Pro většinu historie člověk používal všechny druhy studených zbraní ke zničení svého druhu, od jednoduché kamenné sekery až po velmi pokročilé a obtížně vyráběné kovové nástroje. Kolem XI.-XII. Století se v Evropě začaly používat zbraně a lidstvo se tak seznámilo s nejvýznamnějším výbušným - černým práškem.
Byl to zlomový bod ve vojenské historii, ačkoli trvalo dalších osm století, než střelné zbraně úplně vytlačily ostrou ocel z bojových polí. Souběžně s vývojem děla a malty se vyvinuly výbušniny - nejen střelný prach, ale také všechny druhy kompozic pro dělostřelecké skořápky nebo pozemní doly. Vývoj nových výbušnin a výbušných zařízení pokračuje aktivně v našich dnech.
Dnes jsou známy desítky výbušnin. Kromě vojenských potřeb se výbušniny aktivně využívají při těžbě, při výstavbě silnic a tunelů. Nicméně, než mluvíme o hlavních skupinách výbušnin, je třeba podrobněji zmínit procesy, ke kterým dochází během výbuchu, a pochopit princip fungování výbušnin (HE).
Výbušniny: co je to?
Výbušniny jsou velkou skupinou chemických sloučenin nebo směsí, které jsou pod vlivem vnějších faktorů schopné rychlé, samočinné a nekontrolovatelné reakce s uvolněním velkého množství energie. Jednoduše řečeno, chemická exploze je proces přeměny energie molekulárních vazeb na tepelnou energii. Obvykle se jedná o velké množství horkých plynů, které provádějí mechanickou práci (drcení, ničení, pohyb, atd.).
Klasifikace výbušnin je poměrně komplikovaná a matoucí. Výbušniny zahrnují látky, které se rozkládají nejen v procesu výbuchu (detonace), ale také při pomalém nebo rychlém spalování. Druhá skupina zahrnuje pušný prach a různé typy pyrotechnických směsí.
Obecně platí, že pojmy "detonace" a "deflagrace" (hoření) jsou klíčem k pochopení procesů chemického výbuchu.
Detonace je rychlé (nadzvukové) šíření čelní strany komprese s doprovodnou exotermickou reakcí ve výbušnině. V tomto případě probíhají chemické transformace tak rychle a takové množství tepelné energie a plynných produktů se uvolní, že se v látce vytvoří rázová vlna. Detonace je proces nejrychlejšího, může se jednat o lavinové zapojení látky do reakce chemické exploze.
Deflagrace nebo spalování je typ redoxní chemické reakce, během které se jeho přední pohybuje v látce v důsledku běžného přenosu tepla. Takové reakce jsou všem dobře známy a často se vyskytují v každodenním životě.
Je zajímavé, že energie uvolněná během výbuchu není tak velká. Například když je odpáleno 1 kg trotylu, uvolňuje se několikrát méně, než když spálí 1 kg uhlí. Nicméně, s výbuchem to se objeví milionykrát rychlejší, veškerá energie je uvolněna téměř okamžitě.
Je třeba poznamenat, že rychlost šíření výbuchu je nejdůležitější vlastností výbušnin. Čím vyšší je, tím účinnější je výbušný náboj.
Pro zahájení procesu chemického výbuchu je nutný vnější faktor, může být několik typů:
- mechanické (punkce, náraz, tření);
- chemická (reakce látky s výbušným nábojem);
- vnější výbuch (výbuch v blízkosti výbušniny);
- teplo (plamen, teplo, jiskra).
Je třeba poznamenat, že různé typy výbušnin mají odlišnou citlivost na vnější vlivy.
Některé z nich (například černý prášek) dobře reagují na tepelné účinky, ale zároveň prakticky nereagují na mechanické a chemické. A pro detonaci TNT je zapotřebí pouze detonační efekt. Hromadná ortuť násilně reaguje na jakýkoli vnější podnět a některé výbušniny vybuchují bez jakéhokoli vnějšího vlivu. Praktické použití takových "výbušných" výbušnin je prostě nemožné.
Hlavní vlastnosti výbušnin
Hlavní jsou:
- teplota výbušných produktů;
- teplo výbuchu;
- detonační rychlost;
- brizantnost;
- výbušnost.
