Большая Советская Энциклопедия (ВЗ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 5

  Возможен иной процесс осуществления В., при котором химическое превращение распространяется по взрывчатому веществу последовательно от слоя к слою в виде волны. Движущийся с большой скоростью передний фронт такой волны представляет собой ударную волну — резкий (скачкообразный) переход вещества из исходного состояния в состояние с очень высокими давлением и температурой. Взрывчатое вещество, сжатое ударной волной, оказывается в состоянии, при котором химическое разложение протекает очень быстро. В результате область, в которой освобождается энергия, оказывается сосредоточенной в тонком слое, прилегающем к поверхности ударной волны. Выделение энергии обеспечивает сохранение высокого давления в ударной волне на постоянном уровне. Процесс химического превращения взрывчатого вещества, который вводится ударной волной и сопровождается быстрым выделением энергии, называется детонацией . Детонационные волны распространяются по взрывчатому веществу с очень большой скоростью, всегда превышающей скорость звука в исходном веществе. Например, скорости волн детонации в твёрдых взрывчатых веществах составляют несколько км/сек . Тонна твёрдого взрывчатого вещества может превратиться таким способом в плотный газ с очень высоким давлением за 10^-4сек . Давление в образующихся при этом газах достигает нескольких сотен тысяч атмосфер. Действие В. химического взрывчатого вещества может быть усилено в определённом направлении путём применения зарядов взрывчатого вещества специальной формы (см. Кумулятивный эффект ).

  К В., связанным с более фундаментальными превращениями веществ, относятся ядерные взрывы . При ядерном В. происходит превращение атомных ядер исходного вещества в ядра др. элементов, которое сопровождается освобождением энергии связи элементарных частиц (протонов и нейтронов), входящих в состав атомного ядра. Ядерный В. основан на способности определённых изотопов тяжёлых элементов урана или плутония к делению, при котором ядра исходного вещества распадаются, образуя ядра более лёгких элементов. При делении всех ядер, содержащихся в 50 г   урана или плутония, освобождается такое же количество энергии, как и при детонации 1000 т тринитротолуола. Это сравнение показывает, что ядерное превращение способно произвести В. огромной силы. Деление ядра атома урана или плутония может произойти в результате захвата ядром одного нейтрона. Существенно, что в результате деления возникает несколько новых нейтронов, каждый из которых может вызвать деление др. ядер. В результате число делений будет очень быстро нарастать (по закону геометрической прогрессии). Если принять, что при каждом акте деления число нейтронов, способных вызвать деление др. ядер, удваивается, то менее чем за 90 актов деления образуется такое количество нейтронов, которого достаточно для деления ядер, содержащихся в 100 кг урана или плутония. Время, необходимое для деления этого количества вещества, составит ~10^-6сек. Такой самоускоряющийся процесс называется цепной реакцией (см. Ядерные цепные реакции ). В действительности не все нейтроны, образующиеся при делении, вызывают деление др. ядер. Если общее количество делящегося вещества мало, то большая часть нейтронов будет выходить за пределы вещества, не вызывая деления. В делящемся веществе всегда имеется небольшое количество свободных нейтронов, однако, цепная реакция развивается лишь в том случае, когда число вновь образующихся нейтронов будет превышать число нейтронов, которые не производят деления. Такие условия создаются, когда масса делящегося вещества превосходит так называемую критическую массу . В. происходит при быстром соединении отдельных частей делящегося вещества (масса каждой части меньше критической) в одно целое с общей массой, превосходящей критическую массу, или при сильном сжатии, уменьшающем площадь поверхности вещества и тем самым уменьшающем количество выходящих наружу нейтронов. Для создания таких условий обычно используют В. химического взрывчатого вещества.

  Существует др. тип ядерной реакции — реакция синтеза лёгких ядер, сопровождающаяся выделением большого количества энергии. Силы отталкивания одноимённых электрических зарядов (все ядра имеют положительный электрический заряд) препятствуют протеканию реакции синтеза, поэтому для эффективного ядерного превращения такого типа ядра должны обладать высокой энергией. Такие условия могут быть созданы нагреванием веществ до очень высокой температуры. В связи с этим процесс синтеза, протекающий при высокой температуре, называют термоядерной реакцией . При синтезе ядер дейтерия (изотопа водорода ² H) освобождается почти в 3 раза больше энергии, чем при делении такой же массы урана. Необходимая для синтеза температура достигается при ядерном В. урана или плутония. Таким образом, если поместить в одном и том же устройстве делящееся вещество и изотопы водорода, то может быть осуществлена реакция синтеза, результатом которой будет В. огромной силы. Помимо мощной взрывной волны, ядерный В. сопровождается интенсивным испусканием света и проникающей радиации (см. Поражающие факторы ядерного взрыва ).

  В описанных выше типах В. освобожденная энергия содержалась первоначально в виде энергии молекулярной или ядерной связи в веществе. Существуют В., в которых выделяющаяся энергия подводится от внешнего источника. Примером такого В. может служить мощный электрический разряд в какой-либо среде. Электрическая энергия в разрядном промежутке выделяется в виде теплоты, превращая среду в ионизованный газ с высокими давлением и температурой. Аналогичное явление происходит при протекании мощного электрического тока по металлическому проводнику, если сила тока оказывается достаточной для быстрого превращения металлического проводника в пар. Явление В. возникает также при воздействии на вещество сфокусированного лазерного излучения (см. Лазер ). Как один из видов В. можно рассматривать процесс быстрого освобождения энергии, происходящий в результате внезапного разрушения оболочки, удерживавшей газ с высоким давлением (например, В. баллона со сжатым газом). В. может произойти при столкновении твёрдых тел, движущихся навстречу друг другу с большой скоростью. При столкновении кинетическая энергия тел переходит в теплоту в результате распространения по веществу мощной ударной волны, возникающей в момент столкновения. Скорости относительного сближения твёрдых тел, необходимые для того, чтобы в результате столкновения вещество полностью превратилось в пар, измеряются десятками км/сек , развивающиеся при этом давления составляют миллионы атмосфер.

  В природе происходит много различных явлений, которые сопровождаются В. Мощные электрические разряды в атмосфере во время грозы (молнии), внезапное извержение вулканов , падение на поверхность Земли крупных метеоритов представляют собой примеры различных видов В. В результате падения Тунгусского метеорита (1907) произошёл В., эквивалентный по количеству выделившейся энергии В. ~10⁷т тринитротолуола. По-видимому, ещё большее количество энергии освободилось в результате В. вулкана Кракатау (1883).

  Огромными по масштабу В. являются хромосферные вспышки на Солнце. Выделяющаяся при таких вспышках энергия достигает ~10¹⁷дж (для сравнения укажем, что при В. 10⁶т тринитротолуола выделилась бы энергия, равная 4,2·10¹⁵ дж ).

  Характер гигантских В., происходящих в космическом пространстве, имеют вспышки новых звёзд . При вспышках, по-видимому в течение нескольких часов, выделяется энергия 10³⁸ —10³⁹дж . Такая энергия излучается Солнцем за 10—100 тыс. лет. Наконец, ещё более гигантские В., выходящие далеко за пределы человеческого воображения, представляют собой вспышки сверхновых звёзд , при которых освобождающаяся энергия достигает ~ 10⁴³дж , и В. в ядрах ряда галактик, оценка энергии которых приводит к ~ 10⁵⁰дж .