Explosiv

För det engelska bandet, se The Explosive . För det amerikanska bandet, se The Explosives . För låten av Dr Dre, se Xxplosive . För annan användning, se Explosiv (disambiguation) .

Demonstration av de explosiva egenskaperna hos tre olika sprängämnen; fyra explosioner demonstreras. Tre utförs på en solid marmorbas, och en utförs på demonstrantens hand; var och en initieras av en glödande träpinne.

Ett explosivt (eller explosivt material ) är ett reaktivt ämne som innehåller en stor mängd potentiell energi som kan producera en explosion om den släpps plötsligt, vanligtvis tillsammans med produktionen av ljus , värme , ljud och tryck . En explosiv laddning är en uppmätt mängd explosivt material, som antingen kan bestå av enbart en ingrediens eller vara en blandning som innehåller minst två ämnen.

Den potentiella energin som lagras i ett explosivt material kan t.ex

Explosiva material kan kategoriseras efter den hastighet med vilken de expanderar. Material som detonerar (framsidan av den kemiska reaktionen rör sig snabbare genom materialet än ljudets hastighet ) sägs vara "höga explosiva ämnen" och material som deflagrerar sägs vara "lågt explosiva". Sprängämnen kan också kategoriseras efter deras känslighet . Känsliga material som kan initieras av en relativt liten mängd värme eller tryck är primära sprängämnen och material som är relativt okänsliga är sekundära eller tertiära sprängämnen .

En mängd olika kemikalier kan explodera; ett mindre antal tillverkas specifikt för att användas som sprängämnen. Resten är för farliga, känsliga, giftiga, dyra, instabila eller benägna att sönderfalla eller nedbrytas under korta tidsperioder.

Däremot är vissa material bara brännbara eller brandfarliga om de brinner utan att explodera.

Skillnaden är dock inte knivskarp. Vissa material – damm, pulver, gaser eller flyktiga organiska vätskor – kan helt enkelt vara brännbara eller brandfarliga under vanliga förhållanden, men blir explosiva i specifika situationer eller former, såsom spridda luftburna moln eller inneslutning eller plötslig utsläpp .

Historia

Se även: Krutets historia
The Great Western Powder Company i Toledo, Ohio, en tillverkare av sprängämnen, sågs 1905

Tidiga termiska vapen , som grekisk eld , har funnits sedan urminnes tider. Vid dess rötter ligger historien om kemiska sprängämnen i krutets historia . Under Tangdynastin på 900-talet försökte taoistiska kinesiska alkemister ivrigt hitta odödlighetens elixir. I processen snubblade de över den explosiva uppfinningen av svartkrut tillverkat av kol, salpeter och svavel 1044. Krut var den första formen av kemiska sprängämnen och 1161 använde kineserna sprängämnen för första gången i krigföring. Kineserna skulle införliva sprängämnen som avfyrades från bambu- eller bronsrör som kallas bambu smällare. Kineserna stoppade också in levande råttor inuti bambu smällare; när de avfyrades mot fienden skapade de flammande råttorna stora psykologiska konsekvenser – skrämma bort fiendens soldater och fick kavallerienheter att gå vilda.

Det första användbara sprängämnet starkare än svartkrut var nitroglycerin , utvecklat 1847. Eftersom nitroglycerin är en flytande och mycket instabil, ersattes det av nitrocellulosa , trinitrotoluen ( TNT ) 1863, rökfritt pulver , dynamit 1867 och gelignit (de två sistnämnda är sofistikerade stabiliserade preparat av nitroglycerin snarare än kemiska alternativ, båda uppfunna av Alfred Nobel ). Första världskriget såg antagandet av TNT i artillerigranater. Andra världskriget såg omfattande användning av nya sprängämnen (se Lista över sprängämnen som användes under andra världskriget ).

Dessa har i sin tur till stor del ersatts av kraftigare sprängämnen som C-4 och PETN . Men C-4 och PETN reagerar med metall och tar lätt eld, men till skillnad från TNT är C-4 och PETN vattentäta och formbara.

Ansökningar

Kommersiell

En video om säkerhetsåtgärder vid sprängplatser

Den största kommersiella tillämpningen av sprängämnen är gruvdrift . Oavsett om gruvan ligger på ytan eller är begravd under jord, kan detonationen eller deflagrationen av antingen en hög eller låg explosiv substans i ett begränsat utrymme användas för att frigöra en ganska specifik delvolym av ett sprött material i en mycket större volym av detsamma. eller liknande material. Gruvindustrin tenderar att använda nitratbaserade sprängämnen som emulsioner av eldningsolja och ammoniumnitratlösningar , blandningar av ammoniumnitratprills (gödselpellets) och eldningsolja ( ANFO ) och gelatinösa suspensioner eller uppslamningar av ammoniumnitrat och brännbara bränslen.

Inom materialvetenskap och teknik används sprängämnen i beklädnad ( explosionssvetsning) . En tunn platta av något material placeras ovanpå ett tjockt lager av ett annat material, båda lagren är vanligtvis av metall. Ovanpå det tunna lagret placeras ett sprängämne. I ena änden av sprängämneslagret initieras explosionen. De två metallskikten tvingas samman med hög hastighet och med stor kraft. Explosionen sprider sig från initieringsplatsen genom hela sprängämnet. Idealiskt ger detta en metallurgisk bindning mellan de två skikten.

En video som beskriver hur man säkert hanterar sprängämnen i gruvor.

Eftersom den tid som stötvågen tillbringar vid någon punkt är liten, kan vi se blandning av de två metallerna och deras ytkemi, genom en bråkdel av djupet, och de tenderar att blandas på något sätt. Det är möjligt att en del av ytmaterialet från båda skikten så småningom kastas ut när slutet av materialet nås. Därför kan massan av det nu "svetsade" dubbelskiktet vara mindre än summan av massorna av de två initiala skikten.

