В описании «Технология <Фтор» основанной на собственной теории прохождение быстрых химических реакции в зоне контакта внедряемого в броню пенетратора, между материалами брони, пенетратора и химически активными компонентами пенетратора, я озаботился о быстроте прохождения указанных реакций поскольку не имел понятия о реальных достижениях в этой области.
Для установления истины пришлось покопаться в Интернете.
В технологии «Фтор» я писал:
«:Реальны ли быстрые твердофазные химические реакции при давлениях (плотностных давления) в сотни тысяч атмосфер? Да реальны. Такие реакции абсолютно не исследованы.
Ранее исследовались только твердофазные реакции под давлением газа всего при давлениях инертного газа в сотни атмосфер (а не <плотностных» давлениях в десятки и сотни тысяч атмосфер, увеличивающих плотность, т.е. улучшающих контакт частиц взаимодействующих материалов).
Скорость распространения фронта реакции при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе даже при атмосферном давлении (СВС) достигает 20 см/c, т.е. скоростей горения бездымных порохов при атмосферном давлении.
При увеличении плотностных давлений в сотни тысяч раз следует ожидать увеличение скоростей СВС в тысячи раз...
Во всяком случае, отрицать возможность прохождения быстрых химических реакций в тонкопленочном выносящемся из каверны внедрения пенетратора слое, материалов находящихся в диспергированном состоянии при больших температурах и давлениях, не только в слое течения, но и в значительном объеме свободного пространства между стенками каверны и пенетратором, нельзя:.
Технологии «Фтор» естественно продукт чисто теоретических рассуждений, в духе темы диссертации вроде «Протекание быстрых твердофазных и малогазовых экзотермических реакций при кинетическом взаимодействии реакционных материалов»:>.
Вообще довольно трудно рассуждать о физических процессах относящихся к физике «Мегабарных давлений» не работая в данной области.
Тем не менее, задумав «реализацию быстрых твердофазных химических реакций» при больших давлениях>, я продолжал искать дальше, в результате чего вышел на словосочетание «безгазовая детонация», или «твердофазная детонация».
Оказалось, что данная тема уже давно служит источником «кормления» многочисленных «околовоенных» научно-физических учреждений России.
На «безгазовой детонации» кормятся многочисленные научные группы России вплоть до академических. Естественно с практически нулевыми результатами.
Более того, судя по ничтожному количеству материалов по данной теме, эта теме вероятно достаточно закрытая. В данный момент невозможно с достаточной долей достоверности установить, что хотя бы единая группа ученых России осуществила практически безгазовую детонацию.
Но желание ее осуществить, судя по полунамекам весьма высокое.
Возникает вопрос, а зачем она вообще нужна? Какие преимущества она сулит перед отработанными уже в течении многих десятков лет процессами обычной «газовой» детонации классических ВВ?
Наши ученые к сожалению не смогли родить ничего кроме широко разрекламированной «твердофазной детонации» в системе «алюминий-фторопласт» описанный на XIII Симпозиуме по горению и взрыву
в Черноголовке (Долгобородов А.Ю., Махов М.Н., Стрелецкий А.Н., Колбанев И.В., Гогуля М.Ф., Фортов В.Е. Детонационно-подобный процесс в механоактивированном композите алюминий-фторопласт. ).
Уровень знаний «академических институтов» России судя по прочитанным работам, вызывает улыбку даже непрофессионала. Например «исследованный композит алюминий-фторопласт» вообще безгазовой композицией не является в принципе, поскольку продукты разложения фторопласта уже при температуре в сотни градусов являются газообразными.
Впрочем, в работе «Долгобородов-Фортов», вскользь отмечено, что «вероятно реакции при детонационно-подобном процессе не вполне твердофазные
Интересно, что Фортов В.Е. участвующий в работе по безгазовой детонации <газящего» фторопласта является директором Института теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур (ОИВТ)РАН. !
Тем не менее, сведения о подобных «работах» и отсутствие открытых печатных публикаций по данной теме доказывает, что в России в настоящее время большой интерес вызывает создание детонационных СВС-процессов, в которых передача энергии от продуктов реакции в исходную смесь происходит путем ударного сжатия вещества, а не благодаря теплопередаче, как в обычных СВС-процессах.
Твердофазная (безгазовая) детонация.
