Lielākajai daļai vēstures cilvēks izmantoja visu veidu aukstos ieročus, lai iznīcinātu savu veidu, sākot ar vienkāršu akmens cirvi, līdz ļoti progresīvam un grūti izgatavojamam metāla darbarīkam. Ap XI-XII gadsimtiem Eiropā sāka izmantot ieročus, un tādējādi cilvēce iepazinās ar svarīgāko sprāgstvielu - melno pulveri.
Tas bija pagrieziena punkts militārajā vēsturē, lai gan šaujamieročiem bija vajadzīgi vēl astoņi gadsimti, lai pilnībā izspiestu strauji griezto tēraudu no kaujas laukiem. Līdztekus lielgabalu un javu attīstībai attīstījās sprāgstvielas - ne tikai šaujampulveri, bet arī visa veida kompozīcijas artilērijas čaulām vai sauszemes mīnām. Jaunu sprāgstvielu un sprāgstvielu ierīkošana mūsu dienās turpinās aktīvi.
Šodien ir zināmi desmitiem sprāgstvielu. Papildus militārām vajadzībām, ieguves rūpniecībā, ceļu un tuneļu būvniecībā tiek aktīvi izmantotas sprāgstvielas. Tomēr, pirms runājam par galvenajām sprāgstvielu grupām, ir nepieciešams sīkāk minēt sprādziena laikā notiekošos procesus un saprast sprāgstvielu darbības principu (HE).
Sprāgstvielas: kas tas ir?
Sprāgstvielas ir liela ķīmisko savienojumu grupa vai maisījumi, kas ārējo faktoru ietekmē spēj ātri, pašpietiekami un nekontrolējami reaģēt ar lielu enerģijas daudzumu. Vienkārši sakot, ķīmiskā sprādziens ir molekulāro saišu enerģijas pārvēršana par siltumenerģiju. Parasti tā rezultāts ir liels daudzums karstu gāzu, kas veic mehānisku darbu (sasmalcināšana, iznīcināšana, pārvietošana utt.).
Sprāgstvielu klasifikācija ir diezgan sarežģīta un neskaidra. Sprāgstvielas ietver vielas, kas sadalās ne tikai sprādziena (detonācijas) procesā, bet arī lēnas vai ātras dedzināšanas procesā. Pēdējā grupa ietver šaujampulverus un dažāda veida pirotehniskos maisījumus.
Kopumā jēdzieni "detonācija" un "deflagrācija" (dedzināšana) ir būtiski, lai izprastu ķīmiskās sprādziena procesus.
Detonācija ir kompresijas priekšpuses strauja (pārnacionāla) izplatīšanās ar pievienoto eksotermisko reakciju sprāgstvielā. Šajā gadījumā ķīmiskās transformācijas notiek tik strauji, un tāds siltumenerģijas un gāzveida produktu daudzums tiek atbrīvots, ka vielā veidojas šoka vilnis. Detonācija ir ātrākais process, ko var teikt, ka lavīnu līdzīga vielas iesaistīšanās ķīmiskajā sprādziena reakcijā.
Deflagrācija vai sadegšana ir tāda veida redoksķīmiska reakcija, kuras laikā tās priekšējā kustība vielā notiek parastās siltuma pārneses dēļ. Šādas reakcijas ir labi zināmas visiem un bieži sastopamas ikdienas dzīvē.
Interesanti, ka sprādziena laikā atbrīvotā enerģija nav tik liela. Piemēram, ja 1 kg trotila tiek detonēta, to atbrīvo vairākas reizes mazāk nekā tad, kad sadedzina 1 kg ogļu. Tomēr ar sprādzienu tas notiek miljoniem reižu ātrāk, visa enerģija tiek izlaista gandrīz uzreiz.
Jāatzīmē, ka sprādzienbīstamības izplatīšanās ātrums ir svarīgākais sprāgstvielu raksturojums. Jo lielāks tas ir, jo efektīvāka ir sprādzienbīstama maksa.
Lai sāktu ķīmiskās sprādziena procesu, ir nepieciešams ārējs faktors, tas var būt vairāku veidu:
- mehāniska (punkcija, trieciens, berze);
- ķīmiska viela (vielas iedarbība ar sprāgstvielu);
- ārējā detonācija (sprādziens sprāgstvielas tuvumā);
- siltums (liesma, siltums, dzirksteles).
