Výbušný - Explosive

Ukázka výbušných vlastností tří různých výbušnin; jsou ukázány čtyři výbuchy. Tři jsou vedeny na pevné mramorové základně a jedna je vedena na ruce demonstrátora; každý je iniciován zářící dřevěnou tyčí.

Výbušnina (nebo výbušnina ) je reaktivní látka, která obsahuje velké množství potenciální energie, která může produkovat explozi při uvolnění najednou, obvykle doprovázen výrobě světla , tepla , zvuku a tlaku . Nálož je odměřené množství výbušného materiálu, který může být buď složen výhradně z jedné složky nebo může být směs obsahující alespoň dvě látky.

Potenciální energie uložená ve výbušném materiálu může být například

Výbušné materiály lze kategorizovat podle rychlosti jejich expanze. O materiálech, které detonují (přední část chemické reakce se materiálem pohybuje rychleji než rychlostí zvuku ), se říká, že jsou „vysoce výbušné“ a materiály, které deflagují, jsou označovány jako „málo výbušné“. Výbušniny mohou být také kategorizovány podle jejich citlivosti . Citlivé materiály, které mohou být iniciovány relativně malým množstvím tepla nebo tlaku, jsou primární výbušniny a materiály, které jsou relativně necitlivé, jsou sekundární nebo terciární výbušniny .

Může explodovat široká škála chemikálií; menší počet se vyrábí speciálně za účelem použití jako výbušniny. Zbytek je příliš nebezpečný, citlivý, toxický, drahý, nestabilní nebo náchylný k rozkladu nebo degradaci během krátkých časových období.

Naproti tomu některé materiály jsou pouze hořlavé nebo hořlavé, pokud hoří bez exploze.

Rozdíl však není ostrý. Některé materiály - prach, prášky, plyny nebo těkavé organické kapaliny - mohou být za běžných podmínek jednoduše hořlavé nebo hořlavé, ale v určitých situacích nebo formách, jako jsou rozptýlené vzdušné mraky nebo uvěznění nebo náhlé uvolnění , se mohou stát výbušnými .

Dějiny

The Great Western Powder Company of Toledo, Ohio, výrobce výbušnin, viděný v roce 1905

Rané tepelné zbraně , jako například řecký oheň , existují již od starověku. Historie chemických výbušnin spočívá v historii střelného prachu. Během dynastie Tang v 9. století se taoističtí čínští alchymisté dychtivě pokoušeli najít elixír nesmrtelnosti. Přitom v roce 1044 narazili na výbušný vynález černého prachu vyrobeného z uhlí, ledku a síry. Střelný prach byl první formou chemických výbušnin a v roce 1161 Číňané poprvé použili výbušninu ve válce. Číňané by začlenili výbušniny pálené z bambusových nebo bronzových trubek známých jako bambusové krekry. Číňané také vložili do krystalů bambusového ohně živé krysy; při výstřelu směrem k nepříteli hořící krysy vytvořily velké psychologické důsledky - vystrašily nepřátelské vojáky a způsobily divokou jízdu jednotek.

První užitečnou výbušninou silnější než černý prášek byl nitroglycerin , vyvinutý v roce 1847. Protože nitroglycerin je kapalný a vysoce nestabilní, byl v roce 1863 nahrazen nitrocelulózou , trinitrotoluenem ( TNT ), bezdýmným práškem , dynamitem v roce 1867 a gelignitem (poslední dva jsou sofistikované stabilizované přípravky nitroglycerinu spíše než chemické alternativy, oba vynalezl Alfred Nobel ). První světová válka viděla přijetí TNT v dělostřeleckých granátech. Druhá světová válka zažila rozsáhlé používání nových výbušnin (viz seznam výbušnin používaných během druhé světové války ).

Na druhé straně, tyto byly z velké části nahrazeny silnějšími výbušninami, jako jsou C-4 a PETN . C-4 a PETN však reagují s kovem a snadno se vznítí, ale na rozdíl od TNT jsou C-4 a PETN vodotěsné a tvárné.

Aplikace

Komerční

Video o bezpečnostních opatřeních na místech výbuchů

Největší komerční aplikací výbušnin je těžba . Ať už je důl na povrchu nebo je zakopán pod zemí, detonaci nebo deflagraci buď vysoce nebo málo výbušniny v uzavřeném prostoru lze použít k uvolnění poměrně specifického dílčího objemu křehkého materiálu v mnohem větším objemu stejného nebo podobný materiál. Těžařský průmysl má tendenci používat výbušniny na bázi dusičnanů, jako jsou emulze topných olejů a roztoků dusičnanu amonného , směsi prilinek dusičnanu amonného (pelety hnojiv) a topný olej ( ANFO ) a želatinové suspenze nebo suspenze dusičnanu amonného a hořlavých paliv.

V materiálových vědách a strojírenství se výbušniny používají při opláštění ( výbuchové svařování ). Tenká deska z nějakého materiálu je umístěna na silnou vrstvu jiného materiálu, obě vrstvy jsou typicky z kovu. Na tenkou vrstvu je umístěna výbušnina. Na jednom konci vrstvy výbušniny je zahájena exploze. Dvě kovové vrstvy jsou spojeny vysokou rychlostí a velkou silou. Exploze se šíří z místa iniciace skrz výbušninu. V ideálním případě to vytváří metalurgické spojení mezi těmito dvěma vrstvami.

Video popisující, jak bezpečně zacházet s výbušninami v dolech.