Det finns applikationer [ vilka? ] där en stötvåg och elektrostatik kan resultera i höghastighetsprojektiler. [ citat behövs ]

Militär

Huvudartikel: Explosivt vapen

Civil

Se även: Sprängämnesteknik

Säkerhet

Huvudartikel: Säkerhet för sprängämnen

Typer

Kemisk

Det internationella piktogram för explosiva ämnen

En explosion är en typ av spontan kemisk reaktion som, när den väl har initierats, drivs av både en stor exoterm förändring (stor värmeavgivning) och en stor positiv entropiförändring (stora mängder gaser frigörs) när den går från reaktanter till produkter, och därmed utgör en termodynamiskt gynnsam process förutom en som fortplantar sig mycket snabbt. Sprängämnen är alltså ämnen som innehåller en stor mängd energi lagrad i kemiska bindningar . Den energetiska stabiliteten hos de gasformiga produkterna och därmed deras generering kommer från bildningen av starkt bundna arter som kolmonoxid, koldioxid och (di)kväve, som innehåller starka dubbel- och trippelbindningar med bindningsstyrkor på nästan 1 MJ/mol. Följaktligen är de flesta kommersiella sprängämnen organiska föreningar som innehåller -NO 2 , -ONO 2 och -NHNO 2 grupper som, när de detoneras, frigör gaser som de ovan nämnda (t.ex. nitroglycerin , TNT , HMX , PETN , nitrocellulosa ).

Ett sprängämne klassificeras som ett lågt eller högt explosivt ämne beroende på dess förbränningshastighet : låga sprängämnen brinner snabbt (eller deflagrerar ), medan höga explosiva ämnen detonerar . Även om dessa definitioner är distinkta, gör problemet med att exakt mäta snabb nedbrytning praktisk klassificering av sprängämnen svårt.

Traditionell sprängmekanik bygger på den stötkänsliga snabba oxidationen av kol och väte till koldioxid, kolmonoxid och vatten i form av ånga. Nitrater ger vanligtvis det syre som krävs för att bränna kolet och vätebränslet. Höga explosiva ämnen tenderar att ha syre, kol och väte som finns i en organisk molekyl, och mindre känsliga sprängämnen som ANFO är kombinationer av bränsle (kol och vätebrännolja) och ammoniumnitrat . Ett sensibiliseringsmedel såsom pulveriserat aluminium kan tillsättas till ett sprängämne för att öka detonationens energi. När den väl detonerat kommer kvävedelen av den explosiva formuleringen fram som kvävgas och giftiga kväveoxider .

Sönderfall

Den kemiska nedbrytningen av ett explosivämne kan ta år, dagar, timmar eller en bråkdel av en sekund. De långsammare nedbrytningsprocesserna äger rum i lagring och är av intresse endast ur stabilitetssynpunkt. Av mer intresse är de andra två snabba formerna förutom nedbrytning: deflagration och detonation.

Deflagration

Huvudartikel: Deflagration

Vid deflagration fortplantas sönderdelningen av det explosiva materialet av en flamfront som rör sig långsamt genom det explosiva materialet med hastigheter som är lägre än ljudets hastighet i ämnet (vanligtvis under 340 m/s eller 1240 km/h) i motsats till detonation, som inträffar vid hastigheter högre än ljudets hastighet. Deflagration är en egenskap hos lågexplosivt material.

Detonation

Huvudartikel: Detonation

Denna term används för att beskriva ett explosivt fenomen där sönderdelningen fortplantas av en stötvåg som passerar det explosiva materialet med hastigheter högre än ljudets hastighet i ämnet. Stötfronten kan passera genom det högexplosiva materialet med överljudshastigheter, vanligtvis tusentals meter per sekund.

Exotisk

Förutom kemiska sprängämnen finns det ett antal mer exotiska explosiva material, och exotiska metoder för att orsaka explosioner. Exempel inkluderar nukleära sprängämnen och plötslig uppvärmning av ett ämne till ett plasmatillstånd med en högintensiv laser eller ljusbåge .

Laser- och båguppvärmning används i lasersprängkapslar, sprängkapslar med exploderande bryggtråd och exploderande folieinitiatorer , där en stötvåg och sedan detonation i konventionellt kemiskt explosivt material skapas av laser- eller elektrisk bågeuppvärmning. Laser och elektrisk energi används för närvarande inte i praktiken för att generera det mesta av den energi som krävs, utan endast för att initiera reaktioner.

Egenskaper

För att fastställa ett explosivt ämnes lämplighet för en viss användning måste dess fysikaliska egenskaper först vara kända. Användbarheten av ett sprängämne kan bara uppskattas när egenskaperna och de faktorer som påverkar dem är fullt förstått. Några av de viktigare egenskaperna listas nedan:

Känslighet

Huvudartikel: Känslighet (sprängämnen)

Känslighet avser hur lätt ett explosivt ämne kan antändas eller detoneras, dvs mängden och intensiteten av stötar , friktion eller värme som krävs. När begreppet känslighet används måste man vara noga med att klargöra vilken typ av känslighet som diskuteras. Den relativa känsligheten hos ett givet explosivämne för stötar kan variera mycket från dess känslighet för friktion eller värme. Några av testmetoderna som används för att bestämma känslighet relaterar till:

  • Impact – Känslighet uttrycks i termer av det avstånd genom vilket en standardvikt måste tappas på materialet för att få det att explodera.
  • Friktion – Känslighet uttrycks i termer av mängden tryck som appliceras på materialet för att skapa tillräckligt med friktion för att orsaka en reaktion.
  • Värme – Känslighet uttrycks i termer av den temperatur vid vilken nedbrytning av materialet sker.