Jāatzīmē, ka dažāda veida sprāgstvielām ir atšķirīga jutība pret ārējām ietekmēm.
Daži no tiem (piemēram, melnais pulveris) labi reaģē uz termisko ietekmi, bet tajā pašā laikā tie praktiski nereaģē uz mehānisko un ķīmisko iedarbību. Un, lai detonētu TNT, nepieciešams tikai detonācijas efekts. Kārdinošs dzīvsudrabs smagi reaģē uz jebkuru ārēju stimulu, un ir dažas sprāgstvielas, kas detonē bez jebkādas ārējas ietekmes. Šādu sprāgstvielu praktiska izmantošana ir vienkārši neiespējama.
Sprāgstvielu galvenās īpašības
Galvenie ir:
- sprādzienbīstamu produktu temperatūra;
- sprādziena siltums;
- detonācijas ātrums;
- brizantnost;
- sprādzienbīstamība.
Pēdējie divi punkti ir jāapspriež atsevišķi. Sprāgstvielu spridzināšana - tā ir spēja iznīcināt apkārtējo vidi (akmens, metāls, koks). Šī īpašība lielā mērā ir atkarīga no fiziskā stāvokļa, kurā atrodas sprāgstviela (slīpēšanas pakāpe, blīvums, viendabīgums). Brisance ir atkarīga no sprāgstvielas detonācijas ātruma - jo lielāks tas ir, jo labāk sprāgstviela var sasmalcināt un iznīcināt apkārtējos objektus.
Spridzināšanas sprāgstvielas parasti izmanto artilērijas čaulu, bumbu, raktuvju, torpēdu, granātu un citu munīcijas aprīkošanai. Šāda veida sprāgstviela ir mazāk jutīga pret ārējiem faktoriem, tāpēc ir nepieciešama ārēja detonācija, lai mazinātu šādu sprādzienbīstamību. Atkarībā no to destruktīvās enerģijas spridzināšanas sprāgstvielas ir sadalītas:
- Palielināta jauda: heksogēns, tetriils, oksogēns;
- Vidēja jauda: TNT, melinīts, plastīds;
- Samazināta jauda: sprāgstvielas, kuru pamatā ir amonija nitrāts.
Jo lielāks ir sprāgstvielu sprādzienbīstamība, jo labāk tas iznīcinās bumbu vai šāviņu ķermeni, piešķirs fragmentam lielāku enerģiju un radīs spēcīgāku šoka vilni.
Ne mazāk svarīga sprāgstvielu īpašība ir tās sprādzienbīstamība. Tas ir visbiežāk sastopamais jebkuras sprāgstvielas raksturojums, tas parāda, kā tas vai ka sprāgstvielai ir destruktīva spēja. Sprādzienbīstamība tieši atkarīga no gāzes daudzuma, kas veidojas sprādziena laikā. Jāatzīmē, ka augsts sprādzienbīstamība un augsta sprādzienbīstamība parasti nav savstarpēji saistīti.
Augsta sprādzienbīstamība un spridzināšana nosaka, ko mēs saucam par sprādziena spēku vai spēku. Tomēr dažādiem mērķiem ir nepieciešams izvēlēties piemērotus sprāgstvielu veidus. Brizantnosti ir ļoti svarīgi čaumalas, raktuves un gaisa bumbas, bet sprāgstvielas ar ievērojamu augsto sprādzienbīstamību ir vairāk piemērotas kalnrūpniecībai. Praksē sprāgstvielu izvēle ir daudz sarežģītāka, un, lai izvēlētos pareizo sprāgstvielu, jāņem vērā visas tās īpašības.
Dažādu sprāgstvielu jaudas noteikšanai ir vispārpieņemta metode. Tas ir tā sauktais TNT ekvivalents, kad TNT jauda tiek uzskatīta par vienu. Izmantojot šo metodi, var aprēķināt, ka 125 g trotila jauda ir vienāda ar 100 g RDX un 150 g amonīta.
