Детонация (от ср.-век. лат. detonatio - взрыв. лат. detonо - гремлю), распространение со сверхзвуковой скоростью зоны быстрой экзотермической химической реакции, следующей за фронтом ударной волны. Ударная волна инициирует реакцию, сжимая и нагревая детонирующее вещество (газообразную смесь горючего с окислителем), конденсированное ВВ. Фронт ударной волны и зона реакции образуют в комплексе детонационную волну. Выделяющаяся при реакции энергия поддерживает ударную волну, обеспечивая самораспространение процесса.
Детонация - одна из основных форм взрывного превращения. Она может распространяться в газах, твердых и жидких веществах, в смесях твердых и жидких веществ друг с другом и с газами, в последнем случае газ и конденсированное вещество могут быть предварительно смешаны друг с другом (пены, аэрозоли, туманы). Возможна и так называемая гетерогенная детонация, при которой слой жидкости или порошка, способных реагировать с газом, находится на стенках заполненной этим газом трубы. Ударная волна срывает капли жидкости или частицы порошка со стенок, смешивает их с газом, образовавшаяся взвесь сгорает за фронтом волны в турбулентном режиме, а выделяющаяся при этом энергия поддерживает распространение процесса. Так, в шахтах ударная волна, возникшая при вспышке газа (метана), сметает каменноугольную пыль со стен и кровли выработки и образует на своем пути воздушно-пылеугольную смесь, по которой может пойти фронт горения, поддерживающий ударную волну, - возникает детонация Смеси горючего с окислителем могут детонировать только при таких концентрациях компонентов, которые обеспечивают выделение достаточно большого кол-ва энергии. Наименьшее содержание горючего, при котором возможна детонация, наз. ниж. пределом ее распространения, наибольшее - верхним. Пределы распространения детонация обычно уже, чем в случае горения.
Скорость фронта D детонационной волны в газах, пылегазовых системах составляет обычно 1,5-3 км/с, в твердых веществах - до 9 км/с. Скорость и потока продуктов реакции за фронтом волны в 2-4 раза меньше, чем скорость фронта D. Давление в детонационной волне pgравно произведению скорости волны на скорость потока и на плотность r0 исходного вещества: pg= r0uD. При детонация газов рgобычно составляет 2-3 МПа, в случае конденсированных веществ может достигать 20-40 ГПа; температура продуктов детонация составляет 2000-5000 К.
Классическая теория детонации позволяет рассчитать скорость и др. параметры детонационной волны с использованием только термодинамических характеристик исходного вещества и продуктов реакции, на основе законов сохранения массы, импульса и энергии. Устойчивая стационарная детонация, самопроизвольно распространяющаяся со скоростью, постоянной для данного вещества, происходит при условии, если скорость детонационной волны относительно продуктов реакции равна скорости звука с в них: D — и = с. Если с помощью мощной ударной волны возбудить в среде детонацию с большей скоростью, возникающая за ее фронтом (в продуктах реакции) волна разрежения настигает фронт детонация, снижает давление и скорость детонация до тех пор, пока они не примут значений, соответствующих условию D - и = с.
В действительности стационарная детонация в газах неустойчива. Фронт ударной волны не плоский и не гладкий, он изборожден мелкими поперечными волнами, процесс как бы пульсирует: реакция за фронтом волны идет неравномерно, возникает в отдельных точках при столкновении поперечных волн друг с другом или со стенками трубы, в которую заключен реагирующий газ. Расстояние между центрами возникновения реакции увеличивается, а число их во фронте волны уменьшается по мере уменьшения скорости и давления детонации. Вблизи пределов детонация (нижнего и верхнего) нередко остаются всего один-два центра. Они движутся вдоль стенок трубы по спирали, совершая нескольких десятков тысяч оборотов в секунду. Это - т. наз. спиновая детонация в газах. В жидких и твердых веществах детонация также может происходить неравномерно, в т. ч. и в режиме спиновой детонация.
Скорость детонации в газах слабо зависит от плотности (давления) газа. При детонации в конденсированных веществах зависимость скорости от плотности более сильная: D = а + br0, где эмпирическая постоянная а примерно равна скорости детонация данного вещества в газообразном состоянии, постоянная b составляет от 2 до 5 (м/с)/(кг/м3). Скорость детонация зависит также от диаметра трубы, в которой находится детонирующее вещество. Наивысшая, т. наз. "идеальная" скорость детонация достигается при некотором достаточно большом (предельном) диаметре. Уменьшение диаметра приводит к возрастанию потерь энергии в окружающую среду и снижению скорости детонация; при некотором критическом диаметре детонация затухает. Величина критического диаметра детонация тем меньше, чем больше скорость хим. реакции. Инициирующие ВВ, характеризующиеся высокой скоростью реакции, детонируют в зарядах диаметром порядка 0,01-0,1 мм. Для некоторых грубодисперсных взрывчатых смесей критический диаметр может быть более 1 м. Прочная массивная оболочка препятствует потерям энергии из зоны реакции, приводит к уменьшению критического диаметра и к росту скорости детонация при диаметре трубы, большем критического. Вещества с малым критическим диаметром детонация используются для изготовления детонирующего шнура, капсюлей-детонаторов, промежуточных детонаторов. Их применяют также для сенсибилизации (повышения детонационной способности, уменьшения критического диаметра) взрывчатых смесей, содержащих труднореагирующие компоненты.
Детонация может возникать при горении. Переход горения в детонацию происходит в результате повышения давления при ускорении горения, турбулизации потока горящего вещества. детонация некоторых газовых смесей и инициирующих ВВ возникает в результате воспламенения при обычных условиях (атм. давление, комнатная температура, небольшие кол-ва вещества). детонация бризантных ВВ обычно вызывают с помощью капсюля-детонатора, содержащего небольшое кол-во инициирующего ВВ. Склонность к переходу горения в детонация - основной показатель чувствительности (степени опасности) взрывчатой системы.
Детонация - основной процесс при использовании ВВ в промышленности и военном деле. Теория детонация в газах - основа научного подхода к вопросам взрывной. С помощью детонация осуществляют взрыв.ую штамповку, сварку, резку, плакирование, упрочнение металлов; детонация используют при строительстве плотин, каналов, дорог, геофизической разведке и добыче полезных ископаемых. С помощью детонация получают синтетические алмазы, нитрид бора и др. сверхтвердые материалы. В научных исследованиях детонация - один из способов получения сверхвысоких (десятки и сотни ГПа) давлений.
Лит.. Зельдович Я. Б., Компанеец А. С., Теория детонации, М., 1955; Солоухин Р И., Ударные волны и детонация в газах, М., 1963; Детонационные волны в конденсированных средах, М., 1970; Физика взрыв., 2 издетонация, М., 1975; Нетлетон М., Детонация в газах, пер. с англ., М., 1989; Фиккет У., Введение в теорию детонации, пер. с англ., М., 1989 Б. Н. Кондриков.
