי נפץ;
4. קומפוזיציות פירוטכניות. משמש לצייד תחמושת מיוחדת. בעת צריבה, הם מייצרים אפקט מסוים: הארה, איתות, תבערה.

חומרי נפץ מחולקים גם לפי מצבם הפיזי:

1. נוזלי. לדוגמה, nitroglycol, nitroglycerin, אתיל ניטראט. יש גם תערובות נוזלי שונות של חומרי נפץ (panklastite, Sprengel חומרי נפץ);
2. גזי;
3. ג'ל. אם להמיס nitrocellulose ב nitroglycerin, אתה מקבל את מה שנקרא ריבה נפץ. זה חומר מאוד בלתי יציב, אבל חזק כמו חומר נפץ ג'ל. הוא שימש את המהפכנים הרוסים - טרוריסטים בסוף המאה ה XIX;
4. השעיות. קבוצה נרחבת של חומרי נפץ, אשר משמשים כיום למטרות תעשייתיות. ישנם סוגים שונים של מתלים נפץ שבו חומר נפץ או חמצון הוא בינוני נוזלי;
5. אמולסיה חומרי נפץ. סוג נפוץ מאוד של חומרי נפץ בימים אלה. משמש לעתים קרובות עבודות בנייה או כרייה;
6. מוצק. הקבוצה הנפוצה ביותר של חומרי נפץ. הוא כולל כמעט את כל חומרי הנפץ המשמשים בעניינים צבאיים. עשוי להיות מונוליטי (trotyl), גרעיני או אבקת (הקסוגן);
7. פלסטיק. זו קבוצה של חומרי נפץ יש גמישות. חומרי נפץ אלה הם יקרים יותר מהרגיל, ולכן הם משמשים לעתים רחוקות לצייד תחמושת. נציג טיפוסי של קבוצה זו הוא פלסטיד (או פלסטיד). זה משמש לעתים קרובות במהלך חבלה לערער מבנים. לפי הרכב, פלסטיד הוא תערובת של RDX וכל plasticizer;
8. גמיש.

קצת היסטוריה של חומרי נפץ

חומר הנפץ הראשון, אשר הומצא על ידי האנושות, היה אבקה שחורה. הוא האמין כי הוא הומצא בסין כבר במאה השביעית לספירה. עם זאת, עדויות מהימנות לכך טרם נמצאה. בדרך כלל סביב האבקה ואת הניסיונות הראשונים להשתמש בו יצר הרבה מיתוסים וסיפורים פנטסטיים כמובן.

ישנם טקסטים סיניים עתיקים המתארים תערובות הדומות בהרכב לאבקה שחורה. הם שימשו כתרופות, כמו גם עבור פירוטכניקות. בנוסף, ישנם מקורות רבים הטוענים כי במאות הבאות, הסינים השתמשו באבק שריפה כדי להפוך רקטות, מוקשים, רימונים ואפילו להביורים. אמת, איורים של סוגים מסוימים של נשק עתיק זה מטילים ספק באפשרות של היישום המעשי שלה.

עוד לפני שהאבקה באירופה החלה להשתמש באש היוונית - חומר נפץ דליק, מתכון אשר, למרבה הצער, לא הגיע לימינו. "אש יוונית" היתה תערובת דליקה, אשר לא רק לא להרוות עם מים, אבל אפילו הפך במגע עם זה אפילו יותר דליק. חומר נפץ זה הומצא על ידי הביזנטים, הם פעלו באופן פעיל "האש היוונית" הן ביבשה והן במלחמות ים, ושמרו על המתכון בסוד החמור ביותר. מומחים מודרניים מאמינים כי תערובת זו כללה שמן, זפת, גופרית, ואת מהירות.

אבק השריפה הופיע לראשונה באירופה סביב אמצע המאה ה -13, ועדיין לא ידוע איך הגיע ליבשת. בין הממציאים האירופאיים של אבק השריפה, שמו של הנזיר ברתולד שוורץ והמדען האנגלי רוג'ר בייקון מוזכרים לעתים קרובות, למרות של היסטוריונים אין דעה משותפת. על פי אחת הגירסאות, אבק שרפה שהומצא בסין, דרך הודו והמזרח התיכון, הגיע לאירופה. בכל אופן, כבר במאה ה- 13, האירופאים ידעו על אבק שריפה ואף ניסו להשתמש בחומר נפץ גבישי זה במכרות ובכלי נשק פרימיטיביים.