Specifika sprängämnen (vanligtvis men inte alltid mycket känsliga på en eller flera av de tre ovanstående axlarna) kan vara idiosynkratiskt känsliga för sådana faktorer som tryckfall, acceleration, förekomsten av vassa kanter eller grova ytor, oförenliga material, eller till och med - i sällsynta fall — kärn- eller elektromagnetisk strålning. Dessa faktorer utgör speciella faror som kan utesluta all praktisk nytta.

Känslighet är en viktig faktor vid val av sprängämne för ett visst ändamål. Sprängämnet i en pansargenomträngande projektil måste vara relativt okänsligt, annars skulle stöten vid stöten få den att detonera innan den trängde in till önskad punkt. De explosiva linserna runt kärnladdningar är också designade för att vara mycket okänsliga, för att minimera risken för oavsiktlig detonation.

Känslighet för initiering

Indexet för kapaciteten hos en sprängämne att initieras till detonation på ett varaktigt sätt. Den definieras av sprängkapselns kraft som säkerligen förbereder sprängämnet till en ihållande och kontinuerlig detonation. Hänvisning görs till Sellier-Bellot -skalan som består av en serie om 10 detonatorer, från n. 1 till n. 10, som var och en motsvarar en ökande laddningsvikt. I praktiken är de flesta av de sprängämnen som finns på marknaden idag känsliga för ett n. 8 detonator, där laddningen motsvarar 2 gram kvicksilver fulminat .

Detonationshastighet

Huvudartikel: Detonationshastighet

Den hastighet med vilken reaktionsprocessen fortplantar sig i sprängämnets massa. De flesta kommersiella gruvsprängämnen har detonationshastigheter som sträcker sig från 1800 m/s till 8000 m/s. Idag kan detonationshastigheten mätas med noggrannhet. Tillsammans med densitet är det ett viktigt element som påverkar utbytet av den överförda energin för både atmosfäriskt övertryck och markacceleration. Per definition har ett "lågsprängämne", som svartkrut, eller rökfritt krut en brinnhastighet på 171–631 m/s. Däremot har ett "högsprängämne", vare sig det är ett primärt, såsom detonationssnöre , eller ett sekundärt, såsom TNT eller C-4, en betydligt högre brinnhastighet på cirka 6900-8092 m/s.

Stabilitet

Huvudartikel: Kemisk stabilitet

Stabilitet är förmågan hos ett explosivämne att lagras utan att försämras .

Följande faktorer påverkar stabiliteten hos ett sprängämne:

  • Kemisk konstitution . I strikt teknisk mening är ordet "stabilitet" en termodynamisk term som syftar på energin hos ett ämne i förhållande till ett referenstillstånd eller till något annat ämne. Men i samband med explosiva ämnen hänvisar stabilitet vanligtvis till lätthet att detonera, vilket handlar om kinetik (dvs. nedbrytningshastighet). Det är kanske bäst därför att skilja mellan termerna termodynamiskt stabil och kinetiskt stabil genom att hänvisa till den förra som "inert". Tvärtom sägs ett kinetiskt instabilt ämne vara "labilt". Det är allmänt erkänt att vissa grupper som nitro (–NO 2 ), nitrat (–ONO 2 ) och azid (–N 3 ), är intrinsiskt labila. Kinetiskt finns det en låg aktiveringsbarriär för nedbrytningsreaktionen. Följaktligen uppvisar dessa föreningar hög känslighet för lågor eller mekaniska stötar. Den kemiska bindningen i dessa föreningar karakteriseras som övervägande kovalent och därför stabiliseras de inte termodynamiskt av en hög jongitterenergi. Vidare har de i allmänhet positiva bildningsentalpier och det finns lite mekanistiskt hinder för intern molekylär omlagring för att ge de mer termodynamiskt stabila (starkare bundna) sönderdelningsprodukterna. Till exempel, i blyazid , Pb(N 3 ) 2 , är kväveatomerna redan bundna till varandra, så nedbrytning till Pb och N 2 [1] är relativt lätt.
  • Lagringstemperatur . Hastigheten för nedbrytning av explosiva ämnen ökar vid högre temperaturer. Alla standard militära sprängämnen kan anses ha en hög grad av stabilitet vid temperaturer från –10 till +35 °C, men var och en har en hög temperatur vid vilken dess nedbrytningshastighet snabbt accelererar och stabiliteten minskar. Som en tumregel blir de flesta sprängämnen farligt instabila vid temperaturer över 70 °C.
  • Exponering för solljus . När de utsätts för de ultravioletta strålarna från solljus sönderdelas många explosiva föreningar som innehåller kvävegrupper snabbt, vilket påverkar deras stabilitet.
  • Elektrisk urladdning . Elektrostatisk eller gnistkänslighet för initiering är vanlig i ett antal sprängämnen. Statisk eller annan elektrisk urladdning kan vara tillräcklig för att orsaka en reaktion, till och med detonation, under vissa omständigheter. Som ett resultat kräver säker hantering av sprängämnen och pyroteknik vanligtvis korrekt elektrisk jordning av operatören.

Kraft, prestanda och styrka

Huvudartiklar: Kraft (fysik) och styrka (explosiv)

Termen kraft eller prestanda som tillämpas på ett explosivämne hänvisar till dess förmåga att utföra arbete. I praktiken definieras det som sprängämnets förmåga att åstadkomma det som är avsett i form av energileverans (dvs. fragmentprojektion, luftsprängning, höghastighetsstråle, undervattenschock och bubbelenergi, etc.). Explosiv kraft eller prestanda utvärderas genom en skräddarsydd serie tester för att bedöma materialet för dess avsedda användning. Av de tester som listas nedan är cylinderexpansions- och luftsprängningstester gemensamma för de flesta testprogram, och de andra stöder specifika applikationer.