Poslední dva body by měly být projednány zvlášť. Tryskání výbušnin - to je jeho schopnost zničit okolní prostředí (kámen, kov, dřevo). Tato charakteristika je do značné míry závislá na fyzickém stavu, ve kterém je výbušnina umístěna (stupeň mletí, hustota, jednotnost). Brisance závisí na rychlosti detonace výbušniny - čím vyšší je, tím lépe výbušnina může rozdrtit a zničit okolní objekty.
Tryskové výbušniny se obvykle používají k vybavení dělostřeleckých nábojů, bomby, miny, torpéda, granáty a další střelivo. Tento typ výbušniny je méně citlivý na vnější faktory, je nutná vnější detonace, aby se taková nálož výbušniny podkopala. V závislosti na jejich ničivé síle se trhací výbušniny dělí na:
- Zvýšený výkon: hexogen, tetryl, oxogen;
- Střední síla: TNT, melinit, plastid;
- Snížený výkon: výbušniny na bázi dusičnanu amonného.
Čím vyšší je výbušnost výbušnin, tím lépe zničí tělo bomby nebo projektilu, dá fragmentu více energie a vytvoří silnější rázovou vlnu.
Neméně důležitou vlastností výbušnin je výbušnost. To je nejběžnější vlastnost každé výbušniny, ukazuje, jak má tato výbušnina destruktivní schopnost. Výbušnost přímo závisí na množství plynů, které vznikají během výbuchu. Je třeba poznamenat, že vysoká výbušnost a vysoká výbušnost zpravidla nesouvisí.
Vysoká výbušnost a otryskávání určují to, co říkáme sílu nebo sílu výbuchu. Pro různé účely je však nutné vybrat vhodné typy výbušnin. Brizantnosti jsou velmi důležité pro skořápky, doly a vzdušné bomby, ale výbušniny s významnou úrovní výbušnosti jsou vhodnější pro těžbu. V praxi je výběr výbušnin mnohem komplikovanější a pro výběr správného výbušniny je třeba vzít v úvahu všechny jeho vlastnosti.
Existuje obecně uznávaná metoda pro určení síly různých výbušnin. Jedná se o takzvaný ekvivalent TNT, když se obvykle používá TNT jako jeden. Pomocí této metody lze vypočítat, že výkon 125 g trotylu se rovná 100 g RDX a 150 g amonitu.
Další důležitou vlastností výbušnin je jejich citlivost. Je určena pravděpodobností výbuchu výbušniny, když je vystavena určitému faktoru. Bezpečnost výroby a skladování výbušnin závisí na tomto parametru.
Abychom lépe ukázali, jak důležitá je tato výbušná charakteristika, můžeme říci, že Američané vyvinuli zvláštní specifikaci (STANAG 4439) pro citlivost výbušnin. A museli jít za to nejen z dobrého života, ale po sérii mimořádně závažných nehod: během výbuchu v americkém leteckém vojenském vojenském závodu amerického Bien-Ho ve Vietnamu bylo zabito 33 lidí, asi 80 letadel bylo poškozeno v důsledku výbuchů letadlových lodí Forrestal a po detonaci letadla na letadlové lodi "Oriskani" (1966). Takže nejen mocné výbušniny jsou dobré, ale odpálily se právě ve správnou chvíli - nikdy znovu.
Všechny moderní výbušniny jsou buď chemické sloučeniny nebo mechanické směsi. První skupina zahrnuje hexogen, trotyl, nitroglycerin, kyselinu pikrovou. Chemické výbušniny se zpravidla získávají nitrací různých typů uhlovodíků, což vede k zavedení dusíku a kyslíku do molekul. Do druhé skupiny - výbušniny s obsahem dusičnanu amonného. Složení výbušnin tohoto typu obvykle zahrnuje látky bohaté na kyslík a uhlík. Ke zvýšení teploty výbuchu ve směsi se často přidávají prášky kovů: hliník, berýlium, hořčík.
Kromě všech výše uvedených vlastností by každá výbušnina měla být chemicky odolná a vhodná pro dlouhodobé skladování. V 80. letech minulého století byli Číňané schopni syntetizovat nejmocnější výbušniny - tricyklickou močovinu. Jeho síla dvakrát překročila trotilitu. Problém spočíval v tom, že několik dní po výrobě se látka rozkládá a stává se hlenem a není vhodná pro další použití.
