Процесс передачи энергии сжатием называется детонацией, и протекает он значительно быстрее, чем мы его описываем. Человеческому глазу кажется, что любой заряд взрывается мгновенно во всем объеме — каким бы большим он ни был. Но теперь мы знаем, что на самом деле это не так. Пусть это время мало, но оно все же существует. Для специалистов скорость детонации имеет огромное значение и является одной из важнейших характеристик взрывчатого вещества. Например, для тротила она равна 5800, для нитроглицерина— 7650, для аммиачной селитры «всего» 1800 метров в секунду. Чем выше скорость детонации, тем ярче проявляется дробящая способность взрывчатого вещества.
Интересно задуматься над тем, как измеряют такие космические скорости. Казалось бы, для этого должны применяться чрезвычайно сложные приборы, до самого верху начиненные электроникой и прочими сверхчувствительными устройствами. Но скорость детонации понадобилось определять много раньше, чем наступил наш электронный век, и потому прибор, изобретенный для этой цели, оказался очень простым и остроумным (его описание дает ГОСТ 3250—58). Вообще же измерять параметры взрыва очень нелегко. Даже если и удастся сконструировать приспособления, способные определить температуру в несколько тысяч градусов и давление в несколько сот тысяч атмосфер, то как сделать, чтобы при измерении такие приборы не разбились всмятку или вообще не испарились? Другая трудность состоит в том, что все это совершается слишком уж быстро. «В мгновение ока»,— нет, даже в десятки раз быстрее— происходят такие резкие скачки температур и давлений в разных точках среды, что записать картину взрыва с помощью приборов — задача фантастической трудности. Вот почему ученые, которые «всего-навсего» разрабатывают методы изучения показателей взрыва, заслуживают уважения не меньше, чем изобретатели пороха.
Механизм взрыва бризантных (дробящих) и метательных веществ (порохов) неодинаков. Мы и про порох, и про тротил говорим, что они «взрываются». Специалист же скажет, что порох «горит», а тротил «детонирует». Поэтому и действие этих видов взрывчатых веществ различно. В отличие от бризантных веществ порох не детонирует, не взрывается почти мгновенно во всем объеме, а горит только на поверхности, параллельными слоями. Постепенно образующиеся дымовые газы выталкивают мину или пулю из ствола оружия, не дробя его на куски. Правда, «постепенность» эта относительна — время горения порохов измеряется сотыми долями секунды, но все же его нельзя сравнить с продолжительностью взрыва дробящих веществ, составляющей миллионные доли секунды.
Таков, в общих чертах, вклад, который внес Бертло в учение о взрыве и взрывчатых веществах. Разумеется, французский исследователь смог только наметить основы теории взрыва, но не разработать ее во всех деталях. Дальнейшее развитие наука о взрыве получила главным образом в трудах русских и советских ученых. Теория детонации была рассмотрена еще в 1891 году В. А. Михельсоном и развита в дальнейшем Л. Д. Ландау, Я. Б. Зельдовичем, К. И. Станюковичем. Значительных успехов в изучении физики взрыва достигли М. А. Лаврентьев и его школа. Совершенно новое понимание сущности взрыва возникло после основополагающих работ выдающегося советского ученого Н. Н. Семенова.
Николай Николаевич Семенов получил образование на физико-математическом факультете Новороссийского университета в Одессе (ныне Одесский государственный университет им. И. И. Мечникова). В двадцатые годы он вместе с академиком А. Ф. Иоффе был одним из основателей и руководителей знаменитого Физико-технического института, от которого ведут свое начало многочисленные научные школы и направления, прославившиеся во всем мире. В 1931 году он возглавил вновь созданный Институт химической физики АН СССР, бессменным руководителем которого является до сих пор. В 1932 году он был избран в Академию наук СССР.