Вероятно, что впервые твердофазную детонацию осуществил в 2000 г, армянин А.А. Мхитарян в Армянской сельскохозяйственной академии !??!
В 2000 г, А.А. Мхитарян выдвинул предположение, что при взрывных превращениях при твердофазных реакциях их движущей силой является упругая волна.
При этом энергия химической реакции непосредственно без фазовых превращений переходит в механическую в виде упругих напряжений, которые вызывают распространение энергии в системе мощной упругой волной. Экзотермический процесс поддерживает распространение упругой волны, не давая ей затухать, что и приводит к самораспространению детонационного превращения в объеме детонирующего твердофазного ВВ.
При этом наличие или отсутствие газов в системе не играет определяющей роли для поддержания волнового процесса. Упругая волна, осуществляя реакцию, переносит избыток энергии со скоростью звука в данном твердофазном ВВ по всей системе и поглощается оконечными массами вещества, с которыми контактирует твердофазное ВВ.
Поскольку, например масса разрушаемого материала (например, при внедрении снаряда (бомбы) с твердофазным ВВ в разрушаемый бетон) с массой ВВ в снаряде огромна, то масса разрушаемого материала играет роль термостата и ее температура практически не меняется.
При этом если энергия, переносимая упругой волной, достаточна для возбуждения интенсивного колебательного процесса в разрушаемой массе, превосходящего предел ее прочности, то последняя разрушаются.
При такой форме передачи энергии важную роль играет сплошность среды. Поэтому наличии в детонирующем твердофазном ВВ газообразных продуктов вызывает «смягчающий эффект» объясняемый тем, что твердофазный контакт продуктов реакций безгазовых ВВ как бы теряется, что и предотвращает разрушительные эффекты; кроме того, значительная часть механической энергии затрачивается на работу вывода газообразных продуктов из зоны реакции и сообщения им кинетической энергии вылета.
Указанная теория А.А. Мхитаряна подтверждена им серией экспериментов по катастрофическим разрушительным воздействиям.
При исследовании Мхитаряном безгазовых высокоэнергетических композиций в системе «металл (полуметалл)-окисел металла» (термитов) было установлено, что разрушительные эффекты (бризантность) термитов зависят от экзотермичности реакций и от массы взрываемой композиции.
В таблице приведены данные о тепловых эффектах Q, изменениях объема твердой фазы реагирующей смеси \triangle Vтв. Определены критические массы термитов mкр, приводящие к разрушениям и соответствующие им пороги энергии Eкр.
Порогом энергии Eкр, вызывающим катастрофические эффекты (разрушение), является 2,3-2,5 кДж. Дополнительные опыты, проведенные с другими оксидами (Cu2O, FeO, Fe2O3 и др.), а также с трехкомпонентными смесями (два металла +CuO) доказали, что разрушения наблюдаются именно в указанном интервале пороговой энергии. Таким образом, для безгазовых (термитных) реакций имеется подобие критической массы взрываемой композиции.
Наиболее опасными являются три первых термита, имеющих высокий тепловой эффект на единицу массы и, следовательно, низкие значения критических масс.
Осуществление твердофазной детонации Мхитарян проводил на наковальнях Бриджмена т.е. в условиях недопускающих снижения плотности инициируемых высокоэнергетических безгазовых композиций во время инициирования (и вероятно в процессе детонации, например кремниево-медный термит вообще не дает усадки прессованной формы во время горения). Каким именно образом осуществлялся режим детонации (инициирующим импульсом ВВ или ударным сжатием) в доступных материалах выяснить не удалось.
В продолжение работы Мхитаряна я провел небольшое чисто теоретическое исследование по определению наиболее энергетической из возможных сегодня металлотермических смесей.
Критерием отбора были наиболее экзотермичные реакции при наиболее высокой температуре кипения, как исходных компонентов реакции, так и образующихся в процессе горения (детонации) продуктов реакции.
Были исследовано значительное количество смесей Al; Мg; Be; с такими достаточно экзотическими окислителями как AgO; AgF2; CuS; CuF; (CuF2); MoO3; CrO3 и т.д.
Были обнаружены термиты более экзотермичные чем исследованные Мхитаряном и описанные в доступной литературе.
Наилучшие показатели энерговыделения показали композиции «бериллий-окисел металла».
