Eksplosiv - Explosive

Demonstrasjon av de eksplosive egenskapene til tre forskjellige eksplosiver; fire eksplosjoner er demonstrert. Tre ledes på en solid marmorbase, og en ledes på demonstrantens hånd; hver er initiert av en glødende trepinne.

Et eksplosiv (eller eksplosivt materiale ) er et reaktivt stoff som inneholder en stor mengde potensiell energi som kan produsere en eksplosjon hvis den frigjøres plutselig, vanligvis ledsaget av produksjon av lys , varme , lyd og trykk . En eksplosiv ladning er en målt mengde eksplosivt materiale, som enten kan bestå utelukkende av en ingrediens eller være en blanding som inneholder minst to stoffer.

Den potensielle energien som er lagret i et eksplosivt materiale kan for eksempel være

Eksplosive materialer kan kategoriseres etter hastigheten de ekspanderer med. Materialer som detonerer (forsiden av den kjemiske reaksjonen beveger seg raskere gjennom materialet enn lydens hastighet ) sies å være "høy eksplosiver" og materialer som deflagrer sies å være "lav eksplosiver". Sprengstoff kan også kategoriseres etter deres følsomhet . Følsomme materialer som kan initieres av en relativt liten mengde varme eller trykk er primærsprengstoff og materialer som er relativt ufølsomme, er sekundære eller tertiære eksplosiver .

Et stort utvalg av kjemikalier kan eksplodere; et mindre antall er produsert spesielt for å brukes som eksplosiver. Resten er for farlig, sensitiv, giftig, dyr, ustabil eller utsatt for nedbrytning eller nedbrytning over korte tidsperioder.

I kontrast er noen materialer bare brennbare eller brannfarlige hvis de brenner uten å eksplodere.

Skillet er imidlertid ikke sylskarpt. Visse materialer - støv, pulver, gasser eller flyktige organiske væsker - kan ganske enkelt være brennbare eller brannfarlige under vanlige forhold, men kan bli eksplosive i spesifikke situasjoner eller former, for eksempel spredte luftbårne skyer , eller innesperring eller plutselig frigjøring .

Historie

The Great Western Powder Company i Toledo, Ohio, en produsent av sprengstoff, sett i 1905

Tidlige termiske våpen , som gresk ild , har eksistert siden antikken. Ved røttene ligger historien til kjemiske sprengstoff i kruttets historie. Under Tang -dynastiet på 900 -tallet prøvde taoistiske kinesiske alkymister ivrig etter å finne udødelighetens eliksir. I prosessen snublet de over den eksplosive oppfinnelsen av svart pulver laget av kull, saltpeter og svovel i 1044. Krutt var den første formen for kjemiske sprengstoff og i 1161 brukte kineserne sprengstoff for første gang i krigføring. Kineserne ville innlemme eksplosiver avfyrt fra bambus eller bronse rør kjent som bambus brannkjeks. Kineserne satte også inn levende rotter inne i bambusbrannkjeksene; da de ble skutt mot fienden, skapte de flammende rotter store psykologiske konsekvenser - skremte fiendens soldater bort og fikk kavalerienheter til å gå vill.

Det første nyttige eksplosivet sterkere enn svart pulver var nitroglyserin , utviklet i 1847. Siden nitroglyserin er en væske og svært ustabil, ble det erstattet av nitrocellulose , trinitrotoluen ( TNT ) i 1863, røykfritt pulver , dynamitt i 1867 og gelignitt (de to sistnevnte var sofistikerte stabiliserte preparater av nitroglyserin i stedet for kjemiske alternativer, begge oppfunnet av Alfred Nobel ). I første verdenskrig ble TNT adoptert i artilleriskjell. Andre verdenskrig så en omfattende bruk av nye eksplosiver (se Liste over eksplosiver som ble brukt under andre verdenskrig ).

På sin side har disse i stor grad blitt erstattet av kraftigere sprengstoff som C-4 og PETN . Imidlertid reagerer C-4 og PETN med metall og tar lett fyr, men i motsetning til TNT er C-4 og PETN vanntette og formbare.

applikasjoner

Kommersiell

En video om sikkerhetstiltak på eksplosjonssteder

Den største kommersielle anvendelsen av eksplosiver er gruvedrift . Enten gruven er på overflaten eller er begravet under jorden, kan detonasjon eller deflagrering av enten et høyt eller lavt eksplosiv i et begrenset rom brukes til å frigjøre et ganske spesifikt undervolum av et sprøtt materiale i et mye større volum av det samme eller lignende materiale. Gruveindustrien har en tendens til å bruke nitratbaserte eksplosiver som emulsjoner av fyringsolje og ammoniumnitratløsninger , blandinger av ammoniumnitratpiller (gjødselpellets) og fyringsolje ( ANFO ) og gelatinholdige suspensjoner eller slurries av ammoniumnitrat og brennbart drivstoff.

I materialvitenskap og -teknikk brukes sprengstoff i kledning ( eksplosjonssveising ). En tynn plate av noe materiale legges oppå et tykt lag av et annet materiale, begge lag vanligvis av metall. På toppen av det tynne laget plasseres et eksplosiv. I den ene enden av sprengstofflaget starter eksplosjonen. De to metalliske lagene presses sammen i høy hastighet og med stor kraft. Eksplosjonen sprer seg fra startstedet gjennom hele sprengstoffet. Ideelt sett gir dette en metallurgisk binding mellom de to lagene.

En video som beskriver hvordan man trygt kan håndtere sprengstoff i gruver.

Ettersom hvor lang tid sjokkbølgen tilbringer på et hvilket som helst tidspunkt er liten, kan vi se blanding av de to metallene og deres overflatekjemikalier gjennom en brøkdel av dybden, og de har en tendens til å blandes på en eller annen måte. Det er mulig at en brøkdel av overflatematerialet fra begge lag til slutt blir kastet ut når enden av materialet er nådd. Derfor kan massen av det nå "sveisede" dobbeltlaget være mindre enn summen av massene til de to innledende lagene.