Jelikož doba, kterou rázová vlna stráví v kterémkoli bodě, je malá, můžeme pozorovat míchání těchto dvou kovů a jejich povrchových chemikálií přes určitý zlomek hloubky a mají tendenci se nějakým způsobem mísit. Je možné, že část frakce povrchového materiálu z každé vrstvy se nakonec vysune, když je dosaženo konce materiálu. Hmotnost nyní „svařované“ dvojvrstvy tedy může být menší než součet hmotností dvou počátečních vrstev.

Existují aplikace, kde rázová vlna a elektrostatika mohou mít za následek vysokorychlostní projektily.

Válečný

Civilní

Bezpečnost

Typy

Chemikálie

Mezinárodní piktogramu výbušných látek

Exploze je druh spontánní chemické reakce, která je po zahájení poháněna jak velkou exotermickou změnou (velké uvolňování tepla), tak velkou pozitivní změnou entropie (uvolňuje se velké množství plynů) při přechodu z reaktantů na produkty, čímž představující termodynamicky příznivý proces navíc k tomu, který se šíří velmi rychle. Výbušniny jsou tedy látky, které obsahují velké množství energie uložené v chemických vazbách . Energetická stabilita plynných produktů, a tím i jejich tvorba, pochází z tvorby silně vázaných druhů, jako je oxid uhelnatý, oxid uhličitý a (di) dusík, které obsahují silné dvojné a trojné vazby se sílou vazby téměř 1 MJ/mol. V důsledku toho je většina komerčních výbušniny jsou organické sloučeniny, které obsahují -NO 2 , -ONO 2 a -NHNO 2 skupiny, které, když vybuchla, uvolňující plyny, jako výše uvedeného (např, nitroglycerin , TNT , HMX , PETN , nitrocelulózy ).

Výbušná je klasifikován jako nízké nebo vysoké výbušniny podle jeho rychlosti hoření : nízké výbušniny rychle (nebo vypalování shoří ), zatímco vysoké výbušniny odpálit . I když jsou tyto definice odlišné, problém přesného měření rychlého rozkladu činí praktickou klasifikaci výbušnin obtížnou.

Tradiční mechanika výbušnin je založena na otřesově citlivé rychlé oxidaci uhlíku a vodíku na oxid uhličitý, oxid uhelnatý a vodu ve formě páry. Dusičnany obvykle poskytují potřebný kyslík pro spalování uhlíkového a vodíkového paliva. Výbušniny mívají kyslík, uhlík a vodík obsaženy v jedné organické molekule a méně citlivé výbušniny jako ANFO jsou kombinací paliva (uhlíkový a vodíkový topný olej) a dusičnanu amonného . Senzibilizátor, jako je práškový hliník, lze přidat do výbušniny, aby se zvýšila energie detonace. Jakmile dojde k detonaci, část dusíku výbušné formulace se objeví jako plynný dusík a toxické oxidy dusíku .

Rozklad

Chemický rozklad výbušniny může trvat několik let, dny, hodiny nebo zlomek sekundy. Pomalejší procesy rozkladu probíhají při skladování a jsou zajímavé pouze z hlediska stability. Zajímavější jsou kromě rozkladu další dvě rychlé formy: deflagrace a detonace.

Deflagration

Při deflagraci se rozklad výbušného materiálu šíří čelem plamene, který se pomalu pohybuje výbušným materiálem rychlostí menší než je rychlost zvuku uvnitř látky (obvykle pod 1000 m/s) na rozdíl od detonace, ke které dochází při rychlostech větších než je rychlost zvuku. Deflagrace je charakteristická pro málo výbušný materiál.

Detonace

Tento termín se používá k popisu výbušného jevu, kdy se rozklad šíří výbušnou rázovou vlnou procházející výbušným materiálem rychlostí vyšší než je rychlost zvuku uvnitř látky. Čelo nárazu je schopno procházet vysoce výbušným materiálem nadzvukovou rychlostí, obvykle tisíce metrů za sekundu.

Exotický

Kromě chemických výbušnin existuje řada exotičtějších výbušných materiálů a exotických metod způsobujících výbuchy. Mezi příklady patří jaderné výbušniny a náhlé zahřátí látky do plazmatického stavu laserem s vysokou intenzitou nebo elektrickým obloukem .

Laserové a obloukové ohřevy se používají v laserových detonátorech, detonátorech s explozivním můstkem a iniciátorech explozivní fólie , kde je pomocí laserového nebo elektrického obloukového ohřevu vytvořena rázová vlna a poté detonace v konvenčním chemickém výbušném materiálu. Laserová a elektrická energie se v současné době v praxi nepoužívají k výrobě většiny potřebné energie, ale pouze k zahájení reakcí.

Vlastnosti

Aby bylo možné určit vhodnost výbušné látky pro konkrétní použití, musí být nejprve známy její fyzikální vlastnosti . Užitečnost výbušniny lze ocenit pouze tehdy, když jsou plně pochopeny vlastnosti a faktory, které je ovlivňují. Některé z důležitějších charakteristik jsou uvedeny níže:

Citlivost

Citlivost označuje lehkost, s jakou lze výbušninu zapálit nebo odpálit, tj. Množství a intenzitu nárazu , tření nebo tepla, které je zapotřebí. Když se používá termín citlivost , je třeba si ujasnit, o jakém druhu citlivosti se diskutuje. Relativní citlivost dané výbušniny na náraz se může velmi lišit od její citlivosti na tření nebo teplo. Některé z testovacích metod použitých ke stanovení citlivosti se týkají:

  • Náraz - citlivost je vyjádřena jako vzdálenost, na kterou musí být na materiál spuštěna standardní hmotnost, aby došlo k jeho explozi.
  • Tření - citlivost je vyjádřena jako množství tlaku aplikovaného na materiál, aby se vytvořilo dostatečné tření, které způsobí reakci.
  • Teplo - citlivost je vyjádřena teplotou, při které dochází k rozkladu materiálu.

