Enamiku ajaloos kasutas inimene igasuguseid külma relvi, et hävitada oma laadi, alates lihtsast kivist kirvest kuni väga arenenud ja raskesti valmistatavate metallitööriistadeni. Umbes XI-XII sajandil hakkas Euroopas kasutama relvi ja seega tutvus inimkond kõige olulisema lõhkeaine - musta pulbriga.
See oli sõjaväe ajaloo pöördepunkt, kuigi tulirelvade jaoks kulus umbes kaheksaks sajandiks täiesti terava lõigatud terase väljatõrjumine lahinguväljalt. Paralleelselt kahurite ja mördite arenguga töötati välja lõhkeained - mitte ainult püssiroht, vaid ka igasugused kompositsioonid suurtükiväe või maamiinide jaoks. Uute lõhkeainete ja lõhkeseadmete arendamine jätkub aktiivselt meie päevadel.
Täna on teada kümneid lõhkeaineid. Lisaks sõjalistele vajadustele kasutatakse kaevandamisel, teede ja tunnelite ehitamisel aktiivselt lõhkeaineid. Kuid enne peamiste lõhkeainete rühmade rääkimist on vaja üksikasjalikumalt mainida plahvatuse ajal toimuvaid protsesse ja mõista lõhkeainete toimimise põhimõtet (HE).
Lõhkeained: mis see on?
Lõhkeained on suur hulk keemilisi ühendeid või segusid, mis väliste tegurite mõjul on võimelised kiiresti, iseseisvalt ja kontrollimatult reageerima suure energia koguse vabastamisega. Lihtsamalt öeldes on keemiline plahvatus molekulaarsete sidemete energia muundamine soojusenergiaks. Tavaliselt on selle tulemuseks suur hulk kuumaid gaase, mis teostavad mehaanilist tööd (purustamine, hävitamine, liikumine jne).
Lõhkeainete klassifitseerimine on üsna keeruline ja segane. Lõhkeaineteks on ained, mis lagunevad mitte ainult plahvatuse (plahvatuse), vaid ka aeglase või kiire põletamise käigus. Viimane rühm hõlmab püssirohu ja erinevaid pürotehnilisi segusid.
Üldiselt on "plahvatuse" ja "deflagratsiooni" (põletamise) mõisted keemilise plahvatuse protsesside mõistmiseks võtmetähtsusega.
Detonatsioon on kompressioonipinna kiire (ülehelikiirus) levik koos sellega kaasneva eksotermilise reaktsiooniga lõhkeaines. Sellisel juhul toimuvad keemilised muundumised nii kiiresti ja vabaneb selline kogus soojusenergiat ja gaasilisi tooteid, et aines tekib lööklaine. Detonatsioon on kiireim protsess, mida võib öelda, et aine tekib keemilise plahvatusreaktsiooni käigus.
Deflagratsioon või põlemine on redoks-keemilise reaktsiooni tüüp, mille käigus liigub selle eesmine aine tavapärase soojusülekande tõttu. Sellised reaktsioonid on kõigile hästi teada ja neid esineb sageli igapäevaelus.
On uudishimulik, et plahvatuse ajal vabanenud energia ei ole nii suur. Näiteks, kui 1 kg trotüüli detoneeritakse, vabastatakse see mitu korda vähem kui 1 kg söe põletamisel. Kuid plahvatusega kaasneb see miljoneid kordi kiiremini, kogu energia vabaneb peaaegu koheselt.
Tuleb märkida, et lõhkeainete levimise kiirus on lõhkeainete kõige olulisem omadus. Mida kõrgem see on, seda tõhusam on plahvatusoht.
Keemilise plahvatusprotsessi alustamiseks on vajalik väline tegur, mis võib olla mitut tüüpi:
- mehaanilised (punktsioon, löök, hõõrdumine);
- kemikaal (plahvatusohtliku aine reageerimine);
- väline detonatsioon (plahvatus lõhkeaine läheduses);
- soojus (leek, kuumus, säde).