Det er applikasjoner der en sjokkbølge og elektrostatikk kan resultere i prosjektiler med høy hastighet.

Militær

Sivil

Sikkerhet

Typer

Kjemisk

Det internasjonale piktogrammet for eksplosive stoffer

En eksplosjon er en type spontan kjemisk reaksjon som, når den først er startet, er drevet av både en stor eksoterm endring (stor frigjøring av varme) og en stor positiv entropiendring (store mengder gasser frigjøres) i å gå fra reaktanter til produkter, og derved utgjør en termodynamisk gunstig prosess i tillegg til en som formerer seg veldig raskt. Dermed er sprengstoff stoffer som inneholder en stor mengde energi lagret i kjemiske bindinger . Den energiske stabiliteten til gassformige produkter og dermed generering kommer fra dannelsen av sterkt bundet art som karbonmonoksid, karbondioksid og (di) nitrogen, som inneholder sterke dobbelt- og trippelbindinger med bindingsstyrker på nesten 1 MJ/mol. Følgelig er de fleste kommersielle sprengstoffene organiske forbindelser som inneholder -NO 2 , -ONO 2 og -NHNO 2 grupper som, når det detonerer, frigjør gasser som nevnt ovenfor (f.eks. Nitroglyserin , TNT , HMX , PETN , nitrocellulose ).

Et eksplosiv er klassifisert som et lavt eller høyt eksplosiv i henhold til forbrenningshastigheten : lavt eksplosiv brenner raskt (eller deflagrerer ), mens høyt eksplosiv detonerer . Selv om disse definisjonene er forskjellige, gjør problemet med nøyaktig måling av rask nedbrytning det vanskelig å klassifisere sprengstoff.

Tradisjonell sprengstoffmekanikk er basert på den støtsensitive hurtige oksidasjonen av karbon og hydrogen til karbondioksid, karbonmonoksid og vann i form av damp. Nitrater gir vanligvis nødvendig oksygen for å brenne karbon og hydrogen. Høysprengstoff har en tendens til å ha oksygen, karbon og hydrogen i ett organisk molekyl, og mindre følsomme eksplosiver som ANFO er kombinasjoner av drivstoff (karbon og hydrogen fyringsolje) og ammoniumnitrat . Et sensitiviseringsmiddel som pulverisert aluminium kan tilsettes et eksplosiv for å øke energien til detonasjonen. Når den er detonert, fremstår nitrogendelen av den eksplosive formuleringen som nitrogengass og giftige nitrogenoksider .

Nedbrytning

Den kjemiske nedbrytningen av et eksplosiv kan ta år, dager, timer eller en brøkdel av et sekund. De langsommere nedbrytningsprosessene finner sted i lagring og er kun av interesse fra et stabilitetssynpunkt. Av mer interesse er de to andre raske formene i tillegg til nedbrytning: deflagrering og detonasjon.

Deflagrering

Ved deflagrering forplantes nedbrytning av det eksplosive materialet av en flammefront som beveger seg sakte gjennom det eksplosive materialet ved hastigheter mindre enn lydens hastighet i stoffet (vanligvis under 1000 m/s) i motsetning til detonasjon, som oppstår ved større hastigheter enn lydens hastighet. Deflagrasjon er karakteristisk for lite eksplosivt materiale.

Detonasjon

Dette begrepet brukes for å beskrive et eksplosivt fenomen der nedbrytningen forplantes av en eksplosiv sjokkbølge som krysser det eksplosive materialet ved hastigheter som er større enn lydens hastighet i stoffet. Sjokkfronten er i stand til å passere gjennom det høye eksplosive materialet med supersonisk hastighet, vanligvis tusenvis av meter i sekundet.

Eksotisk

I tillegg til kjemiske sprengstoff er det en rekke mer eksotiske eksplosive materialer og eksotiske metoder for å forårsake eksplosjoner. Eksempler inkluderer kjernefysiske eksplosiver og brå oppvarming av et stoff til en plasmatilstand med en laser med høy intensitet eller lysbue .

Laser- og lysbueoppvarming brukes i laser-detonatorer, eksploderende bro-detonatorer og eksploderende folieinitiatorer , der en sjokkbølge og deretter detonasjon i konvensjonelt kjemisk eksplosivt materiale oppstår ved laser- eller lysbueoppvarming. Laser og elektrisk energi brukes foreløpig ikke i praksis for å generere det meste av nødvendig energi, men bare for å starte reaksjoner.

Egenskaper

For å bestemme egnetheten til et eksplosivt stoff for en bestemt bruk, må dets fysiske egenskaper først være kjent. Nytten av et eksplosiv kan bare forstås når egenskapene og faktorene som påvirker dem er fullt ut forstått. Noen av de viktigste egenskapene er listet opp nedenfor:

Følsomhet

Følsomhet refererer til letthet som et eksplosiv kan antennes eller detoneres, dvs. mengden og intensiteten av sjokk , friksjon eller varme som er nødvendig. Når begrepet sensitivitet brukes, må det tas hensyn til å tydeliggjøre hva slags sensitivitet som diskuteres. Den relative følsomheten til et gitt eksplosiv for støt kan variere sterkt fra følsomhet for friksjon eller varme. Noen av testmetodene som brukes for å bestemme sensitivitet, er relatert til:

  • Virkning - Følsomhet uttrykkes i form av avstanden gjennom hvilken en standardvekt må slippes på materialet for å få det til å eksplodere.
  • Friksjon - Følsomhet uttrykkes i form av mengden trykk som påføres materialet for å skape nok friksjon til å forårsake en reaksjon.
  • Varme - Følsomhet uttrykkes i form av temperaturen ved nedbrytning av materialet.

Spesifikke sprengstoff (vanligvis, men ikke alltid svært følsomme på en eller flere av de tre aksene ovenfor) kan være særegent følsomme for faktorer som trykkfall, akselerasjon, tilstedeværelse av skarpe kanter eller grove overflater, uforenlige materialer eller til og med - i sjeldne tilfeller - kjernefysisk eller elektromagnetisk stråling. Disse faktorene utgjør spesielle farer som kan utelukke praktisk bruk.