Specifické výbušniny (obvykle, ale ne vždy vysoce citlivé na jedné nebo více ze tří výše uvedených os), mohou být výstředně citlivé na takové faktory, jako je pokles tlaku, zrychlení, přítomnost ostrých hran nebo drsných povrchů, nekompatibilní materiály nebo dokonce - ve vzácných případech —Jaderné nebo elektromagnetické záření. Tyto faktory představují zvláštní nebezpečí, která mohou vyloučit jakoukoli praktickou použitelnost.

Citlivost je důležitým faktorem při výběru výbušniny pro konkrétní účel. Výbušnina v průbojné střele musí být relativně necitlivá, jinak by náraz způsobil její výbuch, než pronikne do požadovaného bodu. Výbušné čočky kolem jaderných náloží jsou také navrženy tak, aby byly vysoce necitlivé, aby se minimalizovalo riziko náhodného detonace.

Citlivost na zahájení

Index kapacity výbušniny, která má být trvale odpálena k detonaci. Je definována silou rozbušky, která je jistá, že připraví výbušninu na trvalou a nepřetržitou detonaci. Odkazuje se na stupnici Sellier-Bellot, která se skládá z řady 10 rozbušek, od n. 1 až n. 10, z nichž každý odpovídá rostoucí hmotnosti náboje. V praxi je většina výbušnin na dnešním trhu citlivá na n. 8 rozbuška, kde dávka odpovídá 2 gramům rtuťového fulminátu .

Rychlost detonace

Rychlost, s jakou se reakční proces šíří v hmotnosti výbušniny. Většina komerčních těžebních výbušnin má detonační rychlosti v rozmezí od 1800 m/s do 8000 m/s. Dnes lze rychlost detonace měřit s přesností. Spolu s hustotou je důležitým prvkem ovlivňujícím výtěžek energie přenášené jak při atmosférickém přetlaku, tak při zrychlení země. Podle definice má „výbušná látka“, jako je černý prášek nebo bezdýmný střelný prach, rychlost hoření 171–631 m/s. Naproti tomu „vysoce výbušná“, ať už primární, například detonační šňůra , nebo sekundární, jako TNT nebo C-4, má výrazně vyšší rychlost hoření.

Stabilita

Stabilita je schopnost výbušniny skladovat bez poškození .

Na stabilitu výbušniny mají vliv následující faktory:

  • Chemická konstituce . V nejpřísnějším technickém smyslu je slovo „stabilita“ termodynamický termín odkazující na energii látky ve vztahu k referenčnímu stavu nebo k nějaké jiné látce. V souvislosti s výbušninami však stabilita běžně označuje snadnou detonaci, která se týká kinetiky (tj. Rychlosti rozkladu). Možná je tedy nejlepší rozlišovat mezi termodynamicky stabilními a kineticky stabilními odkazem na první z nich jako „inertní“. O kineticky nestabilní látce se naopak říká, že je „labilní“. Obecně se uznává, že určité skupiny, jako je nitro (–NO 2 ), dusičnan (–ONO 2 ) a azid (–N 3 ), jsou vnitřně labilní. Kineticky existuje nízká aktivační bariéra rozkladné reakce. V důsledku toho tyto sloučeniny vykazují vysokou citlivost na plamen nebo mechanický šok. Chemická vazba v těchto sloučeninách je charakterizována jako převážně kovalentní, a proto nejsou termodynamicky stabilizovány vysokou energií iontové mřížky. Kromě toho mají obecně pozitivní entalpie tvorby a existuje jen malá mechanická překážka pro vnitřní molekulární přesmyk, aby se získaly termodynamicky stabilnější (silněji vázané) produkty rozkladu. Například v azidu olovnatém , Pb (N 3 ) 2 , jsou atomy dusíku již navzájem spojeny, takže rozklad na Pb a N 2 [1] je relativně snadný.
  • Teplota skladování. Rychlost rozkladu výbušnin se zvyšuje při vyšších teplotách. Lze předpokládat, že všechny standardní vojenské výbušniny mají vysoký stupeň stability při teplotách od –10 do +35 ° C, ale každá má vysokou teplotu, při které se rychlost jeho rozkladu rychle zrychluje a stabilita se snižuje. Obecně platí, že většina výbušnin se stává nebezpečně nestabilním při teplotách nad 70 ° C.
  • Vystavení slunečnímu světlu . Při vystavení ultrafialovým paprskům slunečního světla se mnoho výbušných sloučenin obsahujících dusíkové skupiny rychle rozkládá, což ovlivňuje jejich stabilitu.
  • Elektrický výboj . Elektrostatická nebo jiskřivá citlivost na iniciaci je běžná v řadě výbušnin. Statický nebo jiný elektrický výboj může za určitých okolností stačit k vyvolání reakce, dokonce detonace. V důsledku toho bezpečná manipulace s výbušninami a pyrotechnikou obvykle vyžaduje řádné elektrické uzemnění obsluhy.