  • Cylinderexpansionstest. En standardmängd sprängämne laddas i en lång ihålig cylinder , vanligtvis av koppar, och detoneras i ena änden. Data samlas in angående cylinderns radiella expansionshastighet och den maximala cylinderväggens hastighet. Detta etablerar också Gurney-energin eller 2 E .
  • Cylinderfragmentering. En standardstålcylinder laddas med sprängämne och detoneras i en sågspånsgrop. Fragmenten samlas in och storleksfördelningen analyseras .
  • Detonationstryck ( Chapman–Jouguet-tillstånd ). Detonationstryckdata härledda från mätningar av stötvågor som överförts till vatten genom detonation av cylindriska sprängladdningar av standardstorlek.
  • Bestämning av kritisk diameter. Detta test fastställer den minsta fysiska storlek en laddning av ett specifikt sprängämne måste vara för att upprätthålla sin egen detonationsvåg. Proceduren involverar detonation av en serie laddningar med olika diametrar tills svårigheter i detonationsvågutbredning observeras.
  • Detonationshastighet med stor diameter. Detonationshastigheten beror på laddningstätheten (c), laddningsdiameter och kornstorlek. Den hydrodynamiska teorin om detonation som används för att förutsäga explosiva fenomen inkluderar inte laddningens diameter, och därför en detonationshastighet, för en massiv diameter. Denna procedur kräver avfyrning av en serie laddningar med samma densitet och fysiska struktur, men olika diametrar, och extrapolering av de resulterande detonationshastigheterna för att förutsäga detonationshastigheten för en laddning med en massiv diameter.
  • Tryck kontra skalat avstånd. En laddning av en viss storlek detoneras och dess tryckeffekter mäts på ett standardavstånd. De erhållna värdena jämförs med de för TNT.
  • Impuls kontra skalat avstånd. En laddning av en viss storlek detoneras och dess impuls (ytan under tryck-tid-kurvan) mäts som en funktion av avståndet. Resultaten är tabellerade och uttryckta som TNT-ekvivalenter .
  • Relativ bubbelenergi (RBE). En laddning på 5 till 50 kg detoneras i vatten och piezoelektriska mätare mäter topptryck, tidskonstant, impuls och energi.
RBE kan definieras som K x 3
RBE = K s
där K = bubblans expansionsperiod för en experimentell ( x ) eller en standard ( s ) laddning.

Brisance

Huvudartikel: Brisance

Förutom styrka uppvisar sprängämnen en andra egenskap, som är deras splittringseffekt eller brisans (från den franska betydelsen "bryta"), som är särskiljande och skild från deras totala arbetskapacitet. Denna egenskap är av praktisk betydelse för att bestämma effektiviteten av en explosion vid fragmentering av granater, bombhylsor, granater och liknande. Hur snabbt ett sprängämne når sitt topptryck ( effekt ) är ett mått på dess brisans. Brisance-värden används främst i Frankrike och Ryssland.

Sandkrosstestet används vanligtvis för att bestämma den relativa brisansen i jämförelse med TNT. Inget test kan direkt jämföra de explosiva egenskaperna hos två eller flera föreningar; det är viktigt att undersöka data från flera sådana tester (sandkross, trauzl och så vidare) för att bedöma relativ brisance. Sanna värden för jämförelse kräver fältexperiment.

Densitet

Lastdensitet avser massan av ett explosivämne per volymenhet. Flera metoder för laddning finns tillgängliga, inklusive pelletsladdning, gjutladdning och pressladdning, valet bestäms av sprängämnets egenskaper. Beroende på vilken metod som används kan en genomsnittlig densitet för den laddade laddningen erhållas som ligger inom 80–99 % av den teoretiska maximala densiteten för sprängämnet. Hög belastningstäthet kan minska känsligheten genom att göra massan mer motståndskraftig mot inre friktion . Men om densiteten ökas till den grad att enskilda kristaller krossas, kan sprängämnet bli känsligare. Ökad belastningstäthet tillåter också användning av mer explosivt material, vilket ökar kraften hos stridsspetsen . Det är möjligt att komprimera ett sprängämne bortom en känslighetspunkt, även känd som dödpressning , där materialet inte längre kan initieras tillförlitligt, om alls.

flyktighet

Volatilitet är den beredskap med vilken ett ämne förångas . Överdriven flyktighet resulterar ofta i att trycket utvecklas inom ammunitionspatroner och att blandningar separeras i deras beståndsdelar. Flyktigheten påverkar sprängämnets kemiska sammansättning så att en markant försämring av stabiliteten kan uppstå, vilket leder till en ökad hanteringsfara.

Hygroskopicitet och vattenbeständighet

Införandet av vatten i ett sprängämne är högst oönskat eftersom det minskar sprängämnets känslighet, styrka och detonationshastighet. Hygroskopicitet är ett mått på ett materials fuktabsorberande tendens. Fukt påverkar sprängämnen negativt genom att fungera som ett inert material som absorberar värme när det förångas, och genom att fungera som ett lösningsmedelsmedium som kan orsaka oönskade kemiska reaktioner. Känslighet, styrka och detonationshastighet reduceras av inerta material som minskar kontinuiteten hos den explosiva massan. När fukthalten avdunstar under detonationen sker kylning, vilket minskar reaktionstemperaturen. Stabiliteten påverkas även av närvaron av fukt eftersom fukt främjar nedbrytning av sprängämnet och dessutom orsakar korrosion av sprängämnets metallbehållare.

Sprängämnen skiljer sig avsevärt från varandra när det gäller deras beteende i närvaro av vatten. Gelatindynamit som innehåller nitroglycerin har en viss grad av vattenbeständighet. Sprängämnen baserade på ammoniumnitrat har liten eller ingen vattenbeständighet eftersom ammoniumnitrat är mycket lösligt i vatten och är hygroskopiskt.

Giftighet

Många sprängämnen är till viss del giftiga . Tillverkningsinsatser kan också vara organiska föreningar eller farliga material som kräver speciell hantering på grund av risker (som cancerframkallande ämnen ). Nedbrytningsprodukterna, kvarvarande fasta ämnen eller gaser från vissa explosiva ämnen kan vara giftiga, medan andra är ofarliga, såsom koldioxid och vatten.