Vēl viena svarīga sprāgstvielu īpašība ir to jutīgums. To nosaka iespēja, ka sprādzienbīstamība būs pakļauta konkrētam faktoram. Šim parametram ir atkarīga sprāgstvielu ražošanas un uzglabāšanas drošība.
Lai labāk parādītu, cik svarīga ir šī sprādzienbīstamība, mēs varam teikt, ka amerikāņi ir izstrādājuši īpašu standartu (STANAG 4439) sprāgstvielu jutībai. Un viņiem bija jādodas uz to nevis no labas dzīves, bet pēc virknes ārkārtīgi smagu nelaimes gadījumu: 33 cilvēki tika nogalināti amerikāņu Bien-Ho gaisa spēku bāzē Vjetnamā, aptuveni 80 lidmašīnas tika bojātas Forrestal lidmašīnu pārvadātāja sprādzienu dēļ, un pēc lidmašīnas detonācijas gaisa kuģa pārvadātājam "Oriskani" (1966). Tātad ne tikai spēcīgas sprāgstvielas ir labas, bet detonējot tieši pareizajā brīdī - nekad vairs.
Visas mūsdienu sprāgstvielas ir ķīmiski savienojumi vai mehāniski maisījumi. Pirmajā grupā ietilpst heksogēns, trotils, nitroglicerīns, pikricskābe. Ķīmiskās sprāgstvielas parasti iegūst, nitrējot dažādus ogļūdeņražus, kas savās molekulās noved pie slāpekļa un skābekļa. Otrajai grupai - amonija nitrāta sprāgstvielas. Šāda veida sprāgstvielu sastāvs parasti ietver vielas, kas bagātas ar skābekli un oglekli. Lai palielinātu sprādziena temperatūru maisījumā, bieži tiek pievienoti metālu pulveri: alumīnijs, berilijs, magnija.
Papildus visām iepriekš minētajām īpašībām jebkurai sprāgstvielai jābūt ķīmiski izturīgai un piemērotai ilgtermiņa uzglabāšanai. Pagājušā gadsimta 80. gados ķīnieši spēja sintezēt visspēcīgākās sprāgstvielas - triciklisko urīnvielu. Tās jauda pārsniedza trotilu divdesmit reizes. Problēma bija tā, ka dažas dienas pēc ražošanas vielas viela sadalījās un pārvērtās gļotā, kas nav piemērota turpmākai lietošanai.
Sprāgstvielu klasifikācija
Pēc sprāgstvielu īpašībām sprāgstvielas tiek sadalītas:
- Iniciatīva. Tos izmanto citu sprāgstvielu eksplodēšanai. Galvenās sprāgstvielu atšķirības šajā grupā ir augsta jutība pret ierosināšanas faktoriem un augstu detonācijas ātrumu. Šajā grupā ietilpst: sprādzienbīstams dzīvsudrabs, diazodinitrofols, svina trinitrozorāts un citi. Parasti šie savienojumi tiek izmantoti gruntos, aizdedzes caurulēs, detonatoru kapsulās, skvošos, pašiznīcinātājos;
- Sprāgstvielu spridzināšana. Šāda veida sprāgstvielai ir ievērojams brisances līmenis, un to izmanto kā galveno maksu par lielāko daļu munīcijas. Šīs spēcīgās sprāgstvielas atšķiras pēc to ķīmiskā sastāva (N-nitramīni, nitrāti, citi nitro savienojumi). Dažreiz tos izmanto dažādu maisījumu veidā. Arī sprāgstvielu sprāgstvielas tiek aktīvi izmantotas kalnrūpniecībā, tuneļu uzstādīšanā un citu inženiertehnisko darbu veikšanā;
- Sprāgstvielu izmešana. Tie ir enerģijas avots lādiņu, raktuvju, lodes, granātu, kā arī raķešu pārvietošanai. Šajā sprāgstvielu klasē ietilpst pulveris un dažāda veida raķešu degviela;
- Pirotehniskie izstrādājumi. Izmanto, lai aprīkotu speciālas munīcijas. Degot, tie rada īpašu efektu: apgaismojot, signalizējot, aizdedzinot.
