Вибух, процес звільнення великої кількості енергії в обмеженому об'ємі за короткий проміжок часу. В результаті Ст речовина, що заповнює об'єм, в якому відбувається звільнення енергії, перетворюється на сильно нагрітий газ з дуже високим тиском. Цей газ з великою силою впливає на довкілля, викликаючи її рух. Ст в твердому середовищі супроводиться її руйнуванням і дробленням.
Породжене Ст рух, при якому відбувається різке підвищення тиску, щільність і температури середовища, називають вибуховою хвилею . Фронт вибухової хвилі поширюється по середовищу з великою швидкістю, внаслідок чого область, охоплена рухом, швидко розширюється. Виникнення вибухової хвилі є характерним наслідком Ст в різних середовищах. Якщо середовище відсутнє, тобто Ст відбувається у вакуумі, енергія Ст переходить в кінетичну енергію тих, що розлітаються на всі боки з великою швидкістю продуктів В. Посредством вибухової хвилі (або продуктів Ст, що розлітаються, у вакуумі) Ст виробляє механічну дію на об'єкти, розташовані на різних відстанях від місця В. По мірі видалення від місця Ст механічна дія вибухової хвилі слабшає. Відстані, на яких вибухові хвилі створюють однакову силу дії при Ст різної енергії, збільшуються пропорційно кубічному Корню з енергії В. Пропорционально цій же величині збільшується інтервал часу дії вибухової хвилі.
Всілякі види Ст розрізняються фізичною природою джерела енергії і способом її звільнення. Типовими прикладами Ст є вибухи хімічних вибухових речовин . Вибухові речовини володіють здібністю до швидкого хімічного розкладання, при якому енергія міжмолекулярних зв'язків виділяється у вигляді теплоти. Для вибухових речовин характерне збільшення швидкості хімічного розкладання при підвищенні температури. При порівняно низькій температурі хімічне розкладання протікає дуже повільно, так що вибухова речовина протягом довгого часу може не зазнавати помітної зміни в своєму стані. В цьому випадку між вибуховою речовиною і довкіллям встановлюється теплова рівновага, при якому невеликі кількості теплоти, що безперервно виділяються, відводяться за межі речовини за допомогою теплопровідності. Якщо створюються умови, при яких теплота, що виділяється, не встигає відводитися за межі вибухової речовини, то завдяки підвищенню температури розвивається процес хімічного розкладання, що самоуськоряющийся, який називається тепловим Ст У зв'язку з тим, що теплота відводиться через зовнішню поверхню вибухової речовини, а її виділення відбувається в всьому об'ємі речовини, теплова рівновага може бути також порушене при збільшенні загальної маси вибухової речовини. Ця обставина враховується при зберіганні вибухових речовин.
Можливий інший процес здійснення Ст, при якому хімічне перетворення поширюється по вибуховій речовині послідовно від шару до шару у вигляді хвилі. Рухомий з великою швидкістю передній фронт такої хвилі є ударну хвилю — різкий (стрибкоподібний) перехід речовини з вихідного стану в стан з дуже високим тиском і температурою. Вибухова речовина, стисла ударною хвилею, виявляється в змозі, при якому хімічне розкладання протікає дуже швидко. В результаті область, в якій звільняється енергія, виявляється зосередженою в тонкому шарі, прилеглому до поверхні ударної хвилі. Виділення енергії забезпечує збереження високого тиску в ударній хвилі на постійному рівні. Процес хімічного перетворення вибухової речовини, який вводиться ударною хвилею і супроводиться швидким виділенням енергії, називається детонацією . Детонаційні хвилі поширюються по вибуховій речовині з дуже великою швидкістю, що завжди перевищує швидкість звуку у вихідній речовині. Наприклад, швидкості хвиль детонації в твердих вибухових речовинах складають декілька км/сек . Тонна твердої вибухової речовини може перетворитися в такий спосіб на щільний газ з дуже високим тиском за 10 -4 сік . Тиск в газах, що утворюються при цьому, досягає декількох сотень тисяч атмосфер. Дія Ст хімічної вибухової речовини може бути посилене в певному напрямі шляхом вживання зарядів вибухової речовини спеціальної форми (див. Кумулятивний ефект ).