Exempel på skadliga biprodukter är:

  • Tungmetaller, såsom bly, kvicksilver och barium från primers (observeras i skjutfält med stora volymer)
  • Kväveoxider från TNT
  • Perklorater vid användning i stora mängder

"Gröna sprängämnen" syftar till att minska miljö- och hälsopåverkan. Ett exempel på sådana är det blyfria primära sprängämnet koppar(I)-5-nitrotetrazolat, ett alternativ till blyazid . En variant av ett grönt sprängämne är CDP-sprängämnen, vars syntes inte involverar några giftiga ingredienser, förbrukar koldioxid medan de detonerar och inte släpper ut några kväveoxider i atmosfären när de används. [ citat behövs ]

Explosivt tåg

Huvudartikel: Explosivtåg

Explosivt material kan ingå i en anordnings eller systems explosiva tåg . Ett exempel är en pyroteknisk ledning som tänder en booster, vilket får huvudladdningen att detonera.

Volym av explosionsprodukter

De mest använda sprängämnena är kondenserade vätskor eller fasta ämnen som omvandlas till gasformiga produkter genom explosiva kemiska reaktioner och den energi som frigörs av dessa reaktioner. De gasformiga produkterna av fullständig reaktion är vanligtvis koldioxid , ånga och kväve . Gasformiga volymer beräknade enligt den ideala gaslagen tenderar att vara för stora vid höga tryck som är karakteristiska för explosioner. Den slutliga volymexpansionen kan uppskattas till tre storleksordningar, eller en liter per gram sprängämne. Sprängämnen med syrebrist kommer att generera sot eller gaser som kolmonoxid och väte , som kan reagera med omgivande material som atmosfäriskt syre . Försök att erhålla mer exakta volymuppskattningar måste beakta möjligheten av sådana sidoreaktioner, kondensation av ånga och vattenlöslighet av gaser som koldioxid.

Som jämförelse är CDP-detonation baserad på den snabba reduktionen av koldioxid till kol med rikligt frigörande av energi. Istället för att producera typiska avfallsgaser som koldioxid, kolmonoxid, kväve och kväveoxider är CDP annorlunda. Istället förångar den mycket energiska reduktionen av koldioxid till kol och trycksätter överskott av torris vid vågfronten, som är den enda gasen som frigörs från detonationen. Detonationshastigheten för CDP-formuleringar kan därför anpassas genom att justera viktprocenten av reduktionsmedel och torris. CDP-detonationer producerar en stor mängd fasta material som kan ha stort kommersiellt värde som slipmedel:

Exempel – CDP-detonationsreaktion med magnesium: XCO 2 + 2Mg → 2MgO + C + (X-1)CO 2

Detonationsprodukterna i detta exempel är magnesiumoxid, kol i olika faser inklusive diamant och förångat överskott av koldioxid som inte förbrukades av mängden magnesium i den explosiva formuleringen.

Syrebalans (OB% eller Ω )

Huvudartikel: Syrebalans

Syrebalans är ett uttryck som används för att ange i vilken grad ett sprängämne kan oxideras. Om en explosiv molekyl innehåller precis tillräckligt med syre för att omvandla allt kol till koldioxid, allt väte till vatten och all metall till metalloxid utan överskott, sägs molekylen ha en noll syrebalans. Molekylen sägs ha en positiv syrebalans om den innehåller mer syre än vad som behövs och en negativ syrebalans om den innehåller mindre syre än vad som behövs. Känsligheten, styrkan och brisansen hos ett sprängämne är alla något beroende av syrebalansen och tenderar att närma sig sina maxima när syrebalansen närmar sig noll.

Syrebalans gäller för traditionell sprängämnesmekanik med antagandet att kol oxideras till kolmonoxid och koldioxid under detonation. I vad som verkar vara en paradox för en explosivexpert använder Cold Detonation Physics kol i sitt högst oxiderade tillstånd som källa till syre i form av koldioxid. Syrebalansen gäller därför antingen inte för en CDP-formulering eller så måste den beräknas utan att inkludera kolet i koldioxiden.

Kemisk sammansättning

Ett kemiskt sprängämne kan bestå av antingen en kemiskt ren förening, såsom nitroglycerin , eller en blandning av ett bränsle och ett oxidationsmedel , såsom svartkrut eller korndamm och luft.

Rena föreningar

Vissa kemiska föreningar är instabila genom att de reagerar vid chock, möjligen till detonationspunkten. Varje molekyl av föreningen dissocierar till två eller flera nya molekyler (vanligen gaser) med frigörande av energi.

Ovanstående kompositioner kan beskriva det mesta av det explosiva materialet, men ett praktiskt sprängämne innehåller ofta små andelar av andra ämnen. Till exempel dynamit en blandning av mycket känslig nitroglycerin med sågspån , pulveriserad kiseldioxid , eller oftast kiselgur , som fungerar som stabilisatorer. Plast och polymerer kan tillsättas för att binda pulver av explosiva föreningar; vaxer kan ingå för att göra dem säkrare att hantera; aluminiumpulver kan införas för att öka total energi och sprängeffekter. Explosiva föreningar är också ofta "legerade": HMX- eller RDX-pulver kan blandas (vanligtvis genom smältgjutning) med TNT för att bilda Octol eller Cyclotol .

Oxiderat bränsle

Ett oxidationsmedel är ett rent ämne ( molekyl ) som i en kemisk reaktion kan bidra med några atomer av ett eller flera oxiderande element, i vilka sprängämnets bränslekomponent brinner . På den enklaste nivån kan oxidationsmedlet i sig vara ett oxiderande element , såsom gasformigt eller flytande syre .

Tillgänglighet och kostnad

Tillgången och kostnaden för sprängämnen bestäms av tillgången på råvaror och kostnaden, komplexiteten och säkerheten för tillverkningsverksamheten.

