ß = (ul_k)/(vх₀) ≈ 10^-8-10^-7, вероятность оказывается действительно малой.

В [1] измерена электропроводность в детонационной волне в азиде свинца. Она оказалась того же порядка, что и при детонации тротила. Вполне возможно, что роль, аналогичную углероду, в таких веществах как азиды, играют металлы, имеющие низкий потенциал ионизации. В этом случае электроны могут возникать в результате термической ионизации атомов металлов, а рассеяние и поглощение их может происходить на макроскопических металлических частицах конденсированной фазы.

2. 3.3 Электропроводность в неравновесных продуктах детонации

Объяснить высокие значения электропроводности в неравновесной зоне продуктов детонации оказывается возможным. Основанием для гипотезы о механизме неравновесной проводимости послужили эксперименты по исследованию сохраненных продуктов взрыва смеси гексогена и адамантана C₁₀H₁₆ . Углеродная структура адамантана напоминает структуру алмаза, но в случае адамантана углерод соединяется ещё и с атомом водорода. Интересно, что при ударном сжатии в сохраненных продуктах детонации были обнаружены чистые кристаллические алмазы. На основании этого можно сделать вывод о том, что при ударном сжатии рвутся преимущественно C-H связи. При этом молекула теряет атомы водорода, так как они легче чем атомы углерода. Далее предполагается образование высокой плотности положительно заряженных оторвавшихся атомов водорода – фактически протонов, которые быстро нейтрализуются в процессе химической реакции, но успевают внести свой вклад в проводимость неравновесной зоны продуктов детонации.

Оценим величину электропроводности, которую способны обеспечить оторванные протоны. Рассеивающими центрами будем считать атомы. Концентрация атомов n = 10²³ см^-3, длина свободного пробега l = 1/(nS₀) ≈ 10^-7 см , где S₀ – сечение атома равное 1.55·10^-16 см. Оценить электропроводность можно следующим образом –

,

где N_ат - количество атомов в молекуле вещества, N_H – количество атомов водорода в молекуле вещества, l – длина свободного пробега, e – заряд электрона, m – масса протона. Примем mv = (mkT)^1/2 , где Т ≈ 3·10³ К. Тогда mv ≈ 10^-18 см·г·с, а значение электропроводности σ ≈ (N_H/ N_ат)·10 ³ Ом^-1∙см^-1. Коэффициент (N_H/ N_ат) в расчете электропроводности дает характеристику молекулы.Для октогена (N_H/ N_ат) = 8/28 судя по структуре C₄H₈O₈N₈ , для гексогена C₃H₆O₆N₆ кооффициент (N_H/ N_ат) = 6/22. Видно, что этот коэффициент большой роли при оценке электропроводности не играет. Величина электропроводности порядка 10 ³ Ом^-1∙см^-1 получена для случая, когда в проводимости участвуют все атомы водорода, и существенно превышает полученные в экспериментах значения электропроводности неравновесных продуктов детонации. Однако, данная модель может иметь место если учитывать, что лишь часть оторванных протонов участвует в проводимости. Такая модель связывает исчезновение высокой электропроводности с окончанием химической реакции, когда все протоны водорода нейтрализованы.

2. 3.4 Вспомогательные исследования проводимости стеариновой кислоты

На рис.26 приведена осциллограмма эксперимента по измерению проводимости стеариновой кислоты. Стеариновая кислота – органическое соединение C₁₈H₃₆O_2, порошкообразного типа на ощупь напоминающее воск. Методика эксперимента аналогична эксперименту по исследованию проводимости взрывчатого вещества при пересжатии. Внутрь цилиндрического измерительного электрода помещалось исследуемое вещество, в нашем случае стеариновая кислота. Остальной объем экспериментальной сборки заполнялся гексопластом.

