Бертло понимал, что энергия превращения далеко еще не определяет силы взрывчатых веществ и что вообще понятие «сила» применительно к взрывчатому' веществу далеко не однозначно. Очевидно, разрушительное действие взрывчатки определяется не каким-то одним, а несколькими факторами. После долгих исследований он установил, что таких факторов три: величина давления, развиваемого при взрыве (оно зависит от количества выделившихся газов и их температуры), энергия взрыва и скорость химических превращений при взрыве. Давление, энергия, скорость — вот три кита, на которых зиждется мощь взрывчатых веществ.
Объем газов, выделяющихся при взрыве, в семьсот — девятьсот раз превышает объем самой взрывчатки. К тому же эти газы нагреты до температуры две — четыре тысячи градусов, что еще больше повышает их давление. Стремящийся расшириться во все стороны газ и является основной ударной силой взрыва.
Серьезное внимание Бертло обратил на химический состав взрывчатых веществ и, особенно, на содержание в них кислорода. Как правило, взрыв — это окисление. Желательно, чтобы это окисление было полным, потому что в таком случае выделяется наибольшее количество газов. А чтобы окисление при взрыве было полным, нужно, чтобы взрывчатка содержала достаточное количество кислорода. Например, нитроглицерин или аммиачная селитра содержат даже больше кислорода, чем требует теория для их взрывчатого разложения. Специалисты называют их веществами с положительным кислородным балансом. Тротилу же кислорода не хватает, и он намного бы увеличил свою силу, если бы нашел себе партнера, который мог бы с ним поделиться этим элементом. Поэтому смеси взрывчатых веществ с избытком и недостатком кислорода (с положительным и отрицательным кислородным балансом) полезны обоим участникам союза: первые отдают свой балласт — избыточный кислород, а вторые получают возможность до конца отдать таящуюся в них энергию. Обычно стремятся составлять смеси с нулевым кислородным балансом. Они содержат кислорода ровно столько, сколько нужно для их окисления.
Исследования Бертло открыли возможность научного определения, предсказания и расчета силы любого, Даже ёще не созданного вещества и осветили путь к их дальнейшему улучшению. Недаром именно в эти годы десятками стали появляться новые, все более совершенные и мощные взрывчатки. Трудность, однако, состояла в том, что давления, развиваемые при взрыве, столь чудовищны, что их очень сложно, почти невозможно измерить. Например, давление, возникающее при взрыве тротила, составляет 190—240 тысяч атмосфер. Поэтому часто приходится рассчитывать давление теоретическим путем — по количеству образовавшихся газов и температуре. Но и тут все обстоит не так просто, как бы хотелось. Дело в том, что ход химических реакций при взрыве одного и того же вещества неузнаваемо изменяется в зависимости от условий взрыва — температуры, скорости и в особенности давления. Простейшая аммиачная селитра разлагается при взрыве семью способами. Что же говорить о сложных смесях, какими являются современные взрывчатые вещества?
Но даже точное знание температуры, давления и других параметров взрыва не позволяет еще дать непосредственный ответ практикам на интересующие их вопросы — какой, например, глубины будет воронка в грунте или какой величины нужен заряд для дробления гранита в каменоломне. Одним словом, для практических нужд требовались пусть менее строгие, менее обоснованные, но зато более простые, быстрые и наглядные методы оценки силы взрывчатых веществ. Поэтому исследователи продолжали ломать голову (к сожалению, не только в переносном смысле) в поисках несложных и доступных каждой лаборатории способов определения мощи взрывчаток. В конце концов было принято характеризовать действие взрыва двумя главными показателями — бризантностью и работоспособностью.
Бризантностью (от французского briser — дробить) называют способность взрывчатого вещества дробить прилегающую среду. Бризантность в значительной мере зависит от скорости, резкости взрыва. Чем выше скорость детонации, тем сильнее дробящее действие взрывчатого вещества. Современный способ определения бризантности предложил австрийский инженер Гесс. По его методу дробящее действие определяется подрывом взрывчатки на свинцовом столбике. Метод очень несложен На столбик диаметром 40 и высотой 60 миллиметров, покрытый сверху стальным кружком, помещают небольшой (50 граммов) цилиндрический заряд взрывчатого вещества. При взрыве столбик сплющивается и принимает форму гриба. По уменьшению высоты столбика и судят о величине бризантности, которую выражают в миллиметрах. Бризантность современных взрывчатых материалов составляет 14—17 миллиметров.