Klasifikace výbušnin
Podle výbušných vlastností jsou výbušniny rozděleny na:
- Zahájení. Používají se k výbuchu (výbuchu) jiných výbušnin. Hlavními rozdíly výbušnin v této skupině jsou vysoká citlivost na iniciační faktory a vysoké rychlosti detonace. Tato skupina zahrnuje: výbušnou rtuť, diazodinitrofenol, trinitrosorcinát olova a další. Zpravidla se tyto sloučeniny používají v základních nátěrech, zapalovacích trubicích, kapslích detonátorů, ve stříkačkách, v zabíječkách;
- Trhací výbušniny. Tento typ výbušniny má významnou úroveň brizance a používá se jako hlavní náboj pro převážnou většinu střeliva. Tyto silné výbušniny se liší svým chemickým složením (N-nitraminy, dusičnany, další nitrozlúčeniny). Někdy se používají ve formě různých směsí. Tryskání výbušnin se také aktivně využívají při těžbě, ukládání tunelů a provádění jiných strojírenských prací;
- Házení výbušnin. Jsou zdrojem energie pro házení projektilů, dolů, nábojů, granátů a také pro pohyb raket. Do této třídy výbušnin patří prach a různé druhy raketového paliva;
- Pyrotechnické prostředky. Používá se k vybavení speciální munice. Při spalování vytvářejí specifický efekt: osvětlovací, signalizační, zápalné.
Výbušniny jsou také rozděleny podle jejich fyzikálního stavu na:
- Kapalina. Například nitroglykol, nitroglycerin, ethylnitrát. Existují také různé tekuté směsi výbušnin (panklastit, výbušniny Sprengel);
- Plynný;
- Gel-jako. Pokud rozpustíte nitrocelulózu v nitroglycerinu, získáte takzvané výbušné želé. Jedná se o extrémně nestabilní, ale poměrně silnou výbušnou látku podobnou gelu. Na konci devatenáctého století ho používali ruští revolucionáři - teroristé;
- Pozastavení. Docela rozsáhlá skupina výbušnin, které se dnes používají k průmyslovým účelům. Existují různé typy výbušných suspenzí, v nichž je výbušnina nebo okysličovadlo kapalné médium;
- Emulzní výbušniny. Velmi populární typ výbušnin v těchto dnech. Často se používá při stavebních nebo důlních pracích;
- Pevný. Nejčastější skupina výbušnin. Zahrnuje téměř všechny výbušniny používané ve vojenských záležitostech. Může být monolitický (trotyl), granulovaný nebo práškový (hexogen);
- Plastové. Tato skupina výbušnin má plasticitu. Takové výbušniny jsou dražší než obvykle, takže se zřídka používají k vybavení munice. Typickým zástupcem této skupiny je plastid (nebo plastid). To je často používáno během sabotáže podkopávat struktury. Svojí kompozicí je plastid směsem RDX a jakéhokoliv změkčovadla;
- Elastické.
Nějaká historie výbušnin
První výbušná látka, kterou vymyslela lidstvo, byla černá prášku. Předpokládá se, že to bylo vynalezeno v Číně již v VII. Století. Spolehlivé důkazy o tom však dosud nebyly nalezeny. Obecně kolem prášku a prvních pokusů o jeho použití byly vytvořeny spousty mýtů a samozřejmě fantastické příběhy.
Existují starověké čínské texty, které popisují směsi, které mají podobnou složení jako černý prášek. Byly používány jako léky, stejně jako pro pyrotechnické představení. Kromě toho existuje řada zdrojů, které tvrdí, že v následujících stoletích Číňané aktivně používali střelný prach k výrobě raket, min, granátů a dokonce i plamenů. Je pravda, že ilustrace některých druhů této staré střelné zbraně zpochybňují možnost její praktické aplikace.