И среди них «Be-CuO» с тепловым эффектом реакции 1,129 ккал/ г. (4,775 кДж/г.).
Этот термит кроме большей чем исследованный Мхитаряном термит композиции «Мg-CuO» (4,23 кДж/г.) экзотермичности должен отличаться наиболее вероятной возможностью взрывчатого превращения вследствие незначительной теплоты образования CuO (38 ккал/моль). Темп. кип. меди 2540 .С.
«Be-MnO2» с тепловым эффектом реакции 1,447 ккал/ г. (6,12 кДж/г.) Темп. кип. марганца 2080 .С. Однако низкая для твердофазных реакция подобного рода температура кипения марганца может уменьшать детонационный эффект этого одного из самых экзотермичных термитов.
«Be-CrO3» с тепловым эффектом реакции с тепловым эффектом реакции 1,503 ккал/ г. (6,357 кДж/г.) Темп. кип. хрома 2680 .С.
Теплота двух последних реакций найденных композиций превосходит теплоту реакций таких высокомощных ВВ как гексоген и октоген (5,7-5,795 кДж/г.).
Именно в указанных наиболее энергетических веществах и необходимо реализовывать твердофазную детонацию.
При этом менее энергетичная композиция «Be-CuO» вероятно может служить промежуточным твердофазным детонатором для возбуждения твердофазной детонации в более энергетичных но менее чувствительных к начальному импульсу нижних композициях.
Целесообразно проводить механохимическую активацию указанных термитных смесей, или их компонентов перед смешением (для «Be-CrO3» ).
Вообще химическая стойкость указанной смеси вызывает некоторые сомнения вследствие большой окислительной способности CrO3, что впрочем, выясняется только при реальных экспериментах на стойкость при хранении. Сам процесс смешения, и прессования может производиться в переохлажденном состоянии компонентов.
Каким же образом, возможно осуществить устойчивую твердофазную детонацию?
Первое условие развития устойчивой твердофазной детонации это максимальная плотность исходной композиции и поддержание ее в процессе детонации. Критерий плотности твердофазного ВВ вероятно имеет наиболее значимую роль, вследствие того, что в процессе прохождения фронта твердофазной реакции ее средняя плотность за счет объема продуктов реакции меньших чем объем исходной композиции может увеличиваться, что вызовет диссипацию энергии упругой волны с переходом ее части в тепло, что значительно снизит выход механической энергии.
Тут следует отметить, что при развитии истинной твердофазной детонации (т.е. наличии значительных механических разрушениях окружающей среды), остаточная температура продуктов реакции всегда меньше чем при горении или врывоподобном горении безгазовой композиции. Поэтому истинную безгазовую детонацию следует называть «низкотемпературной твердофазной детонацией».
При низкотемпературной твердофазной детонации энергия химической реакции непосредственно переходит в механическую в виде упругих напряжений, которые вызывают распространение энергии в системе упругой волной. Экзотермический процесс поддерживает распространение упругой волны, не давая ей затухать, что и приводит к самораспространению детонационного превращения в объеме твердофазной высокоэнергетической композиции.
Упругая волна, осуществляя реакцию, переносит избыток энергии со скоростью звука по всей системе и поглощается оконечной массой окружающего зону реакции вещества.
При этом часть упругих напряжений успеет отрелаксировать с превращением в тепло, разогревающее систему. Поэтому баланс химической энергии можно представить в виде Qx.p=Qт+Eynp, где Qт - энергия, идущая на нагрев системы, Eупр - энергия, переходящая в упругие напряжения. Естественно, что при такой форме передачи энергии важную роль играет сплошность среды, т.е. ее неизменная или даже возрастающая средняя плотность.
В работе Мхитаряна к сожалению, нет данных по параметрам самой упругой волны, по ее амплитуде, длительности, энергии по сравнению с классическими ВВ, не указана и скорость детонации приведенных металлотермических смесей однако возможно предполагать, что упругая детонационная волна распространяющаяся в прессованных композициях со значительно большей плотностью чем обычные ВВ может иметь значительно большую амплитуду или длительность или то и другое вместе, т.е. предположительно ее мощность должна быть выше чем в классических ВВ.