Sprāgstvielas tiek sadalītas arī pēc to fiziskā stāvokļa:
- Šķidrums. Piemēram, nitroglikols, nitroglicerīns, etil-nitrāts. Ir arī dažādi šķidru sprāgstvielu maisījumi (panklastīts, Sprengel sprāgstvielas);
- Gāzveida;
- Gēla veida. Ja izšķīdināt nitrocelulozi nitroglicerīnā, jūs saņemsiet tā saucamo sprādzienbīstamu želeju. Tā ir ārkārtīgi nestabila, bet diezgan spēcīga sprāgstviela līdzīga viela. Viņu XIX gs. Beigās izmantoja Krievijas revolucionāri-teroristi;
- Apturēšana. Diezgan plaša sprāgstvielu grupa, ko šodien izmanto rūpnieciskiem mērķiem. Ir dažādi sprāgstvielu suspensiju veidi, kuros sprāgstviela vai oksidētājs ir šķidrums;
- Emulsijas sprāgstvielas. Ļoti populārs sprāgstvielu veids šajās dienās. Bieži izmanto celtniecības vai kalnrūpniecības darbos;
- Cieta viela. Visbiežāk sastopamā sprāgstvielu grupa. Tas ietver gandrīz visas militārās lietās izmantotās sprāgstvielas. Var būt monolīts (trotils), granulēts vai pulveris (heksogēns);
- Plastmasas. Šai sprāgstvielu grupai ir plastiskums. Šādas sprāgstvielas ir dārgākas nekā parasti, tāpēc tās reti izmanto, lai aprīkotu munīciju. Tipiska šīs grupas pārstāvis ir plastīds (vai plastīds). To bieži izmanto sabotāžu laikā, lai mazinātu struktūras. Pēc tās sastāva plastīds ir RDX un jebkura plastifikatora maisījums;
- Elastīgs.
Daži sprāgstvielu vēsture
Pirmā sprāgstviela, ko izgudroja cilvēce, bija melns pulveris. Tiek uzskatīts, ka tas tika izgudrots Ķīnā jau VII gadsimtā. Tomēr ticami pierādījumi par to vēl nav atrasti. Parasti ap pulveri un pirmajiem mēģinājumiem to izmantot radīja daudz mītu un acīmredzami fantastiskus stāstus.
Ir senie ķīniešu teksti, kas apraksta maisījumus, kas līdzīgi sastāv no melnā pulvera. Tos izmantoja kā zāles, kā arī pirotehniskos paraugus. Turklāt ir daudzi avoti, kas apgalvo, ka nākamajos gadsimtos ķīnieši aktīvi izmantoja šaujampulveri, lai izgatavotu raķetes, raktuves, granātas un pat liesmas metinātājus. Tiesa, dažu šī senā šaujamieroča veidu ilustrācijas rada šaubas par tās praktiskās piemērošanas iespēju.
Pat pirms pulveris Eiropā sāka izmantot "grieķu uguns" - uzliesmojošu sprāgstvielu - recepte, kas diemžēl nav sasniegusi mūsu dienas. "Grieķu uguns" bija viegli uzliesmojošs maisījums, kas ne tikai neuzliesmoja ar ūdeni, bet pat kļuva saskarē ar to vēl uzliesmojošāku. Šo sprāgstvielu izgudroja bizantieši, viņi aktīvi izmantoja "grieķu uguni" gan uz sauszemes, gan jūras cīņās, un saglabāja savu recepti visstingrākajā slepenībā. Mūsdienu eksperti uzskata, ka šis maisījums ietvēra eļļu, darvu, sēru un kaļķakmens.
Pirmais pulveris pirmo reizi parādījās Eiropā 13. gadsimta vidū un vēl nav zināms, kā tas nonāca kontinentā. Starp Eiropas šaujampulka izgudrotājiem bieži tiek pieminēti mūka Berthold Schwartz un angļu zinātnieka Roger Bacon vārdi, lai gan vēsturniekiem nav kopīga viedokļa. Saskaņā ar vienu no versijām Eiropā uz Indiju un Tuvajiem Austrumiem izgudrots šaujampulveris. Jebkurā gadījumā jau XIII gadsimtā eiropieši zināja par šaujampulveri un pat mēģināja izmantot šo kristālisko sprāgstvielu raktuvēs un primitīvajos šaujamieročos.