Følsomhet er en viktig faktor ved valg av eksplosiv for et bestemt formål. Sprengstoffet i et rustningsgjennomtrengende prosjektil må være relativt ufølsomt, ellers ville støtet få det til å detonere før det trengte til ønsket punkt. De eksplosive linsene rundt atomladninger er også designet for å være svært ufølsomme, for å minimere risikoen for utilsiktet detonasjon.

Følsomhet for initiering

Indeksen for kapasiteten til et eksplosiv som skal startes i detonasjon på en vedvarende måte. Det er definert av kraften til detonatoren som sikkert vil fylle sprengstoffet til en vedvarende og kontinuerlig detonasjon. Det vises til Sellier-Bellot- skalaen som består av en serie på 10 detonatorer, fra n. 1 til n. 10, som hver tilsvarer en økende ladningsvekt. I praksis er de fleste sprengstoffene på markedet i dag følsomme for et n. 8 detonator, hvor ladningen tilsvarer 2 gram kvikksølv fulminat .

Detonasjonens hastighet

Hastigheten som reaksjonsprosessen forplanter seg med i sprengstoffets masse. De fleste kommersielle gruvesprengstoff har detonasjonshastigheter fra 1800 m/s til 8000 m/s. I dag kan detonasjonshastigheten måles med nøyaktighet. Sammen med tetthet er det et viktig element som påvirker utbyttet av energien som overføres for både atmosfærisk overtrykk og bakkeakselerasjon. Per definisjon har et "lavt eksplosiv", for eksempel svart pulver, eller røykfritt krutt en forbrenningshastighet på 171–631 m/s. I kontrast har et "høyt eksplosiv", enten det er en primær, for eksempel detonerende ledning , eller en sekundær, for eksempel TNT eller C-4, en betydelig høyere brenningshastighet.

Stabilitet

Stabilitet er evnen til et eksplosiv å lagres uten forringelse .

Følgende faktorer påvirker stabiliteten til et eksplosiv:

  • Kjemisk konstitusjon . I strengeste tekniske forstand er ordet "stabilitet" et termodynamisk begrep som refererer til energien til et stoff i forhold til en referansetilstand eller til et annet stoff. Imidlertid, i sammenheng med eksplosiver, refererer stabilitet vanligvis til enkel detonasjon, som er opptatt av kinetikk (dvs. nedbrytningshastighet). Det er derfor kanskje best å skille mellom termene termodynamisk stabil og kinetisk stabil ved å omtale førstnevnte som "inert". I motsetning sies det at en kinetisk ustabil substans er "labil". Det er generelt anerkjent at visse grupper som nitro (–NO 2 ), nitrat (–ONO 2 ) og azid (–N 3 ) er iboende labile. Kinetisk eksisterer det en lav aktiveringsbarriere for nedbrytningsreaksjonen. Følgelig viser disse forbindelsene høy følsomhet for flamme eller mekanisk sjokk. Den kjemiske bindingen i disse forbindelsene er karakterisert som overveiende kovalent, og de stabiliseres derfor ikke termodynamisk av en høy ionisk gitterenergi. Videre har de generelt positive dannelsesenthalpier, og det er liten mekanistisk hindring for intern molekylær omlegging for å gi de mer termodynamisk stabile (sterkere binde) nedbrytningsproduktene. For eksempel, i blyazid , Pb (N 3 ) 2 , er nitrogenatomene allerede bundet til hverandre, så nedbrytning til Pb og N 2 [1] er relativt lett.
  • Temperatur lagringsplass. Nedbrytningshastigheten til sprengstoff øker ved høyere temperaturer. Alle standard militære sprengstoff kan anses å ha en høy grad av stabilitet ved temperaturer fra –10 til +35 ° C, men hver har en høy temperatur der nedbrytningshastigheten raskt akselererer og stabiliteten reduseres. Som en tommelfingerregel blir de fleste eksplosiver farlig ustabile ved temperaturer over 70 ° C.
  • Eksponering for sollys . Når de utsettes for ultrafiolette solstråler, brytes mange eksplosive forbindelser som inneholder nitrogengrupper raskt ned, noe som påvirker stabiliteten.
  • Elektrisk utladning . Elektrostatisk eller gnistfølsomhet for initiering er vanlig i en rekke eksplosiver. Statisk eller annen elektrisk utladning kan være tilstrekkelig for å forårsake en reaksjon, til og med detonasjon, under noen omstendigheter. Som et resultatkreversikker håndtering av eksplosiver og pyroteknikk vanligvis riktig elektrisk jording av operatøren.

Kraft, ytelse og styrke

Begrepet kraft eller ytelse som det brukes på et eksplosiv refererer til dets evne til å utføre arbeid. I praksis er det definert som sprengstoffets evne til å oppnå det som er ment for energitilførsel (dvs. fragmentprojeksjon, luftblåsing, høyhastighetsstråle, undervannsstøt og bobleenergi, etc.). Eksplosiv kraft eller ytelse evalueres av en skreddersydd serie tester for å vurdere materialet for tiltenkt bruk. Av testene som er oppført nedenfor, er sylinderekspansjon og luftblåsingstester vanlige for de fleste testprogrammer, og de andre støtter spesifikke applikasjoner.