Рассмотрим поведение осциллограммы. Детонационная волна касается цилиндрического электрода – на осциллограмме это сопровождается затухающими колебаниями. Далее детонационная волна достигает внутреннего электрода – напряжение, как и следовало ожидать, уменьшается, но медленно. Затем заметен резкий спад и выход напряжения на постоянное значение. Эта картина отображает процесс установления стационарного режима при нагружении стеариновой кислоты. Резкий спад – выход на стационарный процесс. По этому спаду можно оценить величину электропроводности, возникающую при сжатии стеариновой кислоты мощным взрывчатым веществом. За время t ≈ 0.6 микросекунды сопротивление изменилось на величину R ≈ 0.03 Ома при скорости детонации D = 7.6 км/с. Тогда σ ≈ 1/RDt.

Оценка дает значение σ ≈ 500 Ом^-1∙см^-1. Следует ометить, что в стеариновой кислоте содержится огромное количество водорода, который потенциально способен обеспечить полученную величину электропроводности, что в свою очередь подтверждает механизм протонной проводимости.

2. Заключение

В процессе работы выполнено следущее:

• Получено распределение электропроводности невозмущённых продуктов детонации насыпных октогена, гексогена, тэна при нормальной детонации с высоким временным разрешением;

• Получено распределение электропроводности невозмущённых продуктов детонации насыпного тротила и литого тротила при нормальной детонации с высоким временным разрешением;

• Получено распределение электропроводности невозмущённых продуктов детонации насыпных октогена, гексогена, тэна и тротила при пересжатой детонации с высоким временным разрешением;

• Выявлена структура зоны проводимости, состоящая из двух зон электропроводности: зоны высокой электропроводности и зоны электропроводности равновесных продуктов детонации. Показано, что зоны проводимости имеют различные механизмы электропроводности и пространственно разделены особенной зоной с крайне низким значением электропроводности;

• Предложен механизм электронной проводимости в равновесной зоне продуктов детонации;

• Предложен механизм протонной проводимости в неравновесной зоне продуктов детонации;

• Проведены постановочные эксперименты по исследованию проводимости органических веществ, необладающих детонационными свойствами, при ударно волновом нагружении, свидетельствующие в пользу протонного механизма электропроводности;

• Увеличение электропроводности при пересжатии качественно объяснено электронной проводимостью равновесных продуктов детонации и протонной проводимостью в неравновесной зоне;

2. Благодарности

Автор выражает свою признательность Зубкову П.И. за научное руководство, Тен К.А. за помощь в организации и постановке экспериментов и участие в обсуждении результатов, а также благодарит Скоробогатых Н.Г. за своевременную подготовку экспериментов. Автор отмечает помощь Лукьянчикова Л.А. в решении отдельных организационных вопросов.

2. Литература

1. Бриш А.А., Тарасов М.С., Цукерман В.А. Электропроводность продуктов взрыва конденсированных взрывчатых веществ. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1959. Т.37. Вып. 6, С. 1543.

2. Hayes B. On the Electrical Conductivity of Detonation High Explosives // Proc. 4th Symposium (Internat.) on Detonation. White Oak, MD, 1965. Office of Naval Research, ACR-126. Washington. 1967. P.595-601.

3. Дрёмин А.Н., Савров С.Д., Трофимов В.С., Шведов К.К. Детонационные волны в конденсированных средах, М., «Наука», 1970.

4. Антипенко А.Г., Дрёмин А.Н., Якушев В.В. О зоне электропроводности при детонации конденсированных взрывчатых веществ. Доклады Академии наук, 1975, Т. 225, С. 1086.

5. Дрёмин А.Н., Якушев В.В. Природа электропроводности продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ. Доклады Академии наук, 1975, Т. 221, С. 1143.

6. Гилёв С.Д., Трубачев А.М. Высокая электропроводность продуктов детонации тротила. Журнал технической физики, 2001, Т. 71, Вып. 9, С. 123.

7. Ершов А.П., Сатонкина Н.П., Дибиров О.А. и другие Исследование взаимодействия компонентов гетерогенных взрывчатых веществ методом электропроводности. Физика горения и взрыва, 2000, Т. 36, №5, С. 97.