Но разрушающее действие взрыва заключается не только в дроблении прилегающего материала. И за много метров от места взрыва мощного заряда рушатся стены, падают деревья, вылетают стекла из окон, опрокидываются машины. Это действие взрыва обусловлено взрывной ударной волной и называется фугасным (от французского «летучий»). Фугасность (теперь принято называть ее работоспособностью) зависит главным образом от энергии взрыва, а не от скорости детонации. Величина воронки при взрыве заряда, количество выбрасываемого грунта при горных работах или возведении плотины зависит именно от фугасности.
Для определения работоспособности немецкий исследователь Трауцль изобрел простой способ. Он взял цилиндрическую свинцовую чушку (высотой и диаметром двадцать сантиметров) и высверлил в ней углубление, в которое поместил десять граммов взрывчатки. Плотно забив заряд песком, он произвел взрыв. Внутри свинцовой чушки образовалась довольно большая полость. Налив туда из мензурки воды, Трауцль определил ее объем. Чем мощнее вещество, тем больше, естественно, получался объем полости, который Трауцль и предложил считать мерой работоспособности взрывчатого вещества. Этот нехитрый метод был рекомендован в качестве стандартного на Пятом международном съезде по прикладной химии в Берлине в 1903 году и с успехом применяется и в наше время. Работоспособность современных взрывчатых веществ составляет 240—260 кубических сантиметров.
Определение бризантности и работоспособности, ничего не говоря о сущности взрыва и его параметрах, позволяет быстро и удобно сравнивать разрушающее действие разных взрывчатых соединений и любых смесей на их основе. Например, работоспособность тротила составляет 290 кубических сантиметров, а нитроглицерина — 540 (именно такой объем создает при взрыве шесть кубических сантиметров — десять граммов — разрывного масла, заключенного в свинцовый массив!). Сопоставив цифры 290 и 540, специалист быстро сделает для себя соответствующие выводы. Поэтому в сочетании с энергией взрыва, его температурой, количеством образовавшихся газов бризантность и работоспособность дают возможность уверенно характеризовать современные взрывчатые вещества.
Бертло не только установил важность высокой скорости химических превращений для мощности взрыва, но и первым дал научное объяснение тому, почему взрыв происходит так быстро. Это обстоятельство чрезвычайно важно. Ведь главное, что отличает взрыв от горения, главное, что придает ему «подражающее молнии» действие,— это высокая скорость. Понять, почему она возникает,— значит, понять, как происходит взрыв. Бертло разработал план остроумных опытов, проведенным им, главным образом, совместно с Вьелем, а впоследствии — с Ле-Шателье. В результате этих опытов и родилось знаменитое учение Бертло о взрывной волне. Сущность его можно объяснить следующим простым примером.
Если поднести к тротиловой шашке огонь, она вовсе не взорвется, а будет гореть медленно и спокойно со скоростью примерно один сантиметр в минуту. Выделяющееся при этом тепло рассеивается в атмосферу, и основная часть горящей взрывчатки остается холодной, Точно так же мы можем, не обжигаясь, держать в руках горящую лучину. Чтобы тротил взорвался, другими словами, мгновенно разложился во всем объеме, нужны какие-то дополнительные условия.
Допустим теперь, что рядом с нашей тротиловой шашкой взорвали какой-то другой заряд или просто нанесли по тротилу сильный удар (только очень резкий). Тогда от удара взрыва или нашего воображаемого или реального молота верхний слой взрывчатого вещества быстро сожмется и разогреется. Высокая температура и давление вызывают мгновенное разложение тротила, но разложение только в этом тоненьком слое. При разложении образуются в большом количестве газы, имеющие очень высокую температуру и создающие высокое давление — десятки тысяч атмосфер. Под этим огромным давлением немедленно сжимается соседний слой взрывчатки, которая, в свою очередь, быстро разогревается с разложением и выделением нагретых газов. Бег взрывной волны продолжается до тех пор, пока не разложится все взрывчатое вещество. «Взрывная волна,— пишет Бертло,— раз образовавшись, распространяется без ослабления, потому что химическая реакция, вызывающая ее, восстанавливает ее живую силу на всём ее пути, между тем как механическая волна теряет постепенно свою интенсивность по мере того, как ее живая сила, определенная одним только начальным импульсом, распределяется на все более и более значительную массу вещества».