  • Sylinder ekspansjonstest. En standard mengde eksplosiv fylles i en lang hul sylinder , vanligvis av kobber, og detoneres i den ene enden. Det samles inn data om hastigheten for radial ekspansjon av sylinderen og maksimal sylinderveghastighet. Dette etablerer også den Gurney energi eller 2 E .
  • Sylinderfragmentering. En standard stålsylinder er lastet med eksplosiv og detonert i en sagflis. De fragmentene oppsamles og størrelsesfordelingen analysert.
  • Detonasjonstrykk ( Chapman - Jouguet -tilstand ). Detonasjonstrykkdata hentet fra målinger av sjokkbølger overført til vann ved detonasjon av sylindriske eksplosive ladninger av en standardstørrelse.
  • Bestemmelse av kritisk diameter. Denne testen fastslår den minimale fysiske størrelsen en ladning av et spesifikt eksplosiv må være for å opprettholde sin egen detonasjonsbølge. Prosedyren innebærer detonering av en serie ladninger med forskjellige diametre inntil det oppdages vanskeligheter med detonasjonsbølgeutbredelse.
  • Massiv diameter detonasjonshastighet. Detonasjonshastigheten er avhengig av lastetetthet (c), ladningsdiameter og kornstørrelse. Den hydrodynamiske teorien om detonasjon som brukes for å forutsi eksplosive fenomener inkluderer ikke ladningens diameter, og derfor en detonasjonshastighet, for en massiv diameter. Denne prosedyren krever avfyring av en serie ladninger med samme tetthet og fysiske struktur, men forskjellige diametre, og ekstrapolering av de resulterende detonasjonshastighetene for å forutsi detonasjonshastigheten til en ladning med en massiv diameter.
  • Trykk kontra skalert avstand. En ladning av en bestemt størrelse detoneres og dens trykkeffekter måles på en standard avstand. Verdiene som oppnås blir sammenlignet med verdiene for TNT.
  • Impuls mot skalert avstand. En ladning av en bestemt størrelse detoneres og dens impuls (området under trykk-tid-kurven) måles som en funksjon av avstand. Resultatene er tabellert og uttrykt som TNT -ekvivalenter.
  • Relativ bobleenergi (RBE). En ladning på 5 til 50 kg detoneres i vann og piezoelektriske målere måler topptrykk, tidskonstant, impuls og energi.
RBE kan defineres som K x 3
RBE = K s
hvor K = boblens ekspansjonsperiode for en eksperimentell ( x ) eller en standard ( er ) ladning.

Brisance

I tillegg til styrke, viser sprengstoff en annen egenskap, som er deres knusende effekt eller brisance (fra den franske betydningen til "pause"), som er utpreget og atskilt fra deres totale arbeidskapasitet. Denne egenskapen er av praktisk betydning for å bestemme effektiviteten av en eksplosjon i fragmenterende skall, bombehus, granater og lignende. Hastigheten som et eksplosiv når sitt topptrykk ( kraft ) er et mål på dets brisance. Brisance -verdier er hovedsakelig ansatt i Frankrike og Russland.

Sandknusetesten brukes vanligvis for å bestemme den relative brisansen i forhold til TNT. Ingen test er i stand til direkte å sammenligne de eksplosive egenskapene til to eller flere forbindelser; Det er viktig å undersøke dataene fra flere slike tester ( sandknusing , trauzl og så videre) for å måle relativ brisance. Sanne verdier for sammenligning krever feltforsøk.

Tetthet

Lastens tetthet refererer til massen av et eksplosiv per volumenhet. Flere metoder for lasting er tilgjengelige, inkludert pellettlastning, støpt lasting og presselasting, og valget bestemmes av egenskapene til eksplosivet. Avhengig av anvendt metode kan en gjennomsnittlig tetthet av den ladede ladningen oppnås som ligger innenfor 80–99% av den teoretiske maksimale tettheten til sprengstoffet. Høy lastetetthet kan redusere følsomheten ved å gjøre massen mer motstandsdyktig mot indre friksjon . Imidlertid, hvis tettheten økes i den grad enkelte krystaller knuses, kan sprengstoffet bli mer følsomt. Økt lasttetthet tillater også bruk av mer eksplosivt, og øker derved kraften til stridshodet . Det er mulig å komprimere et eksplosiv utover et følsomhetspunkt, også kjent som dødpressing , der materialet ikke lenger er i stand til på en pålitelig måte å starte, om i det hele tatt.

Flyktighet

Flyktighet er beredskapen som et stoff fordamper med . Overdreven flyktighet resulterer ofte i utvikling av trykk innen runder med ammunisjon og separasjon av blandinger i deres bestanddeler. Flyktighet påvirker sprengstoffets kjemiske sammensetning slik at det kan oppstå en markert reduksjon i stabilitet, noe som resulterer i en økning i faren for håndtering.

Hygroskopi og vannbestandighet

Innføring av vann i et eksplosiv er svært uønsket siden det reduserer følsomheten, styrken og hastigheten til detonasjonen av sprengstoffet. Hygroskopi er et mål på et materials fuktabsorberende tendenser. Fukt påvirker eksplosiver negativt ved å virke som et inert materiale som absorberer varme når det fordampes, og ved å fungere som et løsningsmiddel som kan forårsake uønskede kjemiske reaksjoner. Følsomhet, styrke og detonasjonshastighet reduseres av inerte materialer som reduserer kontinuiteten til den eksplosive massen. Når fuktighetsinnholdet fordamper under detonasjon, oppstår avkjøling, noe som reduserer reaksjonstemperaturen. Stabilitet påvirkes også av tilstedeværelsen av fuktighet siden fuktighet fremmer nedbrytning av eksplosivet og i tillegg forårsaker korrosjon av sprengstoffets metallbeholder.

Sprengstoff skiller seg betydelig fra hverandre når det gjelder deres oppførsel i nærvær av vann. Gelatindynamitter som inneholder nitroglyserin har en viss vannbestandighet. Sprengstoff basert på ammoniumnitrat har liten eller ingen vannmotstand, ettersom ammoniumnitrat er svært løselig i vann og er hygroskopisk.

Giftighet

Mange sprengstoff er til en viss grad giftige . Produksjonsmateriell kan også være organiske forbindelser eller farlige materialer som krever spesiell overlevering på grunn av risiko (for eksempel kreftfremkallende stoffer ). Nedbrytingsproduktene, gjenværende faste stoffer eller gasser fra noen eksplosiver kan være giftige, mens andre er ufarlige, for eksempel karbondioksid og vann.

