Методы определения критического диаметра и толщины.

Для определения детонационной способности взрывчатых систем можно использовать как расчетные методы, так и экспериментальные методы. К последним относятся методы конического, цилиндрического и плоского зарядов. Для предварительного определения критического диаметра ВВ готовят конический заряд с углом вершин α = 8 – 12⁰, а для более точного 2 – 4⁰.

Заряд помещают на пластину – свидетель и измеряют расстояние от вершины заряда до места прекращения детонации. Зная размеры конуса, можно вычислить диаметр, при котором детонация прекратилась. Достоинства: легкость. Однако имеются и недостатки.

1. трудно создать постоянную плотность по всему заряду

2. часто отсутствует четкая граница в месте затухания детонации.

Разновидностью метода конического заряда является нахождение критического диаметра ступенчатых цилиндрических зарядов с дискретным изменением диаметра.

Кроме оценки детонационной способности величиной критического диаметра большое практическое значение имеет характеристика способности вещества детонировать в тонком слое на твердой поверхности. По данным о критической толщине слоя ВВ на поверхности судят об опасности запыления оборудования, помещения при производстве ВВ. Кроме того, эта величина необходима при разработки листовых ВВ для импульсной обработке металлов. Для некоторых из них она определяется долями мм. Толщину критического слоя ВВ определяют последовательно подрывая заряды различной толщины на пластине – свидетеле.

При диаметре заряда менее критического d<d_кр детонация не распространяется. При увеличении диаметра выше критического скорость детонации возрастает, приближаясь к предельному значению. Увеличение диаметра до бесконечности приводит к незначительному увеличению до идеальной детонации. Величины d_кр. и d_пред. не постоянны. Наличие оболочки уменьшает их значение, сдвигает кривую влево. Чем прочнее и массивнее оболочка (меньше сжимаемость) – тем сильнее её действие. Но даже в неразрывающейся оболочке существуют критический и предельный диаметры. Мелкокристаллические или высокодисперсные порошки ВВ имеют меньшие d_кр. и d_пр..

Принцип Харитона

Ю.Б. Харитон объяснил причину существования критического диаметра детонации исходя из баланса времени разлета продуктов и времени химической реакции. По Харитону сжатие ударной волной приводит к возбуждению в ВВ химической реакции по тому или иному механизму. Одновременно высокое давление вызывает его расширение и разброс реагирующего вещества (даже исходного ВВ)

Скорость и время химического превращения имеют определенные значения, τ хим. реакции.

Волна расширения идет со скоростью звука в среде, а время достижения этой волной оси заряда зависит от диаметра.

τ разгрузки =

Диаметр заряда при котором τ _раз. становится равным τ _х..р. и есть d _кр..

Харитон рассматривал фронт детонации плоским. Он предложил примерную формулу:

d _кр ≈ 2C_j·τ _х.р.

формула дает сильно заниженные значения d _кр. Из этой формулы вытекает, что всякое вещество, способное к экзотермической реакции с образованием газов, способно к детонации.

Кук показал, что волна разрежения с боковой поверхности приводит к искривлению фронта детонации. При критическом диаметре по Куку радиус кривизны равен радиусу заряда. Кривизна фронта детонации при малых диаметрах была доказана и теоретически и экспериментально.

Современная теория, развитая Кобылкиным И.Ф., и основанная на анализе скорости выделения энергии в результате химической реакции и скорости её уменьшения вследствие расходимости потока за фронтом.

d _кр. =

Г – параметр Грюнайзена;

W – начальная скорость разложения ВВ после ударного сжатия;

Q_PV – изобарно-изохорный тепловой эффект.

Согласно этой теории d_кр зависит не только от энергетических характеристик, но и от начальной скорости разложения ВВ после ударного сжатия. Это позволяет объяснить существенную разницу критических диаметров литого и прессованного тротила различным количеством локальных точек разогрева и т. д.