Večino zgodovine je človek uporabil vse vrste hladnih orožij, da bi uničil svojo lastno vrsto, od enostavne kamnite sekire, do zelo naprednih in težko kovinskih orodij. Okoli XI-XII stoletja v Evropi začel uporabljati pištole, in tako človeštvo seznanili z najpomembnejšimi eksplozivnih - črni prah.
To je bil prelomni trenutek v vojaški zgodovini, čeprav je za strelno orožje potrebovalo približno osem stoletij, da je popolnoma iztisnilo ostro jeklo z bojišč. Vzporedno z napredkom topov in minometov so se razvili eksplozivi - ne samo smodnika, temveč tudi vse vrste kompozicij za topniške školjke ali mine. Razvoj novih eksplozivov in eksplozivnih naprav se nadaljuje aktivno tudi v naših dneh.
Danes je znanih več deset eksplozivov. Poleg vojaških potreb se v rudarstvu aktivno uporabljajo eksplozivi, gradnja cest in predorov. Vendar, preden govorimo o glavnih skupinah eksplozivov, je treba podrobneje omeniti procese, ki se pojavljajo med eksplozijo in razumeti načelo delovanja eksplozivov (HE).
Eksplozivi: kaj je to?
Eksplozivi so velika skupina kemičnih spojin ali mešanic, ki so pod vplivom zunanjih dejavnikov sposobne hitre, samozadostne in nekontrolirane reakcije z sproščanjem velikih količin energije. Preprosto povedano, kemična eksplozija je proces pretvorbe energije molekularnih vezi v toplotno energijo. Običajno je posledica velike količine vročih plinov, ki opravljajo mehanska dela (drobljenje, uničevanje, premikanje itd.).
Razvrstitev eksplozivov je precej zapletena in zmedena. Eksplozivi vključujejo snovi, ki se ne razgradijo le v procesu eksplozije (detonacije), temveč tudi zaradi počasnega ali hitrega sežiganja. Slednja skupina vključuje smodnika in različne vrste pirotehničnih mešanic.
Na splošno so koncepti "detonacije" in "deflagracije" (gorenja) ključni za razumevanje procesov kemične eksplozije.
Detonacija je hitro (nadzvočno) širjenje kompresijske fronte s spremljajočo eksotermno reakcijo v eksplozivu. V tem primeru se kemijske transformacije izvajajo tako hitro in tako se sprosti takšna količina toplotne energije in plinastih produktov, da se v snovi oblikuje udarni val. Detonacija je proces najhitrejšega vmešavanja snovi v kemično eksplozijsko reakcijo.
Deflagracija ali zgorevanje je vrsta redoks kemijske reakcije, pri kateri se njegova fronta premika v snovi zaradi običajnega prenosa toplote. Takšne reakcije so vsem znane in jih pogosto najdemo v vsakdanjem življenju.
Zanimivo je, da energija, ki se sprosti med eksplozijo, ni tako velika. Na primer, ko se detonira 1 kg trotila, se sprosti večkrat manj kot takrat, ko se zažge 1 kg premoga. Vendar pa se z eksplozijo pojavi milijone krat hitreje, vsa energija se sprosti skoraj takoj.
Treba je opozoriti, da je hitrost širjenja detonacije najpomembnejša značilnost eksploziva. Višja kot je, učinkovitejši je eksplozivni naboj.
Za začetek postopka kemične eksplozije je potreben zunanji dejavnik, ki je lahko več vrst:
- mehanski (punkcija, udar, trenje);
- kemikalija (reakcija snovi z eksplozivnim nabojem);
- zunanja eksplozija (eksplozija v bližini eksploziva);
- toplota (plamen, toplota, iskra).
Opozoriti je treba, da imajo različne vrste eksplozivov različno občutljivost na zunanje vplive.
Nekateri od njih (na primer črni prah) se dobro odzivajo na toplotne učinke, vendar se hkrati praktično ne odzivajo na mehanske in kemične. Da bi detonirali TNT, je potreben le detonacijski učinek. Grobo živo srebro se burno odzove na kakršnekoli zunanje dražljaje, in tam so eksplozivi, ki eksplodirajo brez kakršnega koli zunanjega vpliva. Praktična uporaba takšnih "eksplozivnih" eksplozivov je preprosto nemogoča.
Glavne lastnosti eksplozivov
Glavni so:
- temperatura proizvodov eksplozije;
- toplota eksplozije;
- hitrost detonacije;
- brizantnost;
- eksplozivnosti.