8. Ершов А.П., Зубков П.И., Лукьянчиков Л.А. Измерение ширины зоны проводимости в тэне. В сб.: Динамика сплошной среды. 1971, Институт гидродинамики, Новосибирск, Вып. 8, С. 177-182.

9. Новосёлов Б.С., Зубков П.И., Лукьянчиков Л.А. Электропроводимость в зоне детонации конденсированных взрывчатых веществ. Физика горения и взрыва, 1971, Т. 7, Вып. 2, С. 295 - 299.

10. Ершов А.П., Зубков П.И., Лукьянчиков Л.А. Об измерениях профиля электропроводности во фронте детонации конденсированных ВВ // ФГВ. 1974. Т. 10, №6. С. 864-873.

11. Зубков П.И., Тен К.А., Свих В.Г. Распределение электропроводности за детонационным фронтом в насыпном октогене. Тезисы XV Международной конференции "Уравнения состояния вещества". Терскол, 2000 г. Стр. 111 - 113.

12. Зубков П. И., Свих В. Г., Тен К. А. Электропроводность за фронтом детонации в насыпном октогене. Пятая Международная конференция «Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике». Тезисы докладов. 2000, Новосибирск, Россия. С. 164.

13. Зубков П. И., Карташов А. М., Свих В. Г., Тен К. А. Влияние краевых и ударно волновых эффектов на измерение проводимости продуктов детонации конденсированных ВВ. Международная конференция III Харитоновские тематические научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны. Сборник тезисов докладов. Саров, РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2001. Стр. 29-31.

14. Зубков П. И., Лукьянчиков Л. А., Тен К. А., Карташов А. М., Свих В. Г. О некоторых систематических ошибках при измерении проводимости продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ. Тезисы XVI Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество». Эльбрус, 2001. Стр. 41-42.

15. П.И. Зубков, П.И. Иванов, А.М. Карташов, Л.А. Лукьянчиков, К.А. Тен. Электропроводность продуктов, измеренная вдоль распространения детонации. Международная конференция VI Забабахинские научные чтения. 24-28 сентября 2001 г. Тезисы. Снежинск, Челябинской обл. Россия. Стр.72.

16. П.И. Зубков, П.И. Иванов, Л.А. Лукьянчиков, В.Г. Свих, К.А. Тен. Электропроводность октогена за фронтом пересжатой детонационной волны. Международная конференция VI Забабахинские научные чтения. 24-28 сентября 2001 г. Тезисы. Снежинск, Челябинской обл. Россия. Стр. 45.

17. П.И. Зубков, П.И. Иванов, А.М. Карташов, Л.А. Лукьянчиков, В. Г. Свих, К.А. Тен. Измерение проводимости в пересжатой детонации. Тезисы XVII Международной конференции «Уравнения состояния вещества». 1- 6 марта 2002 г. Эльбрус, Кабардино-Балкария, Россия. Стр.65-66.

18. П.И. Зубков, П.И. Иванов, А.М. Карташов, Л.А. Лукьянчиков, В. Г. Свих, К.А. Тен. Измерение проводимости в пересжатой детонации. Физика экстремальных состояний вещества – 2002. Эльбрус, 2002. Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, 2002 г. Россия. Стр. 93 - 94.

19. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных явлений. «Наука» Москва, 1966.

20. Ершов А.П. Диссертация на соискание степени к.ф.-м.н. Исследование электропроводности за фронтом детонации конденсированных взрывчатых веществ. Новосибирск, 1977.

21. П. И. Зубков, Б. Д. Янковский. К электронному механизму проводимости продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ. Тезисы XV Международной конференции "Уравнения состояния вещества". Терскол, 2000 г. Стр. 109-111.

22. Лямкин А.И., Петров Е.А., Ершов А.П. и др. // Докл. АН СССР. 1988. Т. 302, №3. С. 611 - 613.