Косвенно это подтверждает, тот установленный Мхитаряном факт, что например сходное по экзотермичности реакции третичное ВВ нитрат аммония (1,25 кДж/г.) подрываемый в аналогичных с условиями подрыва термитов условиях, не оказывает катастрофических разрушительных воздействий на детали установки взрыва даже при значительно больших массах подрываемого вещества.
Например термит «Zn-CuO» со сходной с нитратом аммония экзотермичности (1,3 кДж/г.) разрушает установку при массе навески всего 1,8 г. (Eкр. -2.3 кДж.) а навеска нитрата аммония с массой даже на порядок большей, не разрушает установку.
Даже значительно меньшие по экзотермичности чем нитрат аммония термиты, например «Fe-CuO» с экзотермичностью всего в 0,76 кДж/г. при навеске в 3,0 г., (Eкр. -2,28 кДж.) тем не менее разрушают установку.
Изучая таблицу Мхитаряна можно заметить, что, Eкр. понижается, для термитов с большей плотностью даже при уменьшении их экзотермичности (термит «Sn-CuO» имеет болшее Eкр. вследствие того, что теплота образования SnO весьма невелика).
Из этого следует, что наименьшей Eкр. будут отличаться более плотные термиты с наибольшей экзотермичностью.
В этом аспекте я рассмотрел термиты «Zr-CuO» (с 3,14 кДж/г.), «Zr-CuF2» (с 2,8 кДж/г.), «Zr-MnO2» (с 3,28 кДж/г.).
Вероятно, что циркониевые термиты значительно уступая бериллиевым термитам по экзотермичности но в связи с наибольшей плотностью, могут быть более легко инициированы и покажут наивысшую скорость детонации. Наилучшим из циркониевых термитов, вероятно, является «Zr-CuO» в связи с неплохой экзотермичностью, и наивысшей для данных композиций температурой кипения образующегося металла.
Эта композиция перспективна для создания промежуточных твердофазных детонаторов. Приготовление циркониевых термитов и их возможная механохимическая активация видимо, сопряжена с дополнительными трудностями и должна проводиться в вакууме, либо в среде инертного газа.
Вообще же целесообразно составлять композиции из наиболее энергоемких композиций и наиболее плотных. Например, композиции типа «Be-Zr-CuO». Вероятно, и составление композиций указанного рода с добавлением вероятно существующих термитов типа «Si-CuO» как снижающих уменьшение объема продуктов реакции.
Каким образом можно поддерживать критическую плотность композиции для надежного, незатухающего распространения твердофазной детонации?
По-видимому, непременное условие распространения твердофазной детонации и наилучших условий передачи энергии упругой волны окружающей среде это непрерывное сжатие реагирующей смеси (композиции) в процессе прохождения по ней фронта быстрой химической реакции.
К сожалению я не могу определить (..triangle Vтв. ..) без экспериментов, а эксперименты подобного рода в нашей стране для «не имеющего лицензию на творчество» и денег на «откаты» невозможны.
Поскольку большинство энергоемких термитов Мхитаряном уменьшает свой объем при прохождении реакции, очевидно, что боеприпас «упругой волны» должен содержать заряд реагирующего по механизму низкотемпературной твердофазной детонации заряд и устройство поддержания или в лучшем случае даже повышения плотности реагирующего вещества во время детонации.
Сжатие реагирующего вещества по типу эксплозии атомных взрывных устройств, по-видимому, не подходят вследствие слишком кратковременного сжатия, при котором скорость физического сжатия реагирующего твердофазного вещества может просто превысить скорость фронта прохождения реакции, т.е. вероятна «разсинхронизация» волны сжатия со скоростью распространяющейся зоны быстрой реакции в результате чего плотность реагирующего вещества как перед, так и за фронтом реакции упадет.
Кроме того, обжатие твердофазного ВВ по типу эксплозии препятствует непосредственному контакту оболочки с таким ВВ с разрушаемым материалом, при этом упругая волна будет просто диссипировать в окружающую сжимаемый заряд газовую оболочку продуктов взрыва обычного ВВ.
Вероятно, что перспективно относительно медленное и инерционное сжатие, например металлическим ударным ядром предзаряда обычного ВВ, либо сжатие высокоскоростным и сравнительно массивным ударником, разгоняемым обычными метательными ВВ.
Каким образом наилучшим способом инициировать твердофазное ВВ в основном заряде?
