Металл может взорваться от удара?
Небольшое предисловие.
Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов. Идея таких опытов и первые качественные результаты (1913 г.) принадлежат русским физикам Л. И. Мандельштаму и Н. Д. Папалекси. В 1916 году американский физик Р. Толмен и шотландский физик Б. Стюарт усовершенствовали методику этих опытов и выполнили количественные измерения, неопровержимо доказавшие, что ток в металлических проводниках обусловлен движением электронов. Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. «Современные теории электричества, — писали Р. Толмен и Т. Стюарт, первыми измерившие массу электрона, укрепляют уверенность в том, что протекание электрического тока через металл состоит в поступательном движении «свободных» электронов, содержащихся в самом металле. Если это так, то должен существовать ряд эффектов, связанных с массой данных электронов.» В классической электронной теории металлов предполагается, что движение электронов подчиняется законам механики Ньютона. В этой теории пренебрегают взаимодействием электронов между собой, а их взаимодействие с положительными ионами сводят только к соударениям. Предполагается также, что при каждом соударении электрон передает решетке всю накопленную в энергию.
Новое явление?
Работая в Научно-исследовательском машиностроительном институте (НИМИ) над средствами поражения брони, академик Российской академии ракетно-артиллерийских наук Виктор Валерианович Яворский обратил внимание на чрезвычайно большое выделение энергии, главным образом в виде теплоты, происходящее при внедрении длинного металлического, не снаряженного взрывчаткой стержня - бронебойного снаряда - в стальную бронеплиту большой толщины. В институте сохранился фрагмент бронеплиты толщиной 400 мм со сквозной пробоиной, вырезанный после испытаний, проведенных еще в 1972 году. И на лицевой, и на тыльной стороне плиты отчетливо зафиксировались следы разогрева металла, цвета побежалости. На их границе, по оценке металловедов, температура была около 350 С, а вблизи пробоины она приближалась к 1000 С. Поскольку известны были размеры зоны разогрева брони, легко вычислить и массу разогретого металла, и количество выделяемого тепла. Зная же массу снаряда (4,05 кг), его скорость (1390 м/с) и подсчитав кинетическую энергию, можно было убедиться в том, что одна только выделившаяся тепловая энергия, рассчитанная по минимуму, в данном случае превышает кинетическую энергию снаряда более чем в 4 раза. Эти и другие аналогичные материалы послужили основанием для обсуждения обнаруженного энергетического явления на научно-техническом совете НИМИ в июне 1993 года. В решении совета указывалось, что для получения достоверных данных необходимо провести специальные экспериментальные работы.
Цвета побежалости на металле.
Гипотеза инерциального взрыва.
Дальнейшим изучением явления занялся Марахтанов Михаил Константинович.
Рассмотрим снаряд как останавливающуюся катушку. Его атомы жестко связаны кристаллической решеткой в единый массив. Когда снаряд ударяет в броню, решетка останавливается, но свободные электроны продолжают двигаться по инерции так же, как в опыте Толмена и Стюарта. Только теперь их ускорение относительно ионов равно примерно 107 м/с2. Поскольку скорость направленного электронного потока пропорциональна ускорению, можно считать, что при торможении снаряда она на пять порядков больше, чем при остановке медной катушки. Это значит, что кинетическая энергия направленного потока электронов в снаряде будет на десять порядков выше, чем в меди. Именно эта энергия, обусловленная локализацией свободных электронов, и вызывает частичный распад снаряда или полный взрыв метеорита. Итак, если нужно, чтобы металлическая болванка взорвалась, ударив о твердую преграду, необходимо увеличить ее скорость и выбрать для нее металл с максимальной атомной массой и минимальной энергией связи. По этим признакам металлы, способные взрываться при механическом взаимодействии, образуют ряд U235, W184, Fe56. Уран отвечает этим требованиям лучше всего. Прожигающий эффект урановых снарядов выражен очень ярко, а у стальных не наблюдается вовсе.