Tuleb märkida, et erinevat tüüpi lõhkeainete tundlikkus välismõjude suhtes on erinev.
Mõned neist (näiteks must pulber) reageerivad hästi termilisele mõjule, kuid samal ajal ei reageeri nad praktiliselt mehaanilisele ja keemilisele mõjule. TNT detoneerimiseks on vaja ainult detonatsiooniefekti. Äkiline elavhõbe reageerib ägedalt mis tahes välisele stiimulile ja on mõned lõhkeained, mis plahvatavad ilma välise mõjuta. Selliste lõhkeainete praktiline kasutamine on lihtsalt võimatu.
Lõhkeainete peamised omadused
Peamised neist on:
- plahvatusohtlike toodete temperatuur;
- plahvatuse kuumus;
- detonatsioonikiirus;
- brizantnost;
- plahvatusohtlikkus.
Kaks viimast punkti tuleks arutada eraldi. Lõhkeainete lõhkamine - see on tema võime hävitada ümbritsevat keskkonda (kivi, metall, puit). See omadus sõltub suuresti lõhkeaine füüsikalisest olekust (jahvatamise aste, tihedus, ühtlikkus). Brisance sõltub plahvatusohtlikust detonatsioonikiirusest - mida suurem on, seda parem on lõhkeaine ümbritsevate objektide purustada ja hävitada.
Plahvatusohtlikke lõhkeaineid kasutatakse tavaliselt suurtükivägi, pommide, kaevanduste, torpeedide, granaatide ja muude laskemoona varustamiseks. Selline lõhkeaine on väliste tegurite suhtes vähem tundlik, sellise plahvatusohtu kahjustamiseks on vaja välist detonatsiooni. Olenevalt nende hävitavast võimsusest jagatakse lõhkeainete lõhkeained järgmistesse osadesse:
- Suurenenud võimsus: heksogeen, tetrüül, oksogeen;
- Keskmine võimsus: TNT, meliniit, plastiid;
- Vähendatud võimsus: ammooniumnitraadil põhinevad lõhkeained.
Mida suurem on lõhkeainete plahvatusohtlikkus, seda parem see hävitab pommi või mürsu keha, annab killule rohkem energiat ja loob võimsama lööklaine.
Lõhkeainete mitte vähem tähtis omadus on selle plahvatusohtlikkus. See on ükskõik millise lõhkeaine kõige levinum omadus, mis näitab, kuidas see või lõhkeaine on hävitav. Plahvatuslikkus sõltub otseselt plahvatuse käigus tekkivate gaaside kogusest. Tuleb märkida, et suur plahvatusohtlikkus ja suur plahvatusohtlikkus ei ole tavaliselt üksteisega seotud.
Kõrge plahvatusohtlikkus ja lõhkamine määravad kindlaks, mida me nimetame plahvatuse jõuks või jõuks. Kuid erinevatel eesmärkidel on vaja valida sobivad lõhkeainete tüübid. Brizantnosti on väga oluline koorikute, kaevanduste ja õhupommide jaoks, kuid märkimisväärse plahvatusohtlikkusega lõhkeained on kaevandamiseks sobivamad. Praktikas on lõhkeainete valik palju keerulisem ja õige lõhkeaine valimiseks tuleb arvesse võtta kõiki selle omadusi.
Erinevate lõhkeainete võimsuse määramiseks on üldtunnustatud meetod. See on nn TNT-ekvivalent, kui TNT võimsus on tavapäraselt üks. Seda meetodit kasutades võib arvutada, et 125 g trotüüli võimsus on võrdne 100 g RDX ja 150 g ammoniitiga.
Teine oluline lõhkeainete omadus on nende tundlikkus. Selle määrab kindlaks lõhkematerjali plahvatuse tõenäosus konkreetse teguriga kokkupuutumisel. Lõhkeainete tootmise ja ladustamise ohutus sõltub sellest parameetrist.