Eksempler på skadelige biprodukter er:

  • Tungmetaller, som bly, kvikksølv og barium fra primere (observert i skyteområder med store volumer)
  • Nitrogenoksider fra TNT
  • Perklorater ved bruk i store mengder

"Grønne sprengstoff" søker å redusere miljø- og helsepåvirkninger. Et eksempel på slikt er blyfritt primært eksplosivt kobber (I) 5-nitrotetrazolat, et alternativ til blyazid . En variant av et grønt eksplosiv er CDP -sprengstoff, hvis syntese ikke involverer noen giftige ingredienser, forbruker karbondioksid mens det detonerer og ikke frigjør nitrogenoksider til atmosfæren når det brukes.

Eksplosivt tog

Eksplosivt materiale kan inkorporeres i det eksplosive toget på en enhet eller et system. Et eksempel er en pyroteknisk ledning som tenner en booster, noe som får hovedladningen til å detonere.

Volum av eksplosjonsprodukter

De mest brukte sprengstoffene er kondenserte væsker eller faste stoffer som omdannes til gassformige produkter ved eksplosive kjemiske reaksjoner og energien som frigjøres ved disse reaksjonene. De gassformige produktene for fullstendig reaksjon er vanligvis karbondioksid , damp og nitrogen . Gassmengder beregnet etter den ideelle gassloven har en tendens til å være for store ved høyt trykk som er karakteristisk for eksplosjoner. Den endelige volumutvidelsen kan estimeres til tre størrelsesordener, eller en liter per gram eksplosiv. Sprengstoff med et oksygenunderskudd vil generere sot eller gasser som karbonmonoksid og hydrogen , som kan reagere med omgivende materialer som atmosfærisk oksygen . Forsøk på å skaffe mer presise volumestimater må vurdere muligheten for slike sidereaksjoner, kondensering av damp og vandig løselighet av gasser som karbondioksid.

Til sammenligning er CDP -detonasjon basert på rask reduksjon av karbondioksid til karbon med rikelig frigjøring av energi. I stedet for å produsere typiske avgasser som karbondioksid, karbonmonoksid, nitrogen og nitrogenoksider, er CDP annerledes. I stedet fordamper og utsetter den svært energiske reduksjonen av karbondioksid til karbon overflødig tørris ved bølgefronten, som er den eneste gassen som frigjøres fra detonasjonen. Detonasjonshastigheten for CDP -formuleringer kan derfor tilpasses ved å justere vektprosenten av reduksjonsmiddel og tørris. CDP -detonasjoner produserer en stor mengde faste materialer som kan ha stor kommersiell verdi som slipemiddel:

Eksempel-CDP-detonasjonsreaksjon med magnesium: XCO 2 + 2Mg → 2MgO + C + (X-1) CO 2

Produktene for detonasjon i dette eksemplet er magnesiumoksid, karbon i forskjellige faser, inkludert diamant, og fordampet overflødig karbondioksid som ikke ble forbrukt av mengden magnesium i den eksplosive formuleringen.

Oksygenbalanse (OB% eller Ω )

Oksygenbalanse er et uttrykk som brukes til å indikere i hvilken grad et eksplosiv kan oksideres. Hvis et eksplosivt molekyl inneholder akkurat nok oksygen til å konvertere alt karbonet til karbondioksid, alt hydrogenet til vann og alt metallet til metalloksydet uten overskudd, sies det at molekylet har en oksygenbalanse null. Det sies at molekylet har en positiv oksygenbalanse hvis det inneholder mer oksygen enn det som er nødvendig og en negativ oksygenbalanse hvis det inneholder mindre oksygen enn det som er nødvendig. Følsomheten, styrken og brisansen til et eksplosiv er alle noe avhengig av oksygenbalanse og har en tendens til å nærme seg maksimumene når oksygenbalansen nærmer seg null.

Oksygenbalansen gjelder tradisjonell sprengstoffmekanikk med antagelsen om at karbon oksideres til karbonmonoksid og karbondioksid under detonasjon. I det som virker som et paradoks for en sprengstoffekspert, bruker Cold Detonation Physics karbon i sin mest oksyderte tilstand som kilde til oksygen i form av karbondioksid. Oksygenbalansen gjelder derfor enten ikke for en CDP -formulering eller må beregnes uten å inkludere karbonet i karbondioksidet.

Kjemisk oppbygning

Et kjemisk eksplosiv kan bestå av enten en kjemisk ren forbindelse, for eksempel nitroglyserin , eller en blanding av et drivstoff og en oksydator , for eksempel svart pulver eller kornstøv og luft.

Rene forbindelser

Noen kjemiske forbindelser er ustabile ved at de, når de er sjokkert, reagerer, muligens til detonasjonspunktet. Hvert molekyl av forbindelsen dissosierer til to eller flere nye molekyler (vanligvis gasser) med frigjøring av energi.

  • Nitroglyserin : En svært ustabil og sensitiv væske
  • Acetonperoksid : Et veldig ustabilt hvitt organisk peroksid
  • TNT : Gule ufølsomme krystaller som kan smeltes og støpes uten detonasjon
  • Cellulosenitrat : En nitrert polymer som kan være høy eller lav eksplosiv avhengig av nitreringsnivå og betingelser
  • RDX , PETN , HMX : Meget kraftige sprengstoff som kan brukes rent eller i plastsprengstoff

Sammensetningene ovenfor kan beskrive det meste av det eksplosive materialet, men et praktisk eksplosiv vil ofte inneholde små prosentandeler av andre stoffer. For eksempel er dynamitt en blanding av høysensitivt nitroglyserin med sagflis , silisiumdioksidpulver eller oftest diatoméjord , som fungerer som stabilisatorer. Plast og polymerer kan tilsettes for å binde pulver av eksplosive forbindelser; voks kan innarbeides for å gjøre dem tryggere å håndtere; aluminiumspulver kan introduseres for å øke total energi og blasteffekter. Eksplosive forbindelser blir også ofte "legert": HMX- eller RDX-pulver kan blandes (vanligvis ved smeltestøping) med TNT for å danne Octol eller Cyclotol .