Síla, výkon a síla

Pojem síla nebo výkon použitý pro výbušninu označuje jeho schopnost vykonávat práci. V praxi je definována jako schopnost výbušniny dosáhnout toho, co je zamýšleno ve způsobu dodávání energie (tj. Projekce fragmentů, výbuch vzduchu, vysokorychlostní paprsek, podvodní šok a energie bublin atd.). Výbušná síla nebo výkon se hodnotí sérií testů přizpůsobených k posouzení materiálu pro jeho zamýšlené použití. Z níže uvedených testů jsou pro většinu testovacích programů společné testy roztažnosti válců a tryskání vzduchem a ostatní podporují konkrétní aplikace.

  • Test expanze válce. Standardní množství výbušniny je vloženo do dlouhého dutého válce , obvykle z mědi, a na jednom konci detonováno. Shromažďují se data týkající se rychlosti radiálního roztažení válce a maximální rychlosti stěny válce. To také určuje energii Gurney nebo 2 E .
  • Fragmentace válce. Standardní ocelový válec je nabitý výbušninou a odpálen v jámě na piliny. Tyto fragmenty se spojí a distribuce velikosti analyzován.
  • Detonační tlak ( Chapman – Jouguetova podmínka ). Údaje o detonačním tlaku odvozené z měření rázových vln přenášených do vody detonací válcových výbušných náplní standardní velikosti.
  • Stanovení kritického průměru. Tento test stanoví minimální fyzickou velikost, kterou musí být náplň konkrétní výbušniny k udržení její vlastní detonační vlny. Tento postup zahrnuje detonaci řady nábojů různých průměrů, dokud není pozorována obtížnost šíření detonačních vln.
  • Detonační rychlost masivního průměru. Detonační rychlost závisí na hustotě zatížení (c), průměru náboje a velikosti zrna. Hydrodynamická teorie detonace používaná při předpovídání výbušných jevů nezahrnuje průměr náboje, a tedy detonační rychlost, pro masivní průměr. Tento postup vyžaduje odpálení série nábojů stejné hustoty a fyzické struktury, ale různých průměrů, a extrapolace výsledných detonačních rychlostí k předpovědi detonační rychlosti náboje masivního průměru.
  • Tlak versus zmenšená vzdálenost. Náboj konkrétní velikosti je odpálen a jeho tlakové efekty jsou měřeny ve standardní vzdálenosti. Získané hodnoty se porovnají s hodnotami pro TNT.
  • Impuls versus zmenšená vzdálenost. Náboj konkrétní velikosti se odpálí a jeho impuls (oblast pod křivkou tlaku a času) se měří jako funkce vzdálenosti. Výsledky jsou uvedeny v tabulce a vyjádřeny jako ekvivalenty TNT.
  • Relativní energie bublin (RBE). Ve vodě je odpálen náboj 5 až 50 kg a piezoelektrická měřidla měří špičkový tlak, časovou konstantu, impuls a energii.
RBE může být definován jako K x 3
RBE = K s
kde K = doba expanze bubliny pro experimentální ( x ) nebo standardní ( s ) náboj.

Brisance

Kromě síly vykazují výbušniny ještě druhou charakteristiku, kterou je jejich rozbíjející se účinek nebo brisance (od francouzštiny znamená „rozbít“), která se odlišuje a odděluje od jejich celkové pracovní kapacity. Tato charakteristika má praktický význam při určování účinnosti výbuchu při rozbíjení granátů, nábojnic, granátů a podobně. Rychlost, s jakou výbušnina dosáhne svého špičkového tlaku ( síly ), je měřítkem její brisance. Hodnoty brisance se používají především ve Francii a Rusku.

K určení relativní brisance ve srovnání s TNT se běžně používá test rozdrcení písku. Žádný test není schopen přímo porovnat výbušné vlastnosti dvou nebo více sloučenin; je důležité prozkoumat data z několika takových testů (rozdrcení písku, trauzl atd.), aby bylo možné posoudit relativní brisance. Skutečné hodnoty pro srovnání vyžadují experimenty v terénu.

Hustota

Hustota zatížení se vztahuje k hmotnosti výbušniny na jednotku objemu. K dispozici je několik způsobů nakládání, včetně nakládání pelet, nakládání odlitků a lisování, přičemž volba je dána vlastnostmi výbušniny. V závislosti na použité metodě lze získat průměrnou hustotu nabité náplně, která je v rozmezí 80–99% teoretické maximální hustoty výbušniny. Vysoká hustota zatížení může snížit citlivost tím, že bude hmota odolnější vůči vnitřnímu tření . Pokud je však hustota zvýšena do té míry, že jsou jednotlivé krystaly rozdrceny, může být výbušnina citlivější. Zvýšená hustota zátěže také umožňuje použití výbušnějších, čímž se zvyšuje síla hlavice . Je možné stlačit výbušninu za bod citlivosti, známý také jako mrtvý lis , ve kterém již není možné materiál spolehlivě iniciovat, pokud vůbec.

Volatilita

Volatilita je připravenost, s jakou se látka odpařuje . Nadměrná těkavost často vede k vývoji tlaku v munici a separaci směsí na jejich složky. Těkavost ovlivňuje chemické složení výbušniny tak, že může dojít k výraznému snížení stability, což má za následek zvýšení nebezpečí manipulace.

Hygroskopičnost a odolnost proti vodě

Zavádění vody do výbušniny je velmi nežádoucí, protože snižuje citlivost, sílu a rychlost detonace výbušniny. Hygroskopičnost je měřítkem tendencí materiálu absorbovat vlhkost. Vlhkost nepříznivě ovlivňuje výbušniny tím, že působí jako inertní materiál, který při odpařování absorbuje teplo, a jako rozpouštědlo, které může způsobit nežádoucí chemické reakce. Citlivost, síla a rychlost detonace jsou sníženy inertními materiály, které snižují spojitost výbušné hmoty. Když se obsah vlhkosti odpaří během detonace, dochází k ochlazování, které snižuje reakční teplotu. Stabilita je také ovlivněna přítomností vlhkosti, protože vlhkost podporuje rozklad výbušniny a navíc způsobuje korozi kovové nádoby výbušniny.