Již předtím, než prášek v Evropě začal používat "řecký požár" - hořlavou výbušninu, recept, který bohužel dosud nedosáhl. "Řecký požár" byl hořlavou směsí, která nejenže neohřela vodou, ale dokonce se s ní stala ještě více hořlavou. Tato výbušnina byla vynalezena byzantskými, aktivně využívali "řecký požár" jak na zemi, tak v námořních bitvách a udržovali svůj recept v nejpřísnějším tajemství. Moderní odborníci se domnívají, že tato směs obsahuje oleje, dehet, síru a nehasené vápno.
Střelný prach se poprvé objevil v Evropě kolem poloviny 13. století a stále není známo, jak to přišlo na kontinent. Mezi evropskými vynálezci střelného prachu jsou často zmíněna jména mnicha Bertholda Schwartze a anglického vědce Rogera Bacona, i když historici nemají společný názor. Podle jedné z verzí se střelný prach vynalezl v Číně, přes Indii a na Středním východě, do Evropy. Vždyť už ve 13. století, Evropané věděli o střelném prachu a dokonce se pokusili použít tuto krystalickou výbušninu pro doly a primitivní střelné zbraně.
Po mnoho staletí střelný prach zůstal jediným typem výbušnin, které člověk znal a používal. Teprve na přelomu XVIII-XIX. Století díky rozvoji chemie a dalších přírodních věd dosáhl vývoj výbušnin nových úrovní.
Na konci 18. století se díky francouzským chemikům Lavoisier a Berthollet objevil tzv. Chlorátový prášek. Současně bylo vynalezeno "výbušné stříbro", stejně jako kyselina pikrová, která byla v budoucnu používána k vybavení dělostřeleckých skořepin.
V roce 1799 objevil anglický lékárník Howard "rtuťovou rtuť", která se stále používá jako primární výbušnina jako primer. Na začátku 19. století byl získán pyroxylin - výbušnina, která by mohla být použita nejen k vybavení skořápek, ale také k vytvoření bezdymového prášku.
V roce 1847 byl nejprve syntetizován nitroglycerin, ale tato exploze se ukázala jako příliš nestabilní a nebezpečná pro výrobu a skladování. O něco později tento problém částečně vyřešil slavný Alfred Nobel, který navrhl míchat nitroglycirin s hlínou. Tak se ukázalo dynamit. Je to silná výbušnina, ale je velmi citlivá. Během první světové války se dynamit snažil vybavit projektily, ale tento nápad byl rychle opuštěn. Dynamit byl dlouhodobě používán v těžbě, dnes však tato výbušnina již dlouho nevyrábí.
V roce 1863 objevili němečtí vědci TNT a v roce 1891 začala průmyslová výroba této výbušniny v Německu. V roce 1897 německý chemik Lentse syntetizoval hexogen - jeden z nejsilnějších a nejobvyklejších výbušnin v dnešní době.
Vývoj nových výbušnin a výbušných zařízení pokračoval v průběhu minulého století a výzkum v tomto směru pokračuje i dnes.
V roce 1942 přijal americký chemik Bachmann novou výbušninu podobnou hexogenu, ale mnohem silnější než on. Nová výbušnina získala jméno octogen, ve své účinnosti se kilogram této výbušniny rovná čtyř kilogramům TNT.
V 60. letech nabídla americká společnost EXCOA Pentagonu novou výbušninu na bázi hydrazinu, která údajně byla 20krát silnější než TNT. Nicméně tato výbušnina měla jednu zřetelnou minus - absolutně ošklivou vůni opuštěné toaletní stanice. Audit ukázal, že síla nové látky překračuje TNT pouze 2-3 krát a rozhodla se ji nepoužívat. Poté navrhl EXCOA jiný způsob, jak používat výbušninu: do ní jezdí příkopy.
Látka se rozetřila na zem a pak explodovala. Takže za pár vteřin bylo možné získat bezvýkopové výkopy. Několik výbušnin bylo odesláno do Vietnamu pro testování v bojových podmínkách. Konec tohoto příběhu byl vtipný: zákopy získané výbuchem měly tak odporný zápach, že vojáci odmítli být v nich.
V pozdních osmdesátých letech Američané vyvinuli novou výbušninu - CL-20. Podle některých zpráv v médiích je její síla téměř dvakrát vyšší než TNT. Nicméně kvůli vysoké ceně (1300 dolarů za 1 kg) nebyla nikdy zahájena rozsáhlá výroba nových výbušnin.