Oksidert drivstoff

En oksidasjonsmiddel er et rent stoff ( molekyl ) som i en kjemisk reaksjon kan bidra med noen atomer av ett eller flere oksiderende elementer, der drivstoffkomponenten i eksplosivet brenner. På det enkleste nivået kan oksidasjonsmidlet i seg selv være et oksiderende element , for eksempel gassformig eller flytende oksygen .

Tilgjengelighet og pris

Tilgjengeligheten og kostnaden for sprengstoff bestemmes av tilgjengeligheten av råvarene og kostnaden, kompleksiteten og sikkerheten ved produksjonsoperasjonene.

Klassifisering

Av følsomhet

Hoved

Et primærsprengstoff er et eksplosiv som er ekstremt følsomt for stimuli som slag , friksjon , varme , statisk elektrisitet eller elektromagnetisk stråling . Noen primære eksplosiver er også kjent som kontaktsprengstoff . En relativt liten mengde energi er nødvendig for initiering . Som en veldig generell regel anses primærsprengstoff å være de forbindelsene som er mer følsomme enn PETN . Som et praktisk tiltak er primærsprengstoff tilstrekkelig følsomme til at de kan startes pålitelig med et slag fra en hammer; Imidlertid kan PETN vanligvis også startes på denne måten, så dette er bare en veldig bred retningslinje. I tillegg er flere forbindelser, for eksempel nitrogentriiodid , så følsomme at de ikke engang kan håndteres uten detonering. Nitrogentriiodid er så følsom at det pålitelig kan detoneres ved eksponering for alfastråling ; det er det eneste eksplosivet som dette er sant for.

Primærsprengstoff brukes ofte i detonatorer eller for å utløse større ladninger av mindre følsomme sekundære eksplosiver . Primærsprengstoff brukes ofte i sprengningshett og slaglokk for å oversette et fysisk sjokk -signal. I andre situasjoner brukes forskjellige signaler som elektrisk eller fysisk sjokk, eller, for laser -detonasjonssystemer, lys for å starte en handling, dvs. en eksplosjon. En liten mengde, vanligvis milligram, er tilstrekkelig for å starte en større ladning eksplosiv som vanligvis er tryggere å håndtere.

Eksempler på primære høyeksplosiver er:

Sekundær

Et sekundært eksplosiv er mindre følsomt enn et primært eksplosiv og krever betydelig mer energi for å starte. Fordi de er mindre følsomme, er de brukbare i et bredere spekter av applikasjoner og er tryggere å håndtere og lagre. Sekundære sprengstoff brukes i større mengder i et eksplosivt tog og blir vanligvis initiert av en mindre mengde av et primært eksplosiv.

Eksempler på sekundære eksplosiver inkluderer TNT og RDX .

Tertiær

Tertiære sprengstoff , også kalt sprengningsmidler , er så ufølsomme for sjokk at de ikke kan detoneres pålitelig av praktiske mengder primært eksplosiv , og krever i stedet en mellomliggende eksplosiv booster av sekundært eksplosiv . Disse brukes ofte for sikkerhet og de vanligvis lavere kostnadene for materiale og håndtering. De største forbrukerne er gruve- og anleggsvirksomhet i stor skala .

De fleste tertiaries inkluderer et drivstoff og en oksydator. ANFO kan være et tertiært sprengstoff hvis reaksjonshastigheten er langsom.

Etter hastighet

Lav

Lavsprengstoff er forbindelser der nedbrytningshastigheten går gjennom materialet ved mindre enn lydens hastighet . Nedbrytningen forplantes av en flammefront ( deflagration ) som beveger seg mye langsommere gjennom det eksplosive materialet enn en sjokkbølge av et høyt eksplosiv . Under normale forhold gjennomgår lave sprengstoff eksplosjon med hastigheter som varierer fra noen få centimeter per sekund til omtrent 0,4 kilometer i sekundet. Det er mulig for dem å deflagrere veldig raskt, noe som gir en effekt som ligner en detonasjon . Dette kan skje under høyere trykk (for eksempel når krutt brenner inn i det begrensede rommet i et kulehylster, og akselererer kulen til langt utover lydens hastighet) eller temperatur .

Et lavt eksplosivstoff er vanligvis en blanding av et brennbart stoff og en oksidant som brytes raskt ned (deflagrering); de brenner imidlertid saktere enn et høyt eksplosiv , som har en ekstremt rask brennhastighet.

Lavsprengstoff brukes vanligvis som drivmidler . Inkludert i denne gruppen er petroleumsprodukter som propan og bensin , krutt (inkludert røykfritt pulver ) og lett pyroteknikk , som fakkel og fyrverkeri , men kan erstatte høyeksplosiver i visse bruksområder, se gasstrykk sprengning.

Høy

Høysprengstoff (HE) er eksplosive materialer som detonerer , noe som betyr at den eksplosive støtfronten passerer gjennom materialet i supersonisk hastighet. Høysprengstoff detonerer med en eksplosiv hastighet på omtrent 3–9 kilometer i sekundet (9 800–29 500 fot/s). For eksempel har TNT en detonasjons (forbrenning) hastighet på omtrent 5,8 km/s (19 000 fot per sekund), detonerende ledning på 6,7 km/s (22 000 fot per sekund) og C-4 omtrent 8,5 km/s (29 000 fot per sekund). De er vanligvis ansatt i gruvedrift, riving og militære applikasjoner. De kan deles inn i to sprengstoffklasser differensiert etter følsomhet : primær eksplosiv og sekundær eksplosiv . Begrepet høyeksplosiv står i kontrast til begrepet laveksplosivt , som eksploderer ( deflagrerer ) med lavere hastighet.

Utallige eksplosive forbindelser er kjemisk mulige, men kommersielt og militært viktige har inkludert NG , TNT , TNX, RDX , HMX , PETN , TATB og HNS .