Výbušniny se navzájem velmi liší, pokud jde o jejich chování v přítomnosti vody. Želatinové dynamity obsahující nitroglycerin mají určitý stupeň odolnosti proti vodě. Výbušniny na bázi dusičnanu amonného mají malou nebo žádnou odolnost proti vodě, protože dusičnan amonný je vysoce rozpustný ve vodě a je hygroskopický.

Toxicita

Mnoho výbušnin je do určité míry toxických . Výrobními vstupy mohou být také organické sloučeniny nebo nebezpečné materiály, které vyžadují zvláštní zacházení kvůli rizikům (jako jsou karcinogeny ). Produkty rozkladu, zbytkové pevné látky nebo plyny některých výbušnin mohou být toxické, zatímco jiné jsou neškodné, například oxid uhličitý a voda.

Příklady škodlivých vedlejších produktů jsou:

  • Těžké kovy, jako je olovo, rtuť a baryum z primerů (pozorované ve velkoobjemových střelnicích)
  • Oxidy dusíku z TNT
  • Perchloráty při použití ve velkých množstvích

„Zelené výbušniny“ usilují o snížení dopadů na životní prostředí a zdraví. Takovým příkladem je bezolovnatý primární výbušný 5-nitrotetrazolát mědi (I), alternativa k azidu olovnatému . Jednou z variant zelené výbušniny jsou výbušniny CDP, jejichž syntéza nezahrnuje žádné toxické složky, při detonaci spotřebovává oxid uhličitý a při použití neuvolňuje do atmosféry žádné oxidy dusíku.

Výbušný vlak

Výbušný materiál může být začleněn do výbušné řady zařízení nebo systému. Příkladem je pyrotechnické olovo zapalující posilovač, které způsobí výbuch hlavní nálože.

Objem produktů výbuchu

Nejčastěji používanými výbušninami jsou kondenzované kapaliny nebo pevné látky přeměněné na plynné produkty výbušnými chemickými reakcemi a energie uvolněná těmito reakcemi. Plynnými produkty úplné reakce jsou obvykle oxid uhličitý , pára a dusík . Plynné objemy vypočítané podle zákona o ideálním plynu bývají při vysokých tlacích charakteristických pro výbuchy příliš velké. Rozšíření konečného objemu lze odhadnout na tři řády nebo jeden litr na gram výbušniny. Výbušniny s nedostatkem kyslíku budou generovat saze nebo plyny jako oxid uhelnatý a vodík , které mohou reagovat s okolními materiály, jako je atmosférický kyslík . Pokusy o získání přesnějších odhadů objemu musí brát v úvahu možnost takových vedlejších reakcí, kondenzaci páry a rozpustnost plynů jako oxidu uhličitého ve vodě.

Pro srovnání, detonace CDP je založena na rychlé redukci oxidu uhličitého na uhlí s hojným uvolňováním energie. CDP je něco jiného, ​​než produkovat typické odpadní plyny, jako je oxid uhličitý, oxid uhelnatý, dusík a oxidy dusíku. Místo toho se vysoce energetická redukce oxidu uhličitého na uhlí odpaří a natlakuje přebytečný suchý led na přední straně vlny, což je jediný plyn uvolněný z detonace. Rychlost detonace pro přípravky CDP lze proto přizpůsobit úpravou hmotnostního procenta redukčního činidla a suchého ledu. Detonace CDP produkují velké množství pevných materiálů, které mohou mít jako brusivo velkou komerční hodnotu:

Příklad-detonační reakce CDP s hořčíkem: XCO 2 + 2Mg → 2MgO + C + (X-1) CO 2

Produkty detonace v tomto případě jsou oxid hořečnatý, uhlík v různých fázích včetně diamantu a odpařený přebytečný oxid uhličitý, který nebyl spotřebován množstvím hořčíku ve výbušné formulaci.

Kyslíková bilance (OB% nebo Ω )

Kyslíková rovnováha je výraz, který se používá k označení stupně oxidace výbušniny. Pokud výbušná molekula obsahuje jen tolik kyslíku, aby přeměnila veškerý svůj uhlík na oxid uhličitý, veškerý vodík na vodu a veškerý kov na oxid kovu bez přebytku, má molekula nulovou kyslíkovou bilanci. Molekula má pozitivní kyslíkovou bilanci, pokud obsahuje více kyslíku, než je potřeba, a negativní kyslíkovou rovnováhu, pokud obsahuje méně kyslíku, než je potřeba. Citlivost, síla a žárlivost výbušniny jsou do určité míry závislé na kyslíkové rovnováze a mají tendenci se blížit svým maximům, když se kyslíková bilance blíží nule.

Kyslíková rovnováha platí pro tradiční mechaniku výbušnin za předpokladu, že se uhlík během detonace oxiduje na oxid uhelnatý a oxid uhličitý. V čem se odborníkovi na výbušniny zdá paradox, studená detonační fyzika používá uhlík ve svém nejvíce oxidovaném stavu jako zdroj kyslíku ve formě oxidu uhličitého. Kyslíková bilance se tedy buď nevztahuje na formulaci CDP, nebo musí být vypočítána bez zahrnutí uhlíku do oxidu uhličitého.