במשך מאות שנים שרפה נשאר סוג רק של חומרי נפץ שהאדם ידע והשתמש. רק בתורה של המאה XVIII-XIX, הודות לפיתוח של כימיה ומדעי הטבע אחרים, פיתוח של חומרי נפץ הגיעו לגבהים חדשים.

בסוף המאה ה -18, בזכות הכימאים הצרפתיים Lavoisier ו Berthollet, אבקת chlorate שנקרא. יחד עם זאת, הומצאה "כסף נפץ", כמו גם חומצה picric, אשר בעתיד שימש לצייד פגזים ארטילריה.

בשנת 1799, כימאי האנגלי האנגלי מצא "כספומט מקשקש", אשר עדיין משמש פריימרים כמו חומר נפץ יוזם. בתחילת המאה ה -19, pyroxylin הושג - חומר נפץ זה לא יכול לשמש רק כדי לצייד פגזים, אלא גם כדי להפוך אבקת מעושן ממנו.

בשנת 1847, nitroglycerin היה מסונתז הראשון, אבל זה נפץ הוכיח להיות יציב מדי מסוכן לייצור ואחסון. קצת מאוחר יותר, בעיה זו נפתרה חלקית על ידי אלפרד נובל המפורסם, שהציע לערבב ניטרוגליצרין עם חימר. אז זה התברר דינמיט. זהו חומר נפץ רב עוצמה, אבל הוא רגיש מאוד. במהלך מלחמת העולם הראשונה ניסה הדינמיט לצייד קליעים, אך הרעיון הזה ננטש במהירות. דינמיט שימש כריית במשך זמן רב, אבל כיום זה חומר נפץ לא הופק במשך זמן רב.

בשנת 1863, מדענים גרמנים גילו TNT, ובשנת 1891, הייצור התעשייתי של חומר נפץ זה החל בגרמניה. בשנת 1897, כימאי גרמני Lentse synthesized hexogen - אחד הנפץ החזק ביותר נפוץ בימינו.

הפיתוח של חומרי נפץ וחומרי נפץ חדשים נמשך גם במאה האחרונה, והמחקר בכיוון זה נמשך גם היום.

בשנת 1942 קיבל הכימאי האמריקני בכמן חומר נפץ חדש דומה למקסוגן, אבל הרבה יותר חזק ממנו. הנפץ החדש קיבל את השם אוקטוגן, ביעילותו קילוגרם אחד של חומר נפץ זה שווה לארבעה קילוגרמים של TNT.

בשנות ה -60, החברה האמריקאית EXCOA הציעה לפנטגון חומר נפץ חדש המבוסס על הידרזין, שלכאורה היה חזק פי 20 מ - TNT. עם זאת, זה נפץ אחד מינוס - ריח מגעיל לחלוטין של שירותים תחנת נטוש. הביקורת הראתה כי כוחו של החומר החדש עולה על TNT רק 2-3 פעמים, והחליט לא להשתמש בו. לאחר מכן, הציע EXCOA דרך אחרת להשתמש נפץ: לעשות תעלות עם זה.

החומר נזל על הקרקע, ואז התפוצץ. כך, תוך שניות, ניתן היה להשיג תעלה מלאה ללא כל מאמץ נוסף. כמה קבוצות של חומרי נפץ נשלחו לווייטנאם לבדיקות בתנאי לחימה. סוף הסיפור הזה היה מצחיק: לחפירות שהתקבלו מפיצוץ האוויר היה ריח כה מגעיל שהחיילים סירבו להיות בו.

בסוף שנות ה -80 פיתחו האמריקאים חומר נפץ חדש - CL-20. על פי כמה דיווחים בתקשורת, הכוח שלה הוא כמעט פי עשרים כמו TNT. עם זאת, בשל המחיר הגבוה שלה (1,300 $ לכל 1 ק"ג), הייצור בקנה מידה גדול של חומרי נפץ חדשים מעולם לא החלה.

צפה בסרטון: Thrive HD Multi-Subtitles (נוֹבֶמבֶּר 2024).