Klassificering

Genom känslighet

Primär

Ett primärt sprängämne är ett sprängämne som är extremt känsligt för stimuli som stötar , friktion , värme , statisk elektricitet eller elektromagnetisk strålning . Vissa primära sprängämnen är också kända som kontaktsprängämnen . En relativt liten mängd energi krävs för initiering . Som en mycket allmän regel anses primära sprängämnen vara de föreningar som är känsligare än PETN . Som en praktisk åtgärd är primära sprängämnen tillräckligt känsliga för att de på ett tillförlitligt sätt kan initieras med ett slag från en hammare; PETN kan dock vanligtvis också initieras på detta sätt, så detta är bara en mycket bred riktlinje. Dessutom är flera föreningar, såsom kvävetrijodid , så känsliga att de inte ens kan hanteras utan att detonerar. Kvävetrijodid är så känslig att den på ett tillförlitligt sätt kan detoneras genom exponering för alfastrålning ; det är det enda sprängämnet för vilket detta är sant. [ citat behövs ]

Primära sprängämnen används ofta i sprängkapslar eller för att utlösa större laddningar av mindre känsliga sekundära sprängämnen . Primära sprängämnen används vanligtvis i sprängkapslar och slaglock för att översätta en fysisk stötsignal. I andra situationer används olika signaler såsom elektriska eller fysiska stötar, eller, i fallet med laserdetonationssystem, ljus, för att initiera en åtgärd, dvs en explosion. En liten mängd, vanligtvis milligram, är tillräcklig för att initiera en större sprängladdning som vanligtvis är säkrare att hantera.

Exempel på primära explosiva ämnen är:

Sekundär

Ett sekundärt sprängämne är mindre känsligt än ett primärt sprängämne och kräver avsevärt mer energi för att initieras. Eftersom de är mindre känsliga kan de användas i ett större antal applikationer och är säkrare att hantera och lagra. Sekundära sprängämnen används i större mängder i ett sprängämne och initieras vanligtvis av en mindre mängd av ett primärt sprängämne.

Exempel på sekundära sprängämnen är TNT och RDX .

Tertiär

Tertiära sprängämnen , även kallade sprängämnen , är så okänsliga för stötar att de inte kan detoneras på ett tillförlitligt sätt av praktiska mängder primärsprängämne , utan kräver istället en mellanexplosiv booster av sekundärt sprängämne . Dessa används ofta för säkerhet och de typiskt lägre kostnaderna för material och hantering. De största konsumenterna är storskalig gruv- och anläggningsverksamhet .

De flesta tertiärer inkluderar ett bränsle och ett oxidationsmedel. ANFO kan vara ett tertiärt sprängämne om dess reaktionshastighet är långsam.

Med hastighet

Låg

Låga explosiva ämnen (eller låga ordningens sprängämnen) är föreningar där nedbrytningshastigheten fortsätter genom materialet med mindre än ljudets hastighet . Nedbrytningen fortplantas av en flamfront ( deflagration ) som färdas mycket långsammare genom det explosiva materialet än en stötvåg av ett högexplosivt ämne. Under normala förhållanden genomgår låga explosiva ämnen deflagrering med hastigheter som varierar från några centimeter per sekund till cirka 0,4 kilometer per sekund (1 300 ft/s). Det är möjligt för dem att deflagrera mycket snabbt, vilket ger en effekt som liknar en detonation . Detta kan hända under högre tryck (som när krut deflagrerar inuti det begränsade utrymmet i en kula, vilket accelererar kulan till långt över ljudets hastighet) eller temperatur .

Ett lågexplosivt ämne är vanligtvis en blandning av ett brännbart ämne och ett oxidationsmedel som sönderfaller snabbt (deflagrering); dock brinner de långsammare än ett högt explosivt ämne, som har en extremt snabb förbränningshastighet. [ citat behövs ]

Låga explosiva ämnen används normalt som drivmedel . Inkluderade i denna grupp är petroleumprodukter såsom propan och bensin , krut (inklusive rökfritt pulver ) och lätt pyroteknik , såsom bloss och fyrverkerier , men kan ersätta höga explosiva ämnen i vissa tillämpningar, inklusive vid gastryckssprängning.

Hög

Höga explosiva ämnen (HE, eller high order explosives) är explosiva material som detonerar , vilket betyder att den explosiva stötfronten passerar genom materialet med en överljudshastighet . Höga explosiva ämnen detonerar med en explosiv hastighet på cirka 3–9 kilometer per sekund (9 800–29 500 ft/s). TNT har till exempel en detonationshastighet på cirka 6,9 km/s (22 600 fot per sekund), detonationslina på 6,7 km/s (22 000 fot per sekund) och C-4 cirka 8,0 km/s (26 000 fot) per sekund). De används normalt inom gruvdrift, rivning och militära tillämpningar. Termen högexplosiv står i kontrast till termen lågexplosiv , som exploderar ( deflagrerar) i lägre hastighet.

Höga explosiva ämnen kan delas in i två sprängämnesklasser som är differentierade efter känslighet : primärt explosivt och sekundärt explosivt . Även om tertiära sprängämnen (som ANFO vid 3 200 m/s) tekniskt sett kan uppfylla definitionen av explosiv hastighet, anses de inte vara höga explosiva ämnen i regulatoriska sammanhang.

Otaliga högexplosiva föreningar är kemiskt möjliga, men kommersiellt och militärt viktiga har inkluderat NG , TNT , TNP , TNX , RDX , HMX , PETN , TATP , TATB och HNS .

Genom fysisk form

Huvudartikel: Använd former av sprängämnen

Sprängämnen kännetecknas ofta av den fysiska form som sprängämnena tillverkas eller används i. Dessa användningsformer kategoriseras vanligtvis som:

Klassificeringar av fraktetiketter

Fraktetiketter och etiketter kan innehålla både FN och nationella märkningar.