Etter fysisk form

Sprengstoff er ofte preget av den fysiske formen som sprengstoffene produseres eller brukes i. Disse bruksformene er vanligvis kategorisert som:

Fraktetikettklassifiseringer

Fraktetiketter og etiketter kan inneholde både FN og nasjonale merker.

FN -merkingene inkluderer nummererte Hazard Class and Division (HC/D) koder og alfabetiske kompatibilitetsgruppekoder. Selv om de to er beslektede, er de separate og distinkte. Enhver kompatibilitetsgruppebetegnelse kan tilordnes enhver fareklasse og divisjon. Et eksempel på dette hybrid merking ville være en forbruker fyrverkeri , som er merket som 1.4G eller 1.4S.

Eksempler på nasjonale merker vil inkludere United States Department of Transportation (US DOT) koder.

FNs organisasjon (UNO) fareklasse og divisjon (HC/D)

Eksplosiv advarselsskilt

Hazard Class and Division (HC/D) er en numerisk betegnelse i en fareklasse som angir karakter, overvekt av tilknyttede farer og potensial for å forårsake personskade og materielle skader. Det er et internasjonalt akseptert system som kommuniserer ved bruk av minimumsmarkeringen av den primære faren forbundet med et stoff.

Oppført nedenfor er divisjonene for klasse 1 (eksplosiver):

  • 1.1 Fare for masse detonasjon. Med HC/D 1.1 forventes det at hvis en gjenstand i en beholder eller pall utilsiktet detonerer, vil eksplosjonen sympatisk detonere de omkringliggende elementene. Eksplosjonen kan spre seg til alle eller flertallet av gjenstandene som er lagret sammen, og forårsake en massetonasjon. Det vil også være fragmenter fra elementets foringsrør og/eller strukturer i sprengningsområdet.
  • 1.2 Ikke-masseeksplosjon, fragmentproduserende. HC/D 1.2 er videre delt inn i tre underavdelinger, HC/D 1.2.1, 1.2.2 og 1.2.3, for å ta høyde for størrelsen på effektene av en eksplosjon.
  • 1.3 Massebrann, mindre eksplosjon eller fragmentfare. Drivmidler og mange pyrotekniske gjenstander faller i denne kategorien. Hvis ett element i en pakke eller stabel starter, vil det vanligvis spre seg til de andre elementene og skape en massebrann.
  • 1.4 Moderat brann, ingen eksplosjon eller fragment. HC/D 1.4 -elementer er oppført i tabellen som eksplosiver uten noen vesentlig fare. De fleste håndvåpen ammunisjon (inkludert lastede våpen) og noen pyrotekniske gjenstander faller i denne kategorien. Hvis det energiske materialet i disse elementene utilsiktet starter, vil det meste av energien og fragmentene bli inneholdt i lagringsstrukturen eller selve beholderne.
  • 1,5 masse detonasjonsfare, veldig ufølsom.
  • 1.6 detonasjonsfare uten masse detonasjonsfare, ekstremt ufølsom.

For å se en hel UNO-tabell, bla gjennom avsnittene 3-8 og 3-9 i NAVSEA OP 5, bind. 1, kapittel 3.

Klasse 1 -kompatibilitetsgruppe

Kompatibilitet Gruppekoder brukes for å indikere lagringskompatibilitet for HC/D klasse 1 (eksplosive) materialer. Bokstaver brukes til å angi 13 kompatibilitetsgrupper som følger.

  • A : Primært eksplosivt stoff (1.1A).
  • B : En artikkel som inneholder et primært eksplosivt stoff og som ikke inneholder to eller flere effektive beskyttelsesegenskaper. Noen artikler, for eksempel detonatorsamlinger for sprengning og primere, hette-type, er inkludert. (1.1B, 1.2B, 1.4B).
  • C : Eksplosivt drivstoff eller annet eksplosjonsfarlig stoff eller gjenstand som inneholder slike eksplosive stoffer (1.1C, 1.2C, 1.3C, 1.4C). Dette er bulkdrivmidler , drivladninger og enheter som inneholder drivmidler med eller uten antennelsesmidler. Eksempler inkluderer enkeltbasert drivmiddel, dobbeltbasert drivmiddel, trippelbasert drivmiddel og komposittdrivmidler , solide rakettmotorer og ammunisjon med inerte prosjektiler.
  • D : Sekundært detonerende eksplosivt stoff eller svart pulver eller gjenstand som inneholder et sekundært detonerende eksplosivt stoff, i hvert tilfelle uten igangsetting og uten drivladning, eller gjenstand som inneholder et primært eksplosivt stoff og som inneholder to eller flere effektive beskyttelsesegenskaper. (1.1D, 1.2D, 1.4D, 1.5D).
  • E : Artikkel som inneholder et sekundært detonerende eksplosivt stoff uten initiering, med en drivladning (annet enn en som inneholder brannfarlig væske, gel eller hypergolisk væske) (1.1E, 1.2E, 1.4E).
  • F som inneholder et sekundært detonerende eksplosivt stoff med initiering, med en drivladning (annet enn en som inneholder brannfarlig væske, gel eller hypergolisk væske) eller uten drivladning (1.1F, 1.2F, 1.3F, 1.4F).
  • G : Pyroteknisk stoff eller gjenstand som inneholder et pyroteknisk stoff, eller en artikkel som inneholder både et eksplosivt stoff og et lysende, brannfarlig, tåreproduserende eller røykproduserende stoff (annet enn en vannaktivert artikkel eller en som inneholder hvitt fosfor, fosfid eller brannfarlig væske eller gel eller hypergolisk væske) (1,1G, 1,2G, 1,3G, 1,4G). Eksempler inkluderer bluss, signaler, brann- eller lysende ammunisjon og andre røyk- og tåredannende enheter.
  • H : Artikkel som inneholder både et eksplosivt stoff og hvitt fosfor (1,2H, 1,3H). Disse artiklene brenner spontant når de utsettes for atmosfæren.
  • J : Artikkel som inneholder både et eksplosivt stoff og brannfarlig væske eller gel (1.1J, 1.2J, 1.3J). Dette utelukker væsker eller geler som er spontant brannfarlige når de utsettes for vann eller atmosfæren, som tilhører gruppe H. Eksempler inkluderer væske- eller gelfylt brennende ammunisjon, brensel-luft-eksplosive (FAE) enheter og brannfarlige væskedrevne missiler.
  • K : Artikkel som inneholder både et eksplosivt stoff og et giftig kjemisk middel (1.2K, 1.3K)
  • L Eksplosivt stoff eller en artikkel som inneholder et eksplosivt stoff og som utgjør en spesiell risiko (f.eks. På grunn av vannaktivering eller tilstedeværelse av hypergoliske væsker, fosfider eller pyroforiske stoffer) som trenger isolasjon av hver type (1.1L, 1.2L, 1.3L). Skadet eller mistenkt ammunisjon fra enhver gruppe tilhører denne gruppen.
  • N : Artikler som bare inneholder ekstremt ufølsomme detonerende stoffer (1,6N).
  • S : Stoff eller artikkel som er så pakket eller utformet at eventuelle farlige effekter som oppstår ved utilsiktet funksjon er begrenset i den grad at de ikke i vesentlig grad hindrer eller forby brannslokking eller andre beredskapsarbeider i umiddelbar nærhet av pakken (1.4S).

