В. Красногоров - Подражающие молниям

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.

Работами Н. Н. Семенова, Ю. Б. Харитона, А. Ф. Беляева теория и практика возбуждения взрыва продвинута далеко вперед. И все же взрыв — настолько сложное явление, что даже сегодня он далеко еще не изучен до конца.

Какими же свойствами должна обладать «самая лучшая», идеальная взрывчатка? Ответить на этот вопрос как будто бы нетрудно: прежде всего она должна быть как можно более мощной. Однако опыт убедительно доказывает, что одного этого качества явно недостаточно. Взрывчатое вещество не может иметь права на жизнь, если оно несет смерть всем, кто с ним соприкасается. Оно должно быть совершенно безопасно всегда и везде — и при его производстве, и при хранении, и при перевозке, и при использовании. Многие современные взрывчатки можно поджигать, бросать их с любой высоты, хоть с самолета, бить по ним кувалдой, стрелять в них — они перенесут любые пытки, но ничем не выдадут своей способности к взрыву.

Однако во всем нужна мера — даже в нечувствительности. Если эта мера будет перейдена, то нам не Удастся взорвать заряд. Чрезмерная «бесчувственность» взрывчатых веществ обращается в их немалую опасность. Если заряд не взорвался от детонатора (взрывники говорят в таких случаях, что произошел отказ), то это не только нарушает рассчитанную заранее стройную картину взрыва, но и вызывает тягостную необходимость ликвидации отказа — повторного взрыва заряда, что связано с большим риском. Невзорвавшийся заряд часто завален углем или гранитом, доступ к нему затруднен или невозможен, но оставлять его невзорванным тоже недопустимо: кто знает, что произойдет, если его зацепит отбойный молоток, угольный комбайн или экскаватор...

Итак, мощность, безопасность и безотказность. Но и этого еще мало. Допустим, у нас есть вещество, которое вчера еще было мощным и безопасным. Кто поручится, что оно осталось таким и сегодня? Солнечные лучи, кислород воздуха, тепло, холод, влага и просто безжалостное время непрестанно атакуют взрывчатое вещество и изменяют его свойства. Желатинообразные вещества стареют, динаммоны расслаиваются, динамиты выпотевают — теряют нитроглицерин, аммиачная селитра и дымный порох отсыревают. Присутствие лишь одного процента влаги в порохе снижает дальность полета снарядов на шесть процентов! При такой меткости стрельбы можно попасть в свои окопы. Но еще опаснее хранить бездымный порох, который способен самопроизвольно разлагаться, особенно при повышенных температурах. Из-за этого не раз происходили взрывы на пороховых заводах, кораблях и складах. Некоторые вещества, например оксиликвиты, теряют свои взрывчатые свойства уже через несколько минут после их изготовления. Довольно безобидная пикриновая кислота при хранении в металлических оболочках (скажем, в снарядах) образует коварнейшие соли, способные взрываться от легкого прикосновения.