Et paremini näidata, kui oluline on see plahvatusohtlik omadus, võime öelda, et ameeriklased on loonud lõhkeainete tundlikkuse jaoks spetsiaalse standardi (STANAG 4439). Ja nad pidid seda tegema mitte heast elust, kuid pärast mitmeid äärmiselt tõsiseid õnnetusi: 33 inimest tapeti Ameerika Bien-Ho õhujõudude baasil Vietnamis, umbes 80 lennukit vigastati Forrestali lennukikandja plahvatuste tagajärjel ja pärast õhusõiduki pardal "Oriskani" (1966) detonatsiooni. Nii et mitte ainult võimsad lõhkeained on head, vaid plahvatavad täpselt õigel hetkel - mitte kunagi enam.
Kõik kaasaegsed lõhkeained on kas keemilised ühendid või mehaanilised segud. Esimesse rühma kuuluvad heksogeen, trotüül, nitroglütseriin, pikriinhape. Keemilised lõhkeained saadakse reeglina erinevate süsivesinike nitreerimisega, mis viib lämmastiku ja hapniku sisseviimise oma molekulidesse. Teine rühm - ammooniumnitraadi lõhkeained. Sellist tüüpi lõhkeainete koostis sisaldab tavaliselt hapnikku ja süsinikku sisaldavaid aineid. Plahvatuse temperatuuri tõstmiseks segus lisatakse sageli metallide pulbrid: alumiinium, berüllium, magneesium.
Lisaks kõigile ülaltoodud omadustele peaks iga lõhkeaine olema keemiliselt vastupidav ja sobiv pikaajaliseks ladustamiseks. Viimase sajandi 80-ndatel aastatel olid Hiina võimelised sünteesima kõige võimsamad lõhkeained - tritsükliline uurea. Selle võimsus ületas trotüüli kakskümmend korda. Probleem oli selles, et mõni päev pärast tootmist lagunes ja muutus aine lima, mis ei sobi edasiseks kasutamiseks.
Lõhkeainete klassifikatsioon
Plahvatusohtlikud omadused jagunevad lõhkeaineteks:
- Algatamine. Neid kasutatakse teiste lõhkeainete plahvatamiseks. Selles rühmas on lõhkeainete peamised erinevused kõrge tundlikkus algustegurite ja kõrge detonatsioonikiiruse suhtes. Sellesse rühma kuuluvad: plahvatusohtlik elavhõbe, diasodinitrofenool, plii trinitrosorsiin ja teised. Reeglina kasutatakse neid ühendeid praimerites, süütetorudes, detonaatorikapslites, squibides, enesevigastuses;
- Lõhkeainete lõhkamine. Sellist tüüpi lõhkeainel on märkimisväärne brissioonitase ja seda kasutatakse peamise laenguna enamiku laskemoona jaoks. Need võimsad lõhkeained erinevad nende keemilisest koostisest (N-nitramiinid, nitraadid, muud nitroühendid). Mõnikord kasutatakse neid erinevate segude kujul. Kaevandamisel, tunnelite paigaldamisel ja muude inseneritööde teostamisel kasutatakse ka lõhkeainete lõhkeaineid;
- Lõhkeainete viskamine. Need on energiaallikad mürskude, kaevanduste, kuulide, granaatide ja rakettide liikumiseks. Pulber ja mitmesugused raketikütuse tüübid kuuluvad sellesse lõhkeainete klassi;
- Pürotehnilised kompositsioonid. Kasutatakse spetsiaalsete laskemoona varustamiseks. Põletamisel tekitavad nad konkreetset mõju: valgustavad, signaalivad, süütavad.