23. Анчаров А.И., Зубков П.И., Иванов П.И. и др. Получение наночастиц серебра и исследование динамики их развития при ударно-волновом нагружении стеарата серебра. // Вещества, материалы и конструкции при интенсивных динамических воздействиях: Труды международной конференции V Харитоновские тематические научные чтения, Саров, 17-21 марта 2003 г. Под редакцией А.Л. Михайлова. Саров. ВНИИЭФ. 2003 г. С. 141-144.

24. Титов В.М., Анисичкин В.Ф., Мальков И.Ю. Исследование процесса синтеза ультрадисперсного алмаза в детонационных волнах // ФГВ. 1989.
    Т. 35, №3. С.117.

25. Антипенко А.Г., Якушев В.В. Природа электропроводности продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ // В сб. Детонация: Материалы 5 Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Одесса, 1977. ОИХФ АН СССР, Черноголовка, 1977. С. 93-96.

26. Якушев В.В. Электрические измерения в динамическом эксперименте // ФГВ. 1978. Т. 14, №2. С. 3-19.

27. Mallory H.D., Plauson R.A. Liquid explosives with transparent detonation products // Nature. 1963. 199, P. 58-59.

28. Зубков П.И. Электрические сигналы на медно-магниевой паре электродов в ударно сжатых газах // ЖТФ, 1897. Т. 57, №9. С. 1866-1867.

29. Haman S.D., Linton M. Electrical conductivitiesof aqueous solutions of KCl, KOH and HCl, and the ionization of water at high shock pressures // Trans. Farad. Soc., 1969. 65, p. 2186-2196.

30. Ставер А.М., Ершов А.П., Лямкин А.И. Исследование детонационных превращения конденсированных ВВ методом электропроводности // ФГВ. 1984. Т. 20, №3. С. 79-83.

31. Ершов А.П. Ионизация при детонации конденсированных ВВ // ФГВ. 1975. Т. 11, №6. С. 864-873.

32. Елькинд А.И., Гусар Ф.Н. Измерение на СВЧ электропроводности за фронтом детонационной волны в тротиле // ФГВ. 1986. Т. 22, №5. С. 144-149.

33. Ершов А.П., Зубков П.И., Лукьянчиков Л.А. Электрофизические свойства детонационной плазмы и быстродействующие взрывные размыкатели тока // ПМТФ. 1977. №6. С. 19-23.

34. Корольков В.Л., Мельников Л.А., Цыпленко А.П. Электрический пробой продуктов детонации // ЖТФ. 1974. Т. 44, №12. С.2537-2538.

35. Зубков П.И., Лукъянчиков Л.А., Рябинин Ю.В. Электрическая прочность разлетающихся продуктов детонации // ПМТФ. 1976. №1. С. 134-138.

36. Матыцин А.И., Ставер А.М., Лямкин А.И. Эмиссия электронов при действии ударных волн на пористое вещество // III Всес. симпозиум по импульсным давлениям: Тез. докл. М., 1979. С.81-82.

37. Тиман Б.Л. Влияние взаимодействия частиц на ионизационное равновесие в термически ионизованном газе // ЖЭТФ. 1953. Т. 25, №6(12). С.733.

38. Физика взрыва. Под ред. К.П. Станюкевича. М.: Наука, 1975.

39. O.V. Evdokov, M.G. Fedotov, G.N. Kulipanov. et al. Dynamics of the formation of the condensed phase particles at detonation of high explosives // Proceedings of the 13th National Synchrotron Radiation Conference. Novosibirsk, Russia, July 17 – 21, 2000. Nuclear instruments & methods in physics research. 2001. V.470, Nos.1 – 2, P.236 – 239.

40. Алешаев А.Н., Зубков П.И., Кулипанов Г.Н., Применение синхротронного излучения для исследования детонационных и ударно-волновых процессов // ФГВ. 2001. Т. 37, №5. С. 104.

41. I.Yu. Mal’kov and V.M. Titov. Structure and properties of detonation soot particles. 1996, page 783.

2. Приложение

2. Перечень рисунков и таблиц

Рис.1