С учетом выражения (1.20) и того, что
, формулу (1.21) можно переписать следующим образом
(1.22)
т.е. критический диаметр близок по величине к ширине зоны химической реакции. При d3>dкр потери энергии в детонационной волне должны уменьшаться, а параметры волны соответственно возрастать, асимптотически приближаясь к максимуму.
Детонацию с максимальными параметрами для данного ВВ и данной
плотности называют идеальной детонацией или детонацией в идеальном режиме. Диаметр заряда, при котором параметры детонации близки к максимальным (рис.8), т.е. к DИ, называют предельным диаметром (dпр).
Рис.8 Зависимость скорости детонации ВВ от диаметра заряда.
Детонацию, протекающую в зарядах с dкр<d3<dпр, называют неидеальной, или детонацией в неидеальном режиме. Связь между скоростью идеальной детонации, шириной зоны реакции и диаметром заряда выражается формулой, предложенной А. Дубновым:
Величина критического диаметра зависит от плотности ВВ, наличия оболочки и ее материала, внешнего давления, температуры и других параметров.
2.5 Экспериментальные исследования детонации ВВ
2.5.1. Оптический метод определения скорости детонации
Основными приборами, используемыми для оптических исследований, являются фоторегистраторы с зеркальной разверткой – СФР; оптическая принципиальная схема приведена на рис.9. С помощью СФР свечение, сопровождающее детонацию заряда ВВ, записывают на неподвижную фотопленку, на которую оно отбрасывается плоским вращающимся зеркалом. Количество фиксируемых на пленке кадров достигает 2-х млн. в секунду. Обычно заряд ВВ взрывают в бронекамере, имеющей щель, через которую и проникает свечение. Изображение на пленке получается уменьшенным по отношению к действительным размерам заряда.
Практическое использование СФР возможно в нескольких режимах:
- съемка с боковой поверхности заряда ВВ (в этом случае на фотопленке фиксируется временная развертка распространения зоны свечения – фронта ударной волны, детонационной волны или пламени при горении ВВ – по длине заряда. Данная постановка эксперимента позволяет регистрировать и переход ные процессы, т.к. изображение на пленке является аналогом t,x-диаграммы);
- съемка с торцевой поверхности заряда (данная постановка применима для регистрации скорости детонационной волны);
- покадровая съемка (в этом случае перед фотопленкой устанавливается линзовая вставка, позволяющая получать покадровое изображение процесса со скоростью до 2-х миллионов кадров в секунду; щелевая диафрагма при данной съемке отсутствует).
Типичная картина покадрового изображения развития высокоскоростного процесса показана на рис.10.
Рис.9 Принципиальная оптическая схема зеркальной развертки: 1 – заряд ВВ, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа; 2 – объектив; 3 – щелевая диафрагма; 4 – объектив; 5 – вращающееся зеркало; 6 – фотопленка; 7 – направление вращения зеркала; 8 – направление перемещения изображения.
Рис.10 Серия последовательных кадров светящихся продуктов взрыва заряда аммонита 6ЖВ: 1 – электродетонатор; 2 – заряд ВВ; 3 – картонное основание.
2.5.2 Метод ионизационных датчиков
Данный метод измерения скорости детонации основан на ионизации продуктов взрыва за фронтом детонационной волны. Как было установлено при детонации зарядов ВВ могут возникать высокие напряжения. Например, между двумя проводниками, идущими от электродетонатора №8, получены сигналы величиной 2 кВ. Более высокие значения (20 кВ) зафиксированы в зарядах, покрытых оболочкой из поваренной соли. Эти наблюдения послужили причиной исследований как ионизированного состояния в бризантных ВВ во время детонации, так и связи детонации с ионизацией. На основании многочисленных экспериментов было установлено, что высокая степень ионизации в зоне реакции детонационной волны является уникальной особенностью детонации конденсированных ВВ.
Электрическое сопротивление продуктов взрыва составляет от нескольких единиц до нескольких десятков Ом на миллиметр. Помещая в заряд ВВ на некотором расстоянии друг от друга искровые промежутки (ионизационные датчики), к которым приложено некоторое напряжение, можно во время детонации фиксировать возникающий в цепи электрический импульс. На рис.11 показана схема измерения скорости детонации с помощью ионизационных датчиков.