Вероятно, инициирование должно осуществляться плотной металлической кумулятивной струей отдельного заряда обычного ВВ.
При этом при внедрении несжимаемой металлической кумулятивной струи в инициируемое твердофазное ВВ его плотность будет только увеличиваться. Из-за условий недопущения появления в инициируемом заряде твердофазного ВВ газовой фазы подрыв в твердофазном ВВ обычного детонатора по-видимому неприемлем и вероятно не вызовет надежной инициации твердофазного ВВ.
Таким образом, гипотетический боеприпас «упругой волны» должен представлять собой заряд твердофазного ВВ некоторой формы в весьма прочной оболочке недопускающей уменьшения плотности заряда при развитии твердофазной детонации, который инициируется «кумулятивным детонатором» срабатывающим в начале или некоторой промежуточной фазе сжатия твердофазного ВВ.
На рисунке боеприпаса "Billow" представлена примерная схема бетонобойной бомбы (снаряда) с твердофазным ВВ состоящая из корпуса в котором расположена прессованная под большим давлением термитная форма основного заряда (например «Be-CrO3» ) в которой размещена также прессованная под большим давлением форма термитного промежуточного детонатора из более чувствительного к начальному импульсу термита, например «Be-CuO»; «Zr-CuO».
К корпусу примыкает «пушечная» часть состоящая из ствола с пороховым зарядом снабженным ударным воспламенителем (механического или электрического типов) с замедлением, снаряда-уплотнителя в свою очередь содержащим взрыватель-детонатор аналогичного первому воспламенителю действия, бризантное ВВ, и кумулятивную воронку.
На рисунке обозначения достаточно схематичные, без мелких конструктивных подробностей, например, отсутствует устройство, предотвращающее инерционный сдвиг снаряда по стволу в момент внедрения бомбы (снаряда) в бетон.
Бетонобойная бомба (снаряд) "Billow" (Большая волна).
На нарисованной конструкции оживальная бетонобойная головка снаряда также принимает участие в уплотнении заряда во время его внедрения в преграду смещаясь относительно корпуса снаряда.
После заглубления снаряда в преграду не менее чем длину корпуса с головкой, срабатывает воспламенитель «пушечной» части.
При этом снаряд-уплотнитель ускоряется по стволу и внедряется в промежуточный твердофазный детонатор на некоторую глубину, после чего срабатывает детонатор кумулятивного заряда обычного ВВ, и кумулятивная струя через небольшое отверстие в оживально-уплотнительной головке снаряда-уплотнителя осуществляет инициирование промежуточного твердофазного детонатора.
Процесс детонации основного твердофазного заряда, осуществляется в условиях непрерывного уплотнения, так как головка снаряда-уплотнителя под действием инерции его движения и дополнительного импульса подрыва ВВ кумулятивной части продолжает внедряться в основной заряд непрерывно его уплотняя.
Какое действие теоретически может оказывать боеприпас подобного рода а разрушаемые твердые материалы?
По-видимому, подрыв указанного боеприпаса будет сопровождаться весьма незначительным по сравнению с обычными боеприпасами, содержащими сходную массу классических ВВ звуковым эффектом, при вероятном большем дробящем действии, распространяющемся на значительное расстояние от боеприпаса.
При этом вынос разрушенных материалов из каверны взрыва должно быть незначительным по сравнению с классическими бетонобойными боеприпасами, а зона трещиноватости и нарушения целостности разрушаемого материала должна быть значительна. Таким образом, гипотетический боеприпас может найти применение для разрушения прочных объектов в городских зонах.
Разрушение материалов незначительной прочности таким боеприпасом будет крайне неэффективным, поэтому наиболее вероятное применение такого боеприпаса, это разрушение прочных бетонных укрытий значительной толщины.
Естественно, что без реальных экспериментов по возбуждению твердофазной детонации теория так и останется теорией. Подтвердить ее или опровергнуть могут только эксперименты.
А проверять теории, относящиеся к оружейной и тем более артиллерийской тематике, частным образом в России не представляется возможным.
говорю, ж что для того чтобы не спиться сам себе придумываю занятия). Сегодня буду пылесос ломать (почему их перестали делать с возможностью отбора воздуха??? как старинные...). Жена уже смирилась... с потерей пылесоса.... 