Chemické složení

Chemická trhavina může sestávat buď z chemicky čisté sloučeniny, jako je nitroglycerin , nebo ze směsi paliva a okysličovadla , jako je černý prášek nebo zrnitý prach a vzduch.

Čisté sloučeniny

Některé chemické sloučeniny jsou nestabilní v tom, že když jsou šokovány, reagují, možná až k detonaci. Každá molekula sloučeniny disociuje uvolněním energie na dvě nebo více nových molekul (obecně plynů).

  • Nitroglycerin : Vysoce nestabilní a citlivá kapalina
  • Acetonperoxid : Velmi nestabilní bílý organický peroxid
  • TNT : Žluté necitlivé krystaly, které lze roztavit a odlévat bez detonace
  • Dusičnan celulózy : Nitrovaný polymer, který může být vysoce nebo málo výbušný v závislosti na úrovni nitrace a podmínkách
  • RDX , PETN , HMX : Velmi silné výbušniny, které lze použít v čistých nebo plastových výbušninách

Výše uvedené kompozice mohou popisovat většinu výbušného materiálu, ale praktická výbušnina často obsahuje malá procenta jiných látek. Například, dynamit je směs vysoce citlivé nitroglycerinu s pilinami , práškový oxid křemičitý , nebo nejčastěji rozsivkové zeminy , které působí jako stabilizátory. Do pojivových prášků výbušných sloučenin lze přidávat plasty a polymery; mohou být začleněny vosky, aby se s nimi manipulovalo bezpečněji; může být zaveden hliníkový prášek ke zvýšení celkové energie a efektů výbuchu. Výbušné směsi jsou také často „slitiny“: HMX nebo RDX prášky mohou být smíšené (obvykle taveniny lití) s TNT tvoří Octol nebo Cyclotol .

Oxidované palivo

Okysličovadla je čistá látka ( molekuly ), které při chemické reakci může přispět několik atomů, z jedné nebo více oxidačních prvky, ve kterém je palivo složka výbušných popálenin. Na nejjednodušší úrovni může být oxidantem samotný oxidační prvek , jako je plynný nebo kapalný kyslík .

Dostupnost a cena

Dostupnost a cena výbušnin je dána dostupností surovin a cenou, složitostí a bezpečností výrobních operací.

Klasifikace

Podle citlivosti

Hlavní

Primární výbušninu je výbušná, že je velmi citlivý na podněty, jako je dopad , tření , teplo , statická elektřina nebo elektromagnetické záření . Některé primární výbušniny jsou také známé jako kontaktní výbušniny . K zahájení je potřeba relativně malé množství energie . Jako velmi obecné pravidlo jsou za primární výbušniny považovány ty sloučeniny, které jsou citlivější než PETN . Jako praktické opatření jsou primární výbušniny dostatečně citlivé, aby je bylo možné spolehlivě zahájit úderem kladiva; PETN však lze také obvykle zahájit tímto způsobem, takže je to jen velmi široká směrnice. Kromě toho je několik sloučenin, jako je trijodid dusičitý , tak citlivých, že se s nimi ani nedá bez detonace zacházet. Trijodid dusičitý je tak citlivý, že jej lze spolehlivě detonovat expozicí alfa záření ; je to jediná výbušnina, pro kterou je to pravda.

Primární výbušniny se často používají v rozbuškách nebo ke spouštění větších náloží méně citlivých sekundárních výbušnin . Primární výbušniny se běžně používají při odstřelovacích čepicích a perkusních čepicích k překladu signálu fyzického šoku. V jiných situacích se k zahájení akce, tj. Výbuchu, používají různé signály, jako je elektrický nebo fyzický šok, nebo v případě laserových detonačních systémů světlo. Malé množství, obvykle miligramy, je dostatečné k iniciaci větší dávky výbušniny, se kterou je obvykle bezpečnější manipulovat.

Příklady primárních trhavin jsou:

Sekundární

Sekundární výbušninu je méně citlivý než primární výbušniny a vyžaduje podstatně více energie, aby bylo zahájeno. Vzhledem k tomu, že jsou méně citlivé, jsou použitelné v širším spektru aplikací a jejich manipulace a skladování je bezpečnější. Sekundární výbušniny se používají ve větším množství ve výbušném vlaku a jsou obvykle iniciovány menším množstvím primární výbušniny.

Mezi příklady sekundárních výbušnin patří TNT a RDX .

Terciární

Terciární výbušniny , nazývané také trhaviny , jsou tak necitlivé k šoku, že nemohou být spolehlivě odpálena praktické množství primární výbušniny , a místo toho vyžaduje mezilehlou výbušné booster o sekundární výbušniny . Ty se často používají pro bezpečnost a obvykle nižší náklady na materiál a manipulaci. Největší spotřebitelé jsou rozsáhlé těžební a stavební činnosti.

Většina terciárních společností zahrnuje palivo a oxidační činidlo. ANFO může být terciární výbušnina, pokud je její reakční rychlost pomalá.

Podle rychlosti

Nízký

Nízko výbušniny jsou sloučeniny, ve kterých rychlost rozkladu prochází materiálem menší než rychlost zvuku . Rozklad se množí čela plamene ( deflagrační ), který pohybuje mnohem pomaleji přes výbušného materiálu, než je rázová vlna části vysoké výbušniny . Za normálních podmínek podléhají výbušniny deflagraci rychlostí, která se pohybuje od několika centimetrů za sekundu do přibližně 0,4 kilometru za sekundu (1300 stop/s). Je možné, že velmi rychle deflagrují a vytvoří účinek podobný detonaci . To se může stát pod vyšším tlakem (například když se střelný prach deflagruje uvnitř uzavřeného prostoru pláště střely, čímž se střela zrychlí daleko za rychlost zvuku) nebo teploty .