Daudzus gadsimtus šaujampulveris palika vienīgais sprāgstvielu veids, ko cilvēks zināja un izmantoja. Tikai XVIII-XIX gadsimtu mijā, pateicoties ķīmijas un citu dabaszinātņu attīstībai, sprāgstvielu attīstība sasniedza jaunus augstumus.
18. gadsimta beigās, pateicoties franču ķīmiķiem Lavoisieram un Berthollet, parādījās tā sauktais hlorāta pulveris. Tajā pašā laikā tika izgudrots "sprādzienbīstams sudrabs", kā arī pikricskābe, kas nākotnē tika izmantota artilērijas čaulu aprīkošanai.
1799. gadā angļu ķīmiķis Hovards konstatēja, ka dzīvsudrabs ir grabošs, kas joprojām tiek izmantots gruntos kā sprādzienbīstama viela. 19. gadsimta sākumā tika iegūts piroksilīns - sprāgstviela, kuru varēja izmantot ne tikai, lai aprīkotu čaumalas, bet arī padarītu no tās bez smēķēšanas.
1847. gadā pirmo reizi tika sintezēts nitroglicerīns, bet šī sprāgstviela izrādījās pārāk nestabila un bīstama ražošanai un uzglabāšanai. Nedaudz vēlāk šo problēmu daļēji atrisināja slavenais Alfred Nobels, kurš ierosināja sajaukt nitroglikirīnu ar mālu. Tātad izrādījās dinamīts. Tā ir spēcīga sprāgstviela, bet tā ir ļoti jutīga. Pirmā pasaules kara laikā dinamīts mēģināja aprīkot šāviņus, taču šī ideja tika ātri pamesta. Dinamīts ilgu laiku tika izmantots kalnrūpniecībā, bet mūsdienās šī sprāgstviela nav ražota ilgu laiku.
1863. gadā vācu zinātnieki atklāja TNT, un 1891. gadā šī sprāgstvielas rūpnieciskā ražošana sākās Vācijā. 1897. gadā vācu ķīmiķis Lentse sintezēja heksogēnu - vienu no spēcīgākajām un kopīgākajām sprāgstvielām mūsdienās.
Jaunu sprāgstvielu un sprāgstvielu ierīkošana turpinājās visā pagājušajā gadsimtā, un pētījumi šajā virzienā turpinās šodien.
1942. gadā amerikāņu ķīmiķis Bachmanis saņēma jaunu sprāgstvielu, kas bija līdzīga heksogēnai, bet daudz spēcīgāka par viņu. Jaunais sprāgstviela ieguva oktogēna nosaukumu, tā efektivitātei viena kilograma šī sprāgstviela ir vienāda ar četriem kilogramiem TNT.
60. gados amerikāņu kompānija EXCOA piedāvāja Pentagonam jaunu hidrazīnu saturošu sprāgstvielu, kas, iespējams, bija 20 reizes spēcīgāka nekā TNT. Tomēr šai sprāgstvielai bija viens pamanāms mīnuss - absolūti vētraina stacijas tualetes smarža. Revīzija parādīja, ka jaunās vielas jauda pārsniedz TNT tikai 2-3 reizes un nolēma to neizmantot. Pēc tam EXCOA piedāvāja citu veidu, kā izmantot sprāgstvielu: dariet to ar tranšejām.
Viela tika noslīpēta zemē un pēc tam eksplodēja. Tādējādi dažu sekunžu laikā bija iespējams iegūt pilnu profila tranšeju bez papildu piepūles. Vjetnamā tika nosūtīti vairāki sprāgstvielu komplekti, lai pārbaudītu kaujas apstākļus. Šā stāsta beigas bija smieklīgi: sprādziena rezultātā iegūtie tranšejas bija tik pretīgi smarža, ka karavīri atteicās būt tajos.
80. gadu beigās amerikāņi izstrādāja jaunu sprāgstvielu - CL-20. Saskaņā ar dažiem mediju ziņojumiem tās jauda ir gandrīz divdesmit reizes lielāka nekā TNT. Tomēr, pateicoties augstajai cenai (1300 ASV dolāri par 1 kg), jaunu sprāgstvielu liela apjoma ražošana nekad netika uzsākta.