Regulering

Lovligheten av å ha eller bruke sprengstoff varierer etter jurisdiksjon. Ulike land rundt om i verden har vedtatt sprengstofflovgivning og krever lisenser for å produsere, distribuere, lagre, bruke, eie eksplosiver eller ingredienser.

Nederland

I Nederland er sivil og kommersiell bruk av eksplosiver dekket av Wet explosieven voor civiel gebruik (eksplosiver for sivil bruk), i samsvar med EU -direktiv nr. 93/15/EEG (nederlandsk). Den ulovlige bruken av sprengstoff er dekket av Wet Wapens en Munitie (våpen- og ammunisjonsloven) (nederlandsk).

Storbritannia

Den nye eksplosivforskriften 2014 (ER 2014) trådte i kraft 1. oktober 2014 og definerer "eksplosiv" som:

"a) enhver eksplosiv artikkel eller eksplosivt stoff som ville -

(i) hvis den er pakket for transport, klassifiseres i samsvar med FNs anbefalinger som omfattet av klasse 1; eller

(ii) klassifiseres i samsvar med FNs anbefalinger som -

(aa) å være overdrevent sensitiv eller så reaktiv at den blir utsatt for spontan reaksjon og følgelig for farlig å transportere, og

(bb) faller inn under klasse 1; eller

(b) et ufølsomt eksplosivstoff,

men det inkluderer ikke et eksplosivt stoff produsert som en del av en produksjonsprosess som deretter omarbeider det for å produsere et stoff eller preparat som ikke er et eksplosivt stoff "

"Alle som ønsker å anskaffe og eller beholde relevante eksplosiver må kontakte sin lokale politi -eksplosivforbindelsesoffiser. Alle eksplosiver er relevante eksplosiver bortsett fra de som er oppført under Schedule 2 of Explosives Regulations 2014."

forente stater

Under første verdenskrig ble det opprettet mange lover for å regulere krigsrelaterte næringer og øke sikkerheten i USA. I 1917 opprettet den 65. amerikanske kongressen mange lover , inkludert Spionage Act fra 1917 og Explosives Act fra 1917 .

Den Sprengstoff Act of 1917 (sesjon 1, kapittel 83, 40  Stat.  385 ) ble undertegnet 6. oktober 1917 og trådte i kraft 16. 1917. november juridisk Sammendraget er "An Act å forby produksjon, distribusjon, lagring, bruk, og besittelse i krigstid av eksplosiver, og gir forskrifter for sikker produksjon, distribusjon, lagring, bruk og besittelse av samme og for andre formål ". Dette var den første føderale forskriften for lisensiering av kjøp av eksplosiver. Handlingen ble deaktivert etter at første verdenskrig ble avsluttet.

Etter at USA gikk inn i andre verdenskrig , ble eksplosivloven fra 1917 aktivert på nytt. I 1947 ble handlingen deaktivert av president Truman .

The Organized Crime Control Act of 1970 ( Pub.L.  91–452 ) overførte mange sprengstoffforskrifter til Bureau of Alcohol, Tobacco and Firearms (ATF) ved Department of Treasury . Lovforslaget trådte i kraft i 1971.

Foreløpig er forskrifter regulert av tittel 18 i USAs kode og tittel 27 i koden for føderale forskrifter :

  • "Import, produksjon, distribusjon og lagring av eksplosive materialer" (18 USC kapittel 40).
  • "Handel med eksplosiver" (27 CFR kapittel II, del 555).

Mange stater begrenser besittelse, salg og bruk av sprengstoff.

Liste

Forbindelser

Acetylider

Fulminates

Nitro

Nitrater

Aminer

Peroksider

Oksider

Usortert

Blandinger

Elementer og isotoper

Se også

Referanser

Videre lesning

USAs regjering
  • Sprengstoff og rivninger FM 5–250; US Department of the Army; 274 s .; 1992.
  • Militære eksplosiver TM 9-1300-214; US Department of the Army; 355 s .; 1984.
  • Håndbok for eksplosiver og sprengningsprosedyrer ; USAs innenriksdepartement; 128 s .; 1982.
  • Sikkerhets- og ytelsestester for kvalifisering av eksplosiver ; Kommandør, kommando for sjøvåpensystemer; NAVORD OD 44811. Washington, DC: GPO, 1972.
  • Grunnleggende om våpensystemer ; Kommandør, kommando for sjøforsvarssystemer. NAVORD OP 3000, vol. 2, 1. rev. Washington, DC: GPO, 1971.
  • Elements of Armament Engineering - Del ett ; Hærens forskningskontor. Washington, DC: US Army Materiel Command , 1964.
  • Farlige materialer Transportplakater; USDOT.
Institute of Makers of Explosives
Annet historisk

Eksterne linker

Oppført i alfabetisk rekkefølge: