6.2 Характеристика цепной реакции. Разветвленные и неразветвленные реакции.

Цепные реакции — химические и ядерные реакции, в которых появление активной частицы (свободного радикала или атома) вызывает большое число (цепь) последовательных превращений неактивных молекул или ядер. Свободные радикалы или атомы в отличие от молекул обладают свободными ненасыщенными валентностями (непарным электроном), что приводит к их взаимодействию с исходными молекулами. При первом же столкновении свободного радикала (R°) с молекулой происходит разрыв одной из валентных связей последней, и, таким образом, в результате реакции образуется новая химическая связь и новый свободный радикал, который в свою очередь реагирует с другой молекулой — происходит цепная реакция.

Появление в среде необходимой частицы вызывает цепь следующих, одна за другой реакций, которая продолжается до обрыва цепи вследствие потери частицы-носителя реакции. Основных причин потерь две: поглощение частицы без испускания вторичной и уход частицы за пределы объёма вещества, поддерживающего цепной процесс. Если в каждом акте реакции появляется только одна частица-носитель, то цепная реакция называется неразветвлённой. Неразветвлённая цепная реакция не может привести к энерговыделению в больших масштабах.

Если в каждом акте реакции или в некоторых звеньях цепи появляется более одной частицы, то возникает разветвленная цепная реакция, ибо одна из вторичных частиц продолжает начатую цепь, а другие дают новые цепи, которые снова ветвятся. Для систем, которые превращаются по механизму цепных разветвленных реакций, характерно наличие условий, когда реакция протекает быстро, часто со взрывом. Переход от одного режима к другому происходит при незначительном изменении условий в области критического их значения.

Область развития цепной разветвленной реакции зависит и от температуры. При фиксированном составе смеси и p = соnst. существует температура, выше которой наблюдается быстрая реакция, а ниже которой реакция не протекает.

7.1 Полный и удельный импульс детонационной волны

Удельный импульс равен количеству движения, которое несёт в себе ударная волна, отнесённому к единице площади фронта волны. Удельный импульс характеризует суммарное воздействие избыточного давления на площадку единичного размера за время t₊  . Он числено равен площади под кривой избыточного давления.

ИМПУЛЬС ВЗРЫВА — величина, характеризующая динамическое воздействие взрыва, численно равная произведению избыточного давления продуктов взрыва на время его действия.

Импульс взрыва возрастает с увеличением плотности, скорости детонации взрывчатых веществ и массы заряда. Полный импульс взрыва (I) равен произведению удельного импульса на площадь контакта заряда взрывчатых веществ с разрушаемым телом. Он связан с потенциальной энергией взрывчатых веществ соотношением: I=maE1/2,

где ma — активная масса взрывчатых веществ, т.е. та часть массы заряда, ПВ которой оказывают механическое действие в заданном направлении;

Е — теплота взрыва единицы массы взрывчатых веществ, выраженная в единицах механической работы. Активная масса определяется геометрической формой заряда, местом его инициирования и условиями расширения ПВ, зависящими, в частности, от физико-механических свойств оболочки заряда.

Для сферического заряда ma равна полной его массе. Для безоболочечного цилиндрического заряда при торцевом инициировании и при длине заряда не менее четырёх с половиной его радиусов активная масса будет занимать объём конуса с радиусом основания, равным радиусу заряда, и высотой, равной примерно двум радиусам заряда.

Согласно расчётам полный импульс взрыва на поверхности контакта цилиндрического заряда с плоской стенкой приближённо равен 8/27 maD, где D — скорость детонации. Распределение импульса взрыва по боковой поверхности цилиндрического заряда зависит от расстояния до места инициирования. Наибольшее значение импульса взрыва при одностороннем торцевом инициировании получается на расстоянии примерно 0,7 длины заряда и составляет около 0,44 полного импульса взрыва на торце заряда (im) при одномерном течении ПВ. По краям заряда импульс взрыва наименьший и равен 0,125 im.