Zadnji dve točki je treba obravnavati ločeno. Blasting eksplozivi - to je njegova sposobnost, da uniči okoliško okolje (kamen, kovina, les). Ta značilnost je v veliki meri odvisna od fizičnega stanja, v katerem se nahaja eksploziv (stopnja mletja, gostota, enakomernost). Brisance je odvisen od hitrosti eksplozije eksploziva - višja je, bolje eksplozijo lahko zdrobimo in uničimo okoliške predmete.
Razstreliva se običajno uporabljajo za opremljanje topniških školjk, bomb, min, torpedov, granat in drugega streliva. Ta vrsta eksploziva je manj občutljiva na zunanje dejavnike, zunanja eksplozija pa je potrebna za ogrožanje takšnega nabora eksploziva. Glede na njihovo uničujočo moč se razstreliva razdelijo na:
- Povečana moč: heksogen, tetril, oksogen;
- Srednja moč: TNT, melinit, plastid;
- Zmanjšana moč: eksplozivi na osnovi amonijevega nitrata.
Čim višja je eksplozivnost eksplozivov, tem bolje bo uničila telo bombe ali projektila, dala fragmentu več energije in ustvarila močnejši udarni val.
Nič manj pomembna lastnost eksplozivov je njegova eksplozivnost. To je najpogostejša značilnost vsakega eksploziva, kaže, kako ima ta ali tisti eksploziv destruktivno sposobnost. Eksplozivnost je neposredno odvisna od količine plinov, ki nastanejo med eksplozijo. Opozoriti je treba, da visoka eksplozivnost in visoka eksplozivnost praviloma nista povezani.
Visoka eksplozivnost in peskanje določata, kaj imenujemo moč ali sila eksplozije. Vendar je treba za različne namene izbrati ustrezne vrste eksplozivov. Brizantnosti so zelo pomembne za lupine, mine in zračne bombe, vendar so eksplozivi z visoko stopnjo eksplozivnosti primernejši za rudarstvo. V praksi je izbor eksplozivov veliko bolj zapleten, zato je treba za izbiro pravega eksploziva upoštevati vse njegove značilnosti.
Obstaja splošno sprejeta metoda za določanje moči različnih eksplozivov. To je tako imenovani TNT ekvivalent, ko je moč TNT običajno vzeta kot ena. S to metodo lahko izračunamo, da je moč 125 g trotila enaka 100 g RDX in 150 g amonita.
Druga pomembna značilnost eksplozivov je njihova občutljivost. Določa se z verjetnostjo eksplozije eksploziva, kadar je izpostavljen določenemu faktorju. Varnost proizvodnje in skladiščenja eksplozivov je odvisna od tega parametra.
Da bi bolje prikazali, kako pomembna je ta eksplozivna značilnost, lahko rečemo, da so Američani razvili poseben standard (STANAG 4439) za občutljivost eksplozivov. In niso morali iti iz dobrega življenja, ampak po vrsti zelo hudih nesreč: 33 ljudi je bilo ubitih med eksplozijo na ameriški letalski bazi Bien-Ho v Vietnamu, okrog 80 letal je bilo poškodovanih zaradi eksplozij letalskega prevoznika Forrestal in po detonaciji letala na letalskem nosilcu "Oriskani" (1966). Torej so ne le močni eksplozivi dobri, temveč detonirajoči točno v pravem trenutku - nikoli več.
Vsi sodobni eksplozivi so kemične spojine ali mehanske zmesi. Prva skupina vključuje heksogen, trotil, nitroglicerin, pikrinsko kislino. Kemični eksplozivi se praviloma pridobijo z nitriranjem različnih vrst ogljikovodikov, kar vodi v vnos dušika in kisika v njihove molekule. Drugi skupini - eksplozivi amonijevega nitrata. Sestava eksplozivov te vrste običajno vključuje snovi, bogate s kisikom in ogljikom. Za povečanje temperature eksplozije v mešanici so pogosto dodani praški kovin: aluminij, berilij, magnezij.
Poleg vseh zgoraj navedenih lastnosti mora biti vsak eksploziv kemično odporen in primeren za dolgoročno skladiščenje. V osemdesetih letih prejšnjega stoletja so Kitajci lahko sintetizirali najmočnejše eksplozivne snovi - triciklično sečnino. Njena moč je dvajsetkrat presegla trotyl. Težava je bila, da se je nekaj dni po proizvodnji snov razgradila in spremenila v sluz, neprimerna za nadaljnjo uporabo.