Lõhkeained jagatakse ka nende füüsilise olekuga järgmiselt:
- Vedelik. Näiteks, nitroglükool, nitroglütseriin, etüülnitraat. Samuti on erinevaid vedelaid lõhkeainete segusid (panklastiit, Sprengeli lõhkeained);
- Gaasilised;
- Geelitaoline. Kui te lahustate nitrotselluloosi nitroglütseriinis, siis saad nn lõhkeainet. See on äärmiselt ebastabiilne, kuid pigem võimas plahvatusohtlik geelitaoline aine. XIX sajandi lõpus kasutas teda Vene revolutsioonilised terroristid;
- Peatamised. Üsna suur rühma lõhkeaineid, mida tänapäeval kasutatakse tööstuslikuks otstarbeks. Plahvatusohtlikud suspensioonid on erinevad, milles plahvatusohtlik või oksüdeeriv aine on vedelik;
- Emulsiooni lõhkeained. Väga populaarne lõhkeainete tüüp nendel päevadel. Sageli kasutatakse ehitus- või kaevandustöödes;
- Tahke. Kõige tavalisem lõhkeainete rühm. See hõlmab peaaegu kõiki sõjalistes küsimustes kasutatavaid lõhkeaineid. Võib olla monoliitne (trotüül), granuleeritud või pulbristatud (heksogeen);
- Plastist. Sellel lõhkeainete rühmal on plastilisus. Sellised lõhkeained on tavalisest kallimad, nii et neid kasutatakse harva laskemoona varustamiseks. Selle rühma tüüpiline esindaja on plastiid (või plastid). Seda kasutatakse sageli sabotaaži ajal struktuuride kahjustamiseks. Oma kompositsiooni järgi on plastiid RDX ja mis tahes plastifikaatori segu;
- Elastne.
Mõned lõhkeainete ajalugu
Esimene inimkonna poolt leiutatud lõhkeaine oli must pulber. Arvatakse, et see leiutati Hiinas juba VII sajandil. Siiski ei ole veel leitud usaldusväärseid tõendeid selle kohta. Üldiselt on pulbri ümber ja esimesed katsed kasutada seda palju müüte ja ilmselt fantastilisi lugusid.
Seal on iidsed hiina tekstid, mis kirjeldavad segusid, mis on koostises sarnased musta pulbriga. Neid kasutati nii ravimitena kui ka pürotehnilistel näidistel. Lisaks on mitmeid allikaid, mis väidavad, et järgnevatel sajanditel kasutas Hiina aktiivselt püssirohtu rakettide, kaevanduste, granaatide ja isegi leegiheitjate valmistamiseks. Tõsi, selle iidse tulirelva teatud tüüpide illustratsioonid seavad kahtluse alla selle praktilise rakendamise võimaluse.
Juba enne, kui Euroopa pulber hakkas kasutama "Kreeka tulekahju" - süttivat lõhkeainet, on see retsept, mis kahjuks pole jõudnud meie päevani. "Kreeka tulekahju" oli tuleohtlik segu, mis mitte ainult ei kustunud veega, vaid isegi muutis selle veelgi süttivamaks. See lõhkeaine leiutas Bütsantsi poolt, nad kasutasid aktiivselt "kreeka tuld" nii maal kui ka merelistel lahingutel ning hoidsid oma retsepti rangelt salajas. Kaasaegsed eksperdid usuvad, et see segu sisaldas õli, tõrva, väävlit ja lubjakivi.
Püssirohi ilmus Euroopas esmakordselt 13. sajandi keskel ja pole veel teada, kuidas see mandrile jõudis. Euroopa püssirohu leiutajate hulgas on sageli mainitud munk Berthold Schwartzi ja inglise teadlase Roger Baconi nimesid, kuigi ajaloolastel pole ühist arvamust. Ühe versiooni kohaselt tulid Euroopasse Indiast ja Lähis-Idast Hiinas leiutatud püssiroht. Igatahes, juba XIII sajandil teadsid eurooplased püssirohust ja isegi üritasid seda kristalset lõhkeainet kaevanduste ja primitiivsete tulirelvade jaoks kasutada.