Наибольшей известностью пользуются работы Н. Н. Семенова в области химической кинетики — науки о скоростях и механизмах химических реакций. Из скромных внешне опытов по окислению серы и фосфора выросла его замечательная теория цепных реакций, позволившая объяснить многие особенности и химических превращений, и горения, и взрыва, и ядерных реакций, и биологических процессов. В 1928 году появилась классическая статья Семенова «К теории процессов горения», в которой впервые было дано стройное изложение основ новой теории. Эти воззрения получили обобщение в книге «Цепные реакции», появившейся в 1934 году я немедленно переведенной на английский язык. В 1956 году за выдающиеся успехи в области химической кинетики, в особенности за разработку теории цепных реакций, Н. Н. Семенов вместе с английским ученым Сирилом Хиншельвудом был удостоен Нобелевской премии.
Теория горения и взрыва — самостоятельная отрасль химической кинетики, имеющая лишь косвенное отношение к теории цепных реакций.
Казалось бы, за десятки тысяч лет, прошедших со времени приручения огня и его широчайшего применения в технике и повседневной жизни, человек должен был изучить сущность горения до мельчайших подробностей. Но обстоятельства сложились так, что о самом древнем союзнике человека мы знаем меньше, чем, например, об электричестве или радиоволнах. На этот парадокс обратил внимание и Семенов:
«В науке об огне мы нередко становимся в тупик перед самыми простыми явлениями. Рациональная конструкция двигателя внутреннего сгорания и даже топки котла встречает больше затруднений, чем конструкция самой сложной динамо-машины или радиоприемника. И по сие время в вопросах, связанных с огнем, мы очень часто должны, уподобившись нашим первобытным предкам, использовать в большей степени примитивный опыт и чутье, нежели рациональное научное знание предмета».
Столетиями пылал огонь на алтаре науки, много жертв было принесено ему учеными разных веков и народов, и все же до самого последнего времени не было ясного понимания этого «простого» явления — горения. И только «всестороннее рассмотрение химических, физических и механических сторон явления в их взаимосвязи с учетом обратных связей позволило сравнительно небольшому коллективу сотрудников Института химической физики... заложить основы современной теории горения и взрывов газов и взрывчатых веществ».
В разработке новой теории Семенов исходил из того, что «всякое горение или взрыв есть прежде всего химическая реакция... Поэтому все явления горения тесно связаны с представлениями и законами химической кинетики, и прежде всего — со скоростью химической Реакции, протекающей в неизотермических условиях (т. е. при неодинаковой температуре)». Количественная теория теплового взрыва была разработана Семеновым еще в 1928 году в упоминавшейся уже статье «К теории процессов горения». В последующее десятилетие он дал математическую формулировку самовоспламенения — возникновения тепловой самоускоряющейся лавины. Тогда же были установлены закономерности распространения пламени и взрывной волны.
Классическая теория детонации Бертло не учитывала кинетику взрывных реакций и не могла поэтому объяснить некоторых важных свойств взрывчатых веществ. Вот один простейший пример. По теории детонации упругие волны сжатия должны лучше всего распространяться в плотных сплошных телах. Между тем известно, что порошкообразные взрывчатки значительно чувствительнее к взрыву, чем литые или прессованные. Даже одно из самых легковзрывающихся веществ — гремучая., ртуть, если ее сильно спрессовать, при поджигании не детонирует, а спокойно сгорает. Исследованиями советского нобелевского лауреата и его школы было установлено, что «во многих случаях детонация взрывчатых веществ происходит не из-за детонационной волны, а в результате поджигания впереди лежащих крупинок вещества раскаленными газами, появляющимися от сжигания предыдущих».
Сотрудники Института химической физики Ю. Б. Харитон и А. Ф. Беляев поместили в глубоком вакууме над расстоянии сорока сантиметров друг от друга две крошечные крупинки азида свинца и взорвали одну из них. Из-за отсутствия воздуха и всякой другой материальной среды передача энергии взрыва детонацией не могла, иметь места. Тем не менее второе зернышко азида свинца взорвалось практически одновременно с первым. Выяснилось, что взрыв второй крупинки произошел от удара мельчайших осколков первой крупинки, весивших всего около одной стомиллионной миллиграмма.