Förenta nationernas märkningar inkluderar numrerade koder för faroklass och division (HC/D) och alfabetiska kompatibilitetsgruppkoder. Även om de två är släkt, är de separata och distinkta. Vilken kompatibilitetsgrupp som helst kan tilldelas till vilken faroklass och division som helst. Ett exempel på denna hybridmärkning skulle vara ett konsumentfyrverkeri, som är märkt som 1.4G eller 1.4S.

Exempel på nationella märkningar skulle vara United States Department of Transportation (US DOT)-koder.

Förenta Nationernas (FN) GHS-faroklass och -division

Piktogram för transport av GHS sprängämnen
Se även: HAZMAT klass 1 sprängämnen

UN GHS Hazard Class and Division (HC/D) är en numerisk beteckning inom en faroklass som indikerar karaktären, dominansen av tillhörande faror och potentialen för att orsaka personskador och egendomsskador. Det är ett internationellt accepterat system som kommunicerar med den minsta mängden markeringar den primära faran som är förknippad med ett ämne.

Nedan listas divisionerna för klass 1 (sprängämnen):

  • 1.1 Massdetonationsrisk. Med HC/D 1.1 förväntas det att om ett föremål i en container eller pall oavsiktligt detonerar, kommer explosionen att sympatiskt detonera de omgivande föremålen. Explosionen kan spridas till alla eller majoriteten av föremålen som förvaras tillsammans, vilket kan orsaka en massdetonation. Det kommer också att finnas fragment från föremålets hölje och/eller strukturer i sprängområdet.
  • 1.2 Icke-massexplosion, fragmentbildande. HC/D 1.2 är vidare uppdelad i tre underavdelningar, HC/D 1.2.1, 1.2.2 och 1.2.3, för att ta hänsyn till omfattningen av effekterna av en explosion.
  • 1.3 Risk för massbrand, mindre explosion eller fragment. Drivmedel och många pyrotekniska föremål tillhör denna kategori. Om ett föremål i ett paket eller en stack initieras, sprids det vanligtvis till de andra föremålen och skapar en massbrand.
  • 1.4 Måttlig brand, ingen sprängning eller fragment. HC/D 1.4-artiklar listas i tabellen som explosiva ämnen utan någon betydande fara. De flesta handeldvapenammunition (inklusive laddade vapen) och vissa pyrotekniska föremål faller inom denna kategori. Om det energetiska materialet i dessa föremål oavsiktligt initieras, kommer det mesta av energin och fragmenten att finnas i lagringsstrukturen eller själva föremålsbehållarna.
  • 1,5 mass detonationsrisk, mycket okänslig.
  • 1.6 detonationsrisk utan massdetonationsrisk, extremt okänslig.

För att se en hel UNO-tabell, bläddra i paragraferna 3-8 och 3-9 i NAVSEA OP 5, Vol. 1, 3 kap.

Klass 1 kompatibilitetsgrupp

Kompatibilitet Gruppkoder används för att indikera lagringskompatibilitet för HC/D klass 1 (explosiva) material. Bokstäver används för att beteckna 13 kompatibilitetsgrupper enligt följande.

  • A : Primärt explosivt ämne (1.1A).
  • B : En vara som innehåller ett primärt explosivt ämne och som inte innehåller två eller flera effektiva skyddsdetaljer. Vissa artiklar, såsom sprängkapslar för sprängning och primers, av kapsyltyp, ingår. (1.1B, 1.2B, 1.4B).
  • C : Drivgasexplosiv substans eller annan deflagrerande explosiv substans eller artikel som innehåller sådant explosivt ämne (1.1C, 1.2C, 1.3C, 1.4C). Dessa är bulkdrivmedel , drivladdningar och anordningar som innehåller drivmedel med eller utan antändningsmedel. Exempel inkluderar enkelbaserat drivmedel, dubbelbaserat drivmedel, trippelbaserat drivmedel och kompositdrivmedel , raketmotorer för fasta drivmedel och ammunition med inerta projektiler.
  • D : Sekundärt detonerande explosivt ämne eller svartkrut eller föremål som innehåller en sekundär detonerande explosiv substans, i varje fall utan initieringsmedel och utan drivladdning, eller föremål som innehåller ett primärt explosivt ämne och som innehåller två eller flera effektiva skyddsanordningar. (1,1D, 1,2D, 1,4D, 1,5D).
  • E : Föremål som innehåller en sekundär detonerande explosiv substans utan initieringsmedel, med en drivladdning (annan än en som innehåller brandfarlig vätska, gel eller hypergolisk vätska) (1.1E, 1.2E, 1.4E).
  • F som innehåller en sekundär detonerande explosiv substans med dess initieringsmedel, med en drivladdning (annan än en som innehåller brandfarlig vätska, gel eller hypergolisk vätska) eller utan drivladdning (1.1F, 1.2F, 1.3F, 1.4F).
  • G : Pyrotekniskt ämne eller föremål som innehåller ett pyrotekniskt ämne, eller föremål som innehåller både ett explosivt ämne och ett upplysande, brandfarligt, tårframkallande eller rökproducerande ämne (annat än en vattenaktiverad artikel eller en som innehåller vit fosfor, fosfid eller brandfarlig vätska eller gel eller hypergolisk vätska) (1,1 G, 1,2 G, 1,3 G, 1,4 G). Exempel inkluderar bloss, signaler, brandfarlig eller upplysande ammunition och andra rök- och tårproducerande anordningar.
  • H : Artikel som innehåller både ett explosivt ämne och vit fosfor (1,2H, 1,3H). Dessa artiklar kommer att självantända när de utsätts för atmosfären.
  • J : Artikel som innehåller både ett explosivt ämne och brandfarlig vätska eller gel (1.1J, 1.2J, 1.3J). Detta utesluter vätskor eller geler som är spontant brandfarliga när de utsätts för vatten eller atmosfären, som hör till grupp H. Exempel inkluderar vätske- eller gelfylld brandfarlig ammunition, bränsle-luftsprängmedel (FAE) och brandfarliga vätskedrivna missiler.
  • K : Artikel som innehåller både ett explosivt ämne och ett giftigt kemiskt medel (1,2K, 1,3K)
  • L Explosivt ämne eller föremål som innehåller ett explosivt ämne och som utgör en speciell risk (t.ex. på grund av vattenaktivering eller närvaro av hypergoliska vätskor, fosfider eller pyrofora ämnen) som behöver isoleras av varje typ (1,1L, 1,2L, 1,3L). Skadad eller misstänkt ammunition från någon grupp tillhör denna grupp.
  • N : Föremål som endast innehåller extremt okänsliga detonerande ämnen (1,6N).
  • S : Ämne eller artikel så förpackad eller konstruerad att alla farliga effekter som uppstår till följd av oavsiktlig funktion begränsas till den grad att de inte avsevärt hindrar eller förbjuder brandbekämpning eller andra nödberedskapsinsatser i förpackningens omedelbara närhet (1.4S).