До Ст, пов'язаних з фундаментальнішими перетвореннями речовин, відносяться ядерні вибухи . При ядерному Ст відбувається перетворення атомних ядер вихідної речовини на ядра ін. елементів, яке супроводиться звільненням енергії зв'язку елементарних часток (протонів і нейтронів), що входять до складу атомного ядра. Ядерне Ст засноване на здібності певних ізотопів важких елементів урану або плутонію до ділення, при якому ядра вихідної речовини розпадаються, утворюючи ядра легших елементів. При діленні всіх ядер, що містяться в 50 г урану або плутонію, звільняється така ж кількість енергії, як і при детонації 1000 т тринітротолуолу. Це порівняння показує, що ядерне перетворення здатне виробити Ст величезної сили. Ділення ядра атома урану або плутонію може статися в результаті захвату ядром одного нейтрона. Істотно, що в результаті ділення виникає декілька нових нейтронів, кожен з яких може викликати ділення ін. ядер. В результаті число ділень дуже швидко наростатиме (за законом геометричної прогресії). Якщо прийняти, що при кожному акті ділення число нейтронів, здатних викликати ділення ін. ядер, подвоюється, то менш ніж за 90 актів ділення утворюється така кількість нейтронів, яка вистачає для ділення ядер, що містяться в 100 кг урану або плутонію. Час, необхідний для ділення цієї кількості речовини, складе ~10 -6 сек. Такий процес, що самоуськоряющийся, називається ланцюговою реакцією (див. Ядерні ланцюгові реакції ). Насправді не всі нейтрони, що утворюються при діленні, викликають ділення ін. ядер. Якщо загальна кількість речовини, що ділиться, мала, то велика частина нейтронів виходитиме за межі речовини, не викликаючи ділення. У речовині, що ділиться, завжди є невелика кількість вільних нейтронів, проте, ланцюгова реакція розвивається лише у тому випадку, коли число нейтронів, що знов утворюються, перевищуватиме число нейтронів, які не виробляють ділення. Такі умови створюються, коли маса речовини, що ділиться, перевершує так звану критичну масу . Ст відбувається при швидкому з'єднанні окремих частин речовини (маса кожної частини менше критичною), що ділиться, в одне ціле із загальною масою, що перевершує критичну масу, або при сильному стискуванні, що зменшує площу поверхні речовини і що тим самим зменшує кількість нейтронів, що виходять назовні. Для створення таких умов зазвичай використовують Ст хімічної вибухової речовини.
Існує ін. тип ядерної реакції — реакція синтезу легенів ядер, що супроводиться виділенням великої кількості енергії. Сили відштовхування однойменних електричних зарядів (всі ядра мають позитивний електричний заряд) перешкоджають протіканню реакції синтезу, тому для ефективного ядерного перетворення такого типа ядра повинні володіти високою енергією. Такі умови можуть бути створені нагріванням речовин до дуже високої температури. У зв'язку з цим процес синтезу, що протікає при високій температурі, називають термоядерною реакцією . При синтезі ядер дейтерію (ізотопу водню 2 H) звільняється майже в 3 рази більше енергії, чим при діленні такої ж маси урану. Необхідна для синтезу температура досягається при ядерному Ст урану або плутонію. Таким чином, якщо помістити в одному і тому ж пристрої речовину, що ділиться, і ізотопи водню, то може бути здійснена реакція синтезу, результатом якої буде Ст величезної сили. Окрім потужної вибухової хвилі, ядерне Ст супроводиться інтенсивним випусканням світла і проникаючої радіації (див. Приголомшуючі чинники ядерного вибуху ).
В описаних вище типах Ст звільнена енергія містилася спочатку у вигляді енергії молекулярного або ядерного зв'язку в речовині. Існують Ст, в яких енергія, що виділяється, підводиться від зовнішнього джерела. Прикладом такого Ст може служити потужний електричний розряд в якому-небудь середовищі. Електрична енергія в розрядному проміжку виділяється у вигляді теплоти, перетворюючи середовище на іонізованний газ з високим тиском і температурою. Аналогічне явище відбувається при протіканні потужного електричного струму по металевому провідникові, якщо сила струму виявляється достатньою для швидкого перетворення металевого провідника на пару. Явище Ст виникає також при дії на речовину сфокусованого лазерного випромінювання (див. Лазер ). Як один з видів Ст можна розглядати процес швидкого звільнення енергії, що відбувається в результаті раптового руйнування оболонки, що утримувала газ з високим тиском (наприклад, Ст балона із стислим газом). Ст може статися при зіткненні твердих тіл, рухомих назустріч один одному з великою швидкістю. При зіткненні кінетична енергія тіл переходить в теплоту в результаті поширення по речовині потужної ударної хвилі, що виникає у момент зіткнення. Швидкості відносного зближення твердих тіл, необхідні для того, щоб в результаті зіткнення речовина повністю перетворилася на пару, вимірюються десятками км/сек , тиск, що розвивається при цьому, складають мільйони атмосфер.
В природі відбувається багато різних явищ, які супроводяться В. Мощниє електричні розряди в атмосфері під час грози (блискавки), раптове виверження вулканів, падіння на поверхню Землі великих метеоритів є прикладами різних видів Ст В результаті падіння Тунгуського метеорита (1907) сталося Ст, еквівалентне по кількості енергії Ст, що виділилася ~10 7 т тринітротолуолу. Мабуть, ще більша кількість енергії звільнилася в результаті Ст вулкана Кракатау (1883).
Величезними за масштабом Ст є спалахи хромосфер на Сонці. Енергія, що виділяється при таких спалахах, досягає ~10 17 дж (для порівняння вкажемо, що при Ст 10 6 т тринітротолуолу виділилася б енергія, рівна 4,2·10 15 дж ).
Характер гігантських Ст, що відбуваються в космічному просторі, мають спалахи нових зірок . При спалахах, мабуть протягом декількох годинників, виділяється енергія 10 38 —10 39 дж . Така енергія випромінюється Сонцем за 10—100 тис. років. Нарешті, ще більш гігантські Ст, що виходять далеко за межі людської уяви, є спалахами найновіших зірок, при яких енергія, що звільняється, досягає ~ 10 43 дж , і Ст в ядрах ряду галактик, оцінка енергії яких приводить до ~ 10 50 дж .
Ст хімічних вибухових речовин застосовують як один з основних засобів руйнування. Величезною руйнівною здатністю володіють ядерні вибухи. Ст одній ядерної бомби може бути еквівалентний по енергії Ст десятків млн. т хімічної вибухової речовини.
Ст знайшли широке мирне вживання в наукових дослідженнях і в промисловості. Ст дозволили досягти значного прогресу у вивченні властивостей газів, рідин і твердих тіл при високих тиску і температурах (див. Тиск високий ). Дослідження Ст грає важливу роль в розвитку фізики нерівноважних процесів, що вивчає явища перенесення маси, імпульсу і енергії в різних середовищах, механізми фазових переходів речовини, кінетику хімічних реакцій і тому подібне Під впливом Ст можуть бути досягнуті такі стани речовин які виявляються недоступними при ін. способах дослідження. Потужне стискування каналу електричного розряду за допомогою Ст хімічної вибухової речовини дає можливість отримувати протягом короткого проміжку часу магнітні поля величезної напруженості [до 1,1 Га/м-код (до 14 млн. е ), див.(дивися) Магнітне поле ]. Інтенсивне випускання світла при Ст хімічної вибухової речовини в газі може використовуватися для збудження оптичного квантового генератора (лазера). Під дією високого тиску, яке створюється при детонації вибухової речовини, здійснюються вибухове штампування, вибухова зварка і вибухове зміцнення металів .
Експериментальне вивчення Ст полягає у вимірі швидкостей поширення вибухових хвиль і швидкостей переміщення речовини, вимірі тиску, що швидко змінюється, розподілів щільності, інтенсивності і спектрального складу електромагнітного і ін. видів випромінювання, що випускається при В. Еті дані дозволяють отримати зведення про швидкість протікання різних процесів, супроводжуючих Ст, і визначити загальну кількість енергії, що звільняється. Тиск і щільність речовини в ударній хвилі зв'язані певними співвідношеннями із швидкістю руху ударної хвилі і швидкістю переміщення речовини. Ця обставина дозволяє, наприклад, на підставі вимірів швидкостей обчислити тиск і щільність в тих випадках, коли їх безпосередній вимір виявляється з якої-небудь причини недоступним. Для вимірів основних параметрів, характеризуючий стан і швидкість переміщення середовища, застосовуються різні датчики що перетворюють певний вигляд дії в електричний сигнал, який записується за допомогою осцилографа або ін. реєструючого приладу. Сучасна електронна апаратура дозволяє реєструвати явища, що відбуваються протягом інтервалів часу ~ 10 -11 сік . Виміри інтенсивності і спектрального складу світлового випромінювання за допомогою спеціальних фотоелементів і спектрографів служать джерелом інформації про температуру речовини. Широке вживання для реєстрації явищ, супроводжуючих Ст, має швидкісне фотографування, яке може вироблятися з швидкістю, досягаючою 10 9 кадрів в 1 сік .
В лабораторних дослідженнях ударних хвиль в газах часто використовується спеціальний пристрій — ударна труба (див. Аеродинамічна труба ). Ударна хвиля в такій трубі створюється в результаті швидкого руйнування мембрани, що розділяє газ з високим і низьким тиском (такий процес можна розглядати як найбільш простий вигляд Ст). При дослідженні хвиль в ударних трубах ефективно застосовуються інтерферометри і напівтіньові оптичні установки, дія яких заснована на зміні показника заломлення газу унаслідок зміни його щільності.
Вибухові хвилі, що поширюються на великі відстані від місця їх виникнення, служать джерелом інформації про будову атмосфери і внутрішніх шарів Землі. Хвилі на дуже великих відстанях від місця Ст реєструються високочутливою апаратурою, що дозволяє фіксувати коливання тиску в повітрі до 10 -6 атмосфери (0,1 н/м 2 ) або переміщення грунту ~ 10 -9 м-код .
Ст широко застосовують при розвідці корисних копалини. Відбиті від різних шарів сейсмічні хвилі (пружні хвилі в земній корі) реєструються сейсмографами. Аналіз сейсмограм дає можливість зробити висновок про залягання нафти, природного газу і ін. корисних копалини. Ст настільки ж широко використовують при розтині і розробці родовищ корисних копалини. Без вибухових робіт не обходиться практично жодне будівництво гребель, доріг і тунелів в горах (детальніше за див.(дивися) Вибухові роботи ).
Літ.: Садовський М. А., Механічна дія повітряних ударних хвиль вибуху за даними експериментальних досліджень, в сб.(збірка): Фізика вибуху № 1, М., 1952; Баум Ф. А., Станюковіч До. П. і Шехтер Би. І., Фізика вибуху, М., 1959; Андрєєв До. До. і Беляєв А. Ф., Теорія вибухових речовин, М., 1960: Покровський Р. І., Вибух, М., 1964; Ляхів Р. М., Основи динаміки вибуху в грунтах і рідких середовищах, М., 1964; Докучаєв М. М., Родіонов Ст Н., Ромашов А. Н., Вибух на викид, М., 1963: Коул Р., Підводні вибухи, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1950; Підземні ядерні вибухи, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1962; Дія ядерної зброї, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1960; Горбацкий Ст Р., Космічні вибухи, М., 1967; Дубовик А. С., Фотографічна реєстрація бистропротекающих процесів, М., 1964.
