Одну из мощнейших взрывчаток сделали ещё сильнее
Как правило, энергонасыщенный материал состоит из горючего и окислителя. После какого-нибудь внешнего воздействия — например, удара или повышения температуры — они вступают в реакцию, которая постепенно разгоняет сама себя с выделением большого количества тепла, газов и, как следствие, ударной волны и взрыва. Для идеальных характеристик взрывчатое вещество должно поровну содержать окислитель и восстановитель, но в реальных молекулах, в том числе CL-20, окислителя всегда меньше.
«Мы хотели ввести в CL-20 дополнительный окислитель, чтобы улучшить его энергетику, а в некоторых кристаллических модификациях этой молекулы в её структуре как раз есть внутренние полости. Мы заполнили их чрезвычайно агрессивным соединением — тетраоксидом азота N2O4. Это очень сильный окислитель, который широко применяют в жидких ракетных топливах и при его контакте с органическим соединением обычно начинается бурная реакция окисления-восстановления. Однако молекулы CL-20 сами содержат так много NO2-групп, что просто не вступают в реакцию с этим окислителем и служат как бы сосудом для такого агрессивного соединения», — рассказал профессор РХТУ Валерий Синдицкий.
Существует множество взрывчатых веществ и CL-20 является одним из самых мощных. Его скорость детонации составляет около 9,5 км/с, в то время как у тротила она достигает лишь 7 км/c. Чтобы модифицировать CL-20, исследователи брали его кристаллы, растворяли их при комнатной температуре в хлороформе и добавляли жидкий N2O4, а потом из этой смеси кристаллизовался CL-20 с уже захваченными молекулами окислителя.
После этого учёные исследовали структуру полученных соединений и выяснили, что что N2O4 действительно встроился в полости кристалла CL-20. При этом с течением времени молекулы N2O4 диссоциируют до еще более активных соединений — радикалов NO2, а изначально белые кристаллы вместе с этим становятся коричневатыми. Далее исследователи провели серию экспериментов по термическому разложению и горению новых соединений.
CL-20 не взрывали, а аккуратно сжигали, так как это позволяет достоверно оценить технические характеристики взрывчатого вещества. Заряд из модифицированного CL-20 запрессовывали в толстостенные трубки из оргстекла и поджигали, а с помощью встроенных тонких термопар фиксировали распределение температуры в волне горения. Одновременно весь процесс записывали на скоростную видеокамеру, чтобы потом рассчитать скорость движения фронта горения.
Оказалось, что скорость горения нового вещества превосходит аналогичную величину для чистого CL-20 в такой же кристаллической модификации, а термическая стабильность сопоставима. Из других полученных данных учёные оценили скорость детонации нового вещества и давление в ударной волне от его взрыва и показали, что по этим параметрам модифицированный CL-20 даже превосходит чистый CL-20. До этой работы у других научных групп уже были похожие исследования с сольватами CL-20 — то есть молекулами CL-20, в полости кристаллической структуры которых заключены какие-либо жидкости, но объединять CL-20 с N2O4 еще не пробовал никто.