förordning

Lagligheten av att inneha eller använda sprängämnen varierar beroende på jurisdiktion. Olika länder runt om i världen har antagit sprängämnen och kräver licenser för att tillverka, distribuera, lagra, använda, inneha sprängämnen eller ingredienser.

Nederländerna

I Nederländerna omfattas civil och kommersiell användning av sprängämnen under Wet explosieven voor civiel gebruik ( lagen om sprängämnen för civilt bruk), i enlighet med EU-direktiv nr. 93/15/EEG (nederländska). Den illegala användningen av sprängämnen omfattas av Wet Wapens en Munitie (lagen om vapen och ammunition) (nederländska).

Storbritannien

Ytterligare information: Explosive Substances Act 1883

Den nya sprängämnesförordningen 2014 (ER 2014) trädde i kraft den 1 oktober 2014 och definierar "explosiv" som:

"a) alla explosiva föremål eller explosiva ämnen som skulle —

(i) om den är förpackad för transport, klassificeras i enlighet med Förenta Nationernas rekommendationer som klass 1; eller

(ii) klassificeras i enlighet med Förenta Nationernas rekommendationer som —

aa) är överdrivet känslig eller så reaktiv att den utsätts för spontan reaktion och följaktligen är för farlig att transportera, och

(bb) som faller inom klass 1; eller

b) ett desensibiliserat sprängämne,

men det omfattar inte ett explosivt ämne som framställts som en del av en tillverkningsprocess som därefter upparbetar det för att framställa ett ämne eller en beredning som inte är ett explosivt ämne."

"Alla som vill skaffa och eller behålla relevanta sprängämnen måste kontakta sin lokala polisens explosiva sambandsman. Alla sprängämnen är relevanta sprängämnen förutom de som anges under schema 2 i sprängämnesföreskrifterna 2014."

Förenta staterna

Under första världskriget skapades många lagar för att reglera krigsrelaterade industrier och öka säkerheten i USA. År 1917 skapade den 65:e USA:s kongress många lagar , inklusive Spionage Act från 1917 och Explosives Act från 1917 .

  Sprängämneslagen från 1917 (session 1, kapitel 83, 40 Stat. 385 ) undertecknades den 6 oktober 1917 och trädde i kraft den 16 november 1917. Den juridiska sammanfattningen är "En lag om förbud mot tillverkning, distribution, lagring, användning, och innehav i tid av krig av explosiva ämnen, tillhandahållande av regler för säker tillverkning, distribution, lagring, användning och innehav av desamma och för andra ändamål." Detta var den första federala förordningen om licensiering av inköp av sprängämnen. Akten avaktiverades efter första världskrigets slut.

Efter att USA gick in i andra världskriget återaktiverades 1917 års explosiva lag. 1947 avaktiverades handlingen av president Truman .

  The Organized Crime Control Act från 1970 ( Pub. L. 91–452 ) överförde många sprängämnesbestämmelser till Bureau of Alcohol, Tobacco and Firearms ( ATF) vid finansdepartementet . Lagförslaget trädde i kraft 1971.

För närvarande regleras bestämmelserna av avdelning 18 i USA:s kod och avdelning 27 i federala bestämmelser :

  • "Import, tillverkning, distribution och lagring av explosiva material" (18 USC kapitel 40).
  • "Commerce in Explosives" (27 CFR Chapter II, Part 555).

Många stater begränsar innehav, försäljning och användning av sprängämnen.

Lista

Föreningar

Acetylider

Fulminerar

Nitro

Nitrater

Aminer

Peroxider

Oxider

Osorterade

Blandningar

Element och isotoper

Se även

Vidare läsning

USAs regering

  • Sprängämnen och rivningar FM 5–250; US Department of the Army; 274 sid.; 1992.
  • Militära sprängämnen TM 9-1300-214; US Department of the Army; 355 sid.; 1984.
  • Handbok för sprängämnen och sprängningsprocedurer ; USA:s inrikesdepartementet; 128 sid.; 1982.
  • Säkerhets- och prestandatester för kvalificering av explosiva ämnen ; befälhavare, sjöfartsförsvarssystemskommando; NAVORD OD 44811. Washington, DC: GPO, 1972.
  • Grundläggande vapensystem ; Befälhavare, sjöförsvarssystemskommando. NAVORD OP 3000, vol. 2, 1:a rev. Washington, DC: GPO, 1971.
  • Elements of Armament Engineering – Del ett ; Arméns forskningskontor. Washington, DC: US ​​Army Materiel Command , 1964.
  • Transportskyltar för farligt material; USDOT.

Institutet för tillverkare av sprängämnen

Annat historiskt

externa länkar

Listad i alfabetisk ordning:

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Explosive&oldid=1136348205 "