Razvrstitev eksplozivov
Po eksplozivnih lastnostih se eksplozivi delijo na:
- Začetek. Uporabljajo se za eksplozijo drugih eksplozivov. Glavne razlike v eksplozivih v tej skupini so visoka občutljivost na začetne faktorje in visoka stopnja detonacije. Ta skupina vključuje: eksplozivno živo srebro, diazodinitrofenol, svinčev trinitrosorcinat in druge. Praviloma se te spojine uporabljajo v temeljnih premazih, vžigalnih ceveh, detonatorskih kapsulah, škrobih, samomočilnicah;
- Razstreliva. Ta vrsta eksploziva ima pomembno stopnjo brisance in se uporablja kot glavna obremenitev za veliko večino streliva. Ti močni eksplozivi se razlikujejo po kemijski sestavi (N-nitramini, nitrati, druge nitro spojine). Včasih se uporabljajo v obliki različnih mešanic. Tudi eksplozivni eksplozivi se aktivno uporabljajo v rudarstvu, pri polaganju predorov in pri izvajanju drugih inženirskih del;
- Metanje eksplozivov. So vir energije za metanje izstrelkov, rudnikov, krogel, granat, pa tudi za premikanje raket. Prah in različne vrste raketnega goriva spadajo v ta razred eksplozivov;
- Pirotehnične sestavine. Uporablja se za opremljanje posebnega streliva. Pri sežiganju povzročajo poseben učinek: osvetljevanje, signalizacija, vžigalnik.
Eksplozive delimo tudi s svojim fizikalnim stanjem na:
- Tekočina. Nitroglikol, nitroglicerin, etil nitrat. Obstajajo tudi različne tekoče mešanice eksplozivov (panklastit, Sprengel eksplozivi);
- Plinasto;
- Gel podoben. Če v nitroglicerinu raztopite nitrocelulozo, dobite ti eksplozivni žele. To je izjemno nestabilna, vendar močna eksplozivna gelno podobna snov. Uporabili so ga ruski revolucionarji-teroristi konec XIX. Stoletja;
- Začasne prekinitve. Precej obsežna skupina eksplozivov, ki se danes uporabljajo v industrijske namene. Obstajajo različne vrste eksplozivnih suspenzij, pri katerih je eksploziv ali oksidant tekoči medij;
- Emulzijski eksplozivi. Danes je zelo priljubljena vrsta eksploziva. Pogosto se uporablja pri gradbenih ali rudarskih delih;
- Trdna. Najpogostejša skupina eksplozivov. Vključuje skoraj vse eksplozive, ki se uporabljajo v vojaških zadevah. Lahko je monoliten (trotyl), zrnat ali v prahu (heksogen);
- Plastika. Ta skupina eksplozivov ima plastičnost. Takšni eksplozivi so dražji od običajnih, zato se redko uporabljajo za opremljanje streliva. Tipičen predstavnik te skupine je plastid (ali plastid). Pogosto se med sabotažo uporablja za spodkopavanje struktur. Plastid je po svoji sestavi mešanica RDX in kakršnega koli mehčala;
- Elastična.
Nekaj zgodovine eksplozivov
Prva eksplozivna snov, ki jo je izumil človeštvo, je bil črni prah. Domneva se, da je bila izumljena na Kitajskem že v VII. Vendar pa zanesljivi dokazi o tem še niso bili ugotovljeni. Na splošno okoli prahu in prvi poskusi, da ga uporabljajo ustvarili veliko mitov in očitno fantastične zgodbe.
Obstajajo starodavna kitajska besedila, ki opisujejo mešanice, ki so po sestavi podobne črnemu prahu. Uporabljali so jih kot zdravila, kot tudi za pirotehnične predstave. Poleg tega obstajajo številni viri, ki trdijo, da so Kitajci v naslednjih stoletjih aktivno uporabljali smodnik za izdelavo raket, rudnikov, granat in celo plamenov. Res je, da ilustracije nekaterih vrst tega starodavnega strelnega orožja vzbujajo dvom o možnosti njegove praktične uporabe.
Še preden je prašek v Evropi začel uporabljati "grški ogenj" - gorljivi eksploziv, recept, ki žal ni dosegel naših dni. "Grški požar" je bila vnetljiva mešanica, ki se ni le pogasila z vodo, ampak je celo postala v stiku z njim še bolj vnetljiva. Ta eksploziv so izumili bizantinci, aktivno so uporabili "grški ogenj" tako na kopnem kot v morskih bitkah in svoj recept ohranili v strogi skrivnosti. Sodobni strokovnjaki menijo, da je ta mešanica vključevala olje, katran, žveplo in živo apno.
Smodnik se je prvič pojavil v Evropi okoli sredine 13. stoletja in še vedno ni znano, kako je prišlo na celino. Med evropskimi izumitelji smodnika se pogosto omenjajo imena meniha Bertholda Schwartza in angleškega znanstvenika Rogerja Bacona, čeprav zgodovinarji nimajo skupnega mnenja. Po eni od različic je smodnik, izumljen na Kitajskem, preko Indije in Bližnjega vzhoda, prišel v Evropo. Kakorkoli že, že v XIII stoletju so Evropejci vedeli za smodnik in celo poskušali uporabiti ta kristalni eksploziv za rudnike in primitivno strelno orožje.
Več stoletij je bil smodnik edina vrsta eksplozivov, ki jih je človek poznal in uporabil. Šele na prelomu XVIII-XIX stoletja je razvoj eksplozivov zaradi razvoja kemije in drugih naravoslovnih znanosti dosegel nove višine.
Konec 18. stoletja se je po zaslugi francoskih kemikov Lavoisierja in Bertholleta pojavil tako imenovani kloratni prah. Hkrati je bilo izumljeno "eksplozivno srebro", kot tudi pikrinska kislina, ki se je v prihodnosti uporabljala za opremljanje topniških lupin.
Leta 1799 je angleški kemik Howard našel "ropotajoče živo srebro", ki se še vedno uporablja v premazih kot začetni eksploziv. V začetku 19. stoletja je bil pridobljen piroksilin - eksploziv, ki ga ni bilo mogoče uporabiti samo za opremljanje školjk, temveč tudi za izdelavo brezdimnega prahu iz njega.
Leta 1847 je bil najprej sintetiziran nitroglicerin, vendar se je ta eksploziv izkazal za preveč nestabilen in nevaren za proizvodnjo in skladiščenje. Malo kasneje je ta problem delno rešil slavni Alfred Nobel, ki je predlagal mešanje nitroglicirina s glino. Tako se je izkazalo, dinamit. To je močan eksploziv, vendar je zelo občutljiv. Med prvo svetovno vojno je dinamit poskušal opremiti projektile, vendar se je ta ideja hitro opustila. Dinamit se je dolgo uporabljal v rudarstvu, danes pa se ta eksploziv že dolgo ne proizvaja.
Leta 1863 so nemški znanstveniki odkrili TNT, leta 1891 pa se je v Nemčiji začela industrijska proizvodnja tega eksploziva. Leta 1897 je nemški kemik Lentse sintetiziral heksogen - eno najmočnejših in najpogostejših eksplozivov v našem času.
Razvoj novih eksplozivov in eksplozivnih naprav se je nadaljeval v preteklem stoletju, raziskave v tej smeri pa se nadaljujejo tudi danes.
Leta 1942 je ameriški kemik Bachmann prejel nov eksploziv, podoben heksogenu, vendar veliko močnejši od njega. Novi eksploziv je dobil ime oktogen, po svoji učinkovitosti pa je en kilogram tega eksploziva enak 4 kilogramom TNT.
Ameriško podjetje EXCOA je v šestdesetih letih ponudilo Pentagonu nov eksploziv na osnovi hidrazina, ki naj bi bil 20-krat močnejši od TNT. Toda ta eksploziv je imel en viden minus - popolnoma neprijeten vonj zapuščenega postajališča. Revizija je pokazala, da moč nove snovi presega TNT le 2-3 krat in se je odločila, da je ne bo uporabljala. Po tem je EXCOA predlagal še en način uporabe eksploziva: z njim naredite jarke.
Snov se je potopila na tla in nato eksplodirala. Tako je bilo v nekaj sekundah mogoče dobiti polni profil jarka brez dodatnega napora. V Vietnam je bilo poslanih več razstreliv za testiranje v bojnih pogojih. Konec te zgodbe je bil smešen: rovi, pridobljeni z eksplozijo, so imeli tako odvraten vonj, da vojaki niso hoteli biti v njih.
V poznih 80. letih so Američani razvili nov eksploziv - CL-20. Po nekaterih poročilih medijev je njena moč skoraj dvajsetkrat višja od TNT. Zaradi visoke cene (1.300 USD na 1 kg) pa se obsežna proizvodnja novih eksplozivov ni nikoli začela.