Paljude sajandite jooksul jäi püssirohu ainus lõhkeainete liik, mida inimene teadis ja kasutas. Ainuüksi XVIII-XIX sajandi omakorda, tänu keemia ja teiste loodusteaduste arengule, saavutas lõhkeainete areng uusi kõrgusi.
18. sajandi lõpus ilmus tänu prantsuse keemikutele Lavoisierile ja Bertholletile nn kloraatpulber. Samal ajal leiutati "plahvatusohtlik hõbe", aga ka pikriinhape, mida tulevikus kasutati suurtükiväe korpuste varustamiseks.
Aastal 1799 leidis inglise keemia Howard "elavhõbedat", mida kasutatakse praimerites endiselt plahvatusvahendina. 19. sajandi alguses saadi püroksüüliin - lõhkeaine, mida ei olnud võimalik kasutada ainult kestade varustamiseks, vaid ka sellest, et sellest suitsuvaba pulber oleks.
1847. aastal sünteesiti kõigepealt nitroglütseriin, kuid see lõhkeaine oli liiga ebastabiilne ja ohtlik tootmiseks ja ladustamiseks. Veidi hiljem lahendas selle probleemi osaliselt kuulus Alfred Nobel, kes tegi ettepaneku segada nitroglütseriini saviga. Nii et see osutus dünamiidiks. See on võimas lõhkeaine, kuid see on väga tundlik. Esimese maailmasõja ajal püüdis dünamiit mürskusid varustada, kuid see idee jäeti kiiresti maha. Dynamite kasutati kaevandamisel pikka aega, kuid tänapäeval ei ole seda lõhkeainet pikka aega toodetud.
1863. aastal avastasid Saksa teadlased TNT ja 1891. aastal algas Saksamaal selle lõhkeaine tööstuslik tootmine. Aastal 1897 sünteesis Saksa keemik Lentse heksogeen - üks meie võimsamaid ja ühiseid lõhkeaineid.
Uute lõhkeainete ja lõhkeseadmete arendamine jätkus kogu viimase sajandi vältel ning tänapäeval jätkatakse uurimistööd.
1942. aastal sai Ameerika keemik Bachmann uuele lõhkeainele sarnase heksogeeni, kuid palju võimsam kui tema. Uus lõhkeaine sai nimega oktogeeni, mille efektiivsus on üks kilogramm sellest lõhkeainest neli kilogrammi TNT-d.
60-ndatel aastatel pakkus Ameerika ettevõte EXCOA Pentagonile uut hüdrasiinipõhist lõhkeainet, mis väidetavalt oli 20 korda võimsam kui TNT. Kuid sellel lõhkeainel oli üks märgatav miinus - mahajäetud jaama tualeti absoluutselt vastik lõhn. Audit näitas, et uue aine võimsus ületab TNT vaid 2-3 korda ja otsustas seda mitte kasutada. Pärast seda tegi EXCOA ettepaneku lõhkeaine kasutamiseks veel üks viis: tehke kaevikud sellega koos.
Aine trickled maapinnale ja seejärel plahvatas. Seega oli mõne sekundi jooksul võimalik saada täisprofiilse kraavi ilma täiendavate pingutusteta. Mitmed lõhkeainete komplektid saadeti Vietnamis võitlusolude katsetamiseks. Selle loo lõpp oli naljakas: plahvatusest saadud kraavidel oli nii vastik lõhn, et sõdurid keeldusid neis olevatest.
80ndate lõpus töötasid ameeriklased välja uue lõhkeaine - CL-20. Mõningate meediaaruannete kohaselt on selle võimsus peaaegu kakskümmend korda kõrgem kui TNT. Kuid tänu oma kõrgele hinnale (1300 USA dollarit 1 kg kohta) ei alustatud kunagi uute lõhkeainete ulatuslikku tootmist.