Nízko výbušná je obvykle směs hořlavé látky a oxidačního činidla, které se rychle rozkládá (deflagrace); hoří však pomaleji než vysoce trhavina , která má extrémně vysokou rychlost hoření.

Jako hnací látky se běžně používají výbušniny . Do této skupiny jsou zahrnuty ropné produkty, jako je propan a benzín , střelný prach (včetně bezdýmného prachu ) a lehká pyrotechnika , jako jsou světlice a ohňostroje , ale v určitých aplikacích mohou nahradit vysoce výbušné látky, viz otryskávání tlakem plynu.

Vysoký

Trhaviny (HE) jsou výbušné materiály, které explodují , což znamená, že čelo výbušné rázy prochází materiálem nadzvukovou rychlostí. Výbušniny explozují rychlostí přibližně 3–9 kilometrů za sekundu (9 800–29 500 ft/s). Například TNT má rychlost detonace (hoření) přibližně 5,8 km/s (19 000 stop za sekundu), detonační šňůru 6,7 km/s (22 000 stop za sekundu) a C-4 přibližně 8,5 km/s (29 000 stop) za sekundu). Obvykle se používají v těžebních, demoličních a vojenských aplikacích. Mohou být rozděleny do dvou tříd výbušnin rozlišených podle citlivosti : primární výbušnina a sekundární výbušnina . Pojem vysoce výbušná je v kontrastu s pojmem málo výbušná , která exploduje ( deflagruje ) nižší rychlostí.

Chemicky je možné bezpočet vysoce výbušných sloučenin, ale komerčně a vojensky důležité zahrnují NG , TNT , TNX, RDX , HMX , PETN , TATB a HNS .

Podle fyzické formy

Výbušniny jsou často charakterizovány fyzickou formou, ve které jsou výbušniny vyráběny nebo používány. Tyto formy použití jsou obvykle kategorizovány jako:

Klasifikace přepravních štítků

Přepravní štítky a štítky mohou obsahovat označení OSN i národní označení.

Značení OSN zahrnuje očíslované kódy třídy nebezpečnosti a divize (HC/D) a kódy abecední skupiny kompatibility. Ačkoli tyto dva jsou příbuzné, jsou oddělené a odlišné. K jakékoli třídě nebezpečnosti a divizi lze přiřadit jakéhokoli označení skupiny kompatibility. Příkladem tohoto hybridního označení by mohl být spotřebitelský ohňostroj , který je označen jako 1.4G nebo 1.4S.

Příklady národního značení by zahrnovaly kódy amerického ministerstva dopravy (US DOT).

Třída a divize nebezpečí Organizace spojených národů (UNO) (HC/D)

Výbušniny varovný signál

Třída a divize nebezpečnosti (HC/D) je číselný označení v rámci třídy nebezpečnosti udávající charakter, převahu souvisejících nebezpečí a potenciál způsobit oběti na majetku a materiální škody. Jedná se o mezinárodně uznávaný systém, který komunikuje pomocí minimálního množství označení primární nebezpečnosti spojené s látkou.

Níže jsou uvedeny divize pro třídu 1 (výbušniny):

  • 1.1 Nebezpečí hromadné detonace. U HC/D 1.1 se očekává, že pokud nedopatřením vybuchne jedna položka v kontejneru nebo paletě, výbuch soucitně odpálí okolní předměty. Výbuch by se mohl rozšířit na všechny nebo většinu společně uložených předmětů a způsobit hromadnou detonaci. V oblasti výbuchu budou také fragmenty z pláště a/nebo struktur předmětu.
  • 1.2 Nemasová exploze, produkující fragmenty. HC/D 1.2 se dále dělí na tři podskupiny, HC/D 1.2.1, 1.2.2 a 1.2.3, aby se zohlednila velikost účinků výbuchu.
  • 1.3 Nebezpečí hromadného požáru, menšího výbuchu nebo úlomku. Do této kategorie spadají pohonné hmoty a mnoho pyrotechnických předmětů. Pokud se spustí jedna položka v balíčku nebo hromádce, obvykle se rozšíří na ostatní položky a vytvoří hromadný požár.
  • 1.4 Mírná palba, žádný výbuch nebo úlomky. Položky HC/D 1.4 jsou v tabulce uvedeny jako výbušniny bez významného nebezpečí. Do této kategorie spadá většina ručních zbraní (včetně nabitých zbraní) a některé pyrotechnické předměty. Pokud energetický materiál v těchto předmětech neúmyslně iniciuje, většina energie a fragmentů bude obsažena ve skladovací struktuře nebo v samotných nádobách s předměty.
  • 1,5 hmotnostní nebezpečí detonace, velmi necitlivé.
  • 1.6 Nebezpečí detonace bez nebezpečí hromadné detonace, extrémně necitlivé.

Chcete-li zobrazit celou tabulku UNO, projděte si odstavce 3-8 a 3-9 NAVSEA OP 5, sv. 1, kapitola 3.

Skupina kompatibility třídy 1

Kódy kompatibility se používají k označení kompatibility skladování pro výbušné materiály třídy HC/D třídy 1. Písmena se používají k označení 13 skupin kompatibility následujícím způsobem.

  • A : Primární výbušná látka (1,1A).
  • B : Výrobek obsahující primární výbušnou látku a neobsahující dva nebo více účinných ochranných prvků. Některé články, jako například rozbuškové sestavy pro tryskání a roznětky, typu čepice, jsou zahrnuty. (1,1 B, 1,2 B, 1,4 B).
  • C : Výbušná látka propelantu nebo jiná explozivní výbušná látka nebo předmět obsahující takovou výbušnou látku (1.1C, 1.2C, 1.3C, 1.4C). Jedná se o volně ložená paliva , hnací náplně a zařízení obsahující pohonné látky se zapalovacími prostředky nebo bez nich. Mezi příklady patří pohon na jedné bázi, pohon na dvojné bázi, pohon na trojné bázi a kompozitní paliva , raketové motory na tuhá paliva a střelivo s inertními střelami.
  • D : Sekundární detonační výbušná látka nebo černý prášek nebo předmět obsahující sekundární detonační výbušnou látku, v každém případě bez iniciačních prostředků a bez hnací náplně, nebo předmět obsahující primární výbušnou látku a obsahující dva nebo více účinných ochranných prvků. (1,1 D, 1,2 D, 1,4 D, 1,5 D).
  • E : Článek obsahující sekundární detonační výbušnou látku bez iniciačních prostředků, s hnací náplní (jiná než ta obsahující hořlavou kapalinu, gel nebo hypergolickou kapalinu) (1,1E, 1,2E, 1,4E).
  • F obsahující sekundární detonační výbušnou látku s jeho iniciačními prostředky, s hnací náplní (jinou než obsahující hořlavou kapalinu, gel nebo hypergolickou kapalinu) nebo bez hnací náplně (1,1 F, 1,2 F, 1,3 F, 1,4 F).
  • G : Pyrotechnická látka nebo předmět obsahující pyrotechnickou látku nebo předmět obsahující jak výbušnou látku, tak osvětlovací, zápalnou látku produkující slzu nebo kouř (jinou než vodou aktivovaný předmět nebo výrobek obsahující bílý fosfor, fosfid nebo hořlavou kapalinu nebo gelová nebo hypergolická kapalina) (1,1 G, 1,2 G, 1,3 G, 1,4 G). Mezi příklady patří světlice, signály, zápalná nebo osvětlovací munice a další zařízení produkující kouř a slzy.
  • H : Článek obsahující výbušnou látku i bílý fosfor (1,2H, 1,3H). Tyto články se při vystavení atmosféře samovolně spálí.
  • J : Výrobek obsahující výbušnou látku i hořlavou kapalinu nebo gel (1,1 J, 1,2 J, 1,3 J). To vylučuje kapaliny nebo gely, které jsou spontánně hořlavé, když jsou vystaveny vodě nebo atmosféře, které patří do skupiny H. Příklady zahrnují zápalnou munici naplněnou kapalinou nebo gelem, výbušná zařízení typu palivo-vzduch (FAE) a hořlavé rakety poháněné kapalinou.
  • K : Článek obsahující výbušnou látku i toxické chemické činidlo (1,2 K, 1,3 K)
  • L Výbušná látka nebo předmět obsahující výbušnou látku a představující zvláštní riziko (např. V důsledku aktivace vodou nebo přítomnosti hypergolických kapalin, fosfidů nebo pyroforických látek) vyžadující izolaci každého typu (1,1 l, 1,2 l, 1,3 l). Poškozená nebo podezřelá munice jakékoli skupiny patří do této skupiny.
  • N : Výrobky obsahující pouze extrémně necitlivé detonační látky (1,6 N ).
  • S : Látka nebo předmět zabalené nebo navržené tak, že jakékoli nebezpečné účinky vyplývající z náhodného fungování jsou omezeny do té míry, že významně nebrání ani nezakazují hašení požáru nebo jiné reakce na mimořádné události v bezprostřední blízkosti obalu (1.4S).

Nařízení

Zákonnost držení nebo používání výbušnin se liší podle jurisdikce. Různé země po celém světě přijaly zákon o výbušninách a vyžadují licence k výrobě, distribuci, skladování, používání, držení výbušnin nebo přísad.

Holandsko

V Nizozemsku se na civilní a komerční použití výbušnin vztahuje zákon Wet explosieven voor civiel gebruik (výbušniny pro civilní použití) v souladu se směrnicí EU č. 93/15/EEG (holandský). Na nelegální používání výbušnin se vztahuje zákon Wet Wapens en Munitie (zákon o zbraních a střelivu ) (holandský).

Spojené království

Nové předpisy o výbušninách 2014 (ER 2014) vstoupily v platnost 1. října 2014 a definují „výbušninu“ jako:

"a) jakýkoli výbušný předmět nebo výbušnou látku, které by -

i) pokud jsou zabaleny pro přepravu, musí být klasifikovány v souladu s doporučeními OSN jako spadající do třídy 1; nebo

ii) být klasifikován v souladu s doporučeními OSN jako -

aa) být nepřiměřeně citlivý nebo tak reaktivní, že podléhá spontánní reakci, a proto je příliš nebezpečný pro přepravu, a

bb) spadající do třídy 1; nebo

b) znecitlivěná výbušnina,

ale nezahrnuje výbušnou látku vyrobenou jako součást výrobního postupu, který ji následně přepracuje za účelem výroby látky nebo přípravku, který není výbušnou látkou “

"Každý, kdo si přeje získat a uchovat příslušné výbušniny, musí kontaktovat svého místního policejního styčného důstojníka pro výbušniny. Všechny výbušniny jsou relevantní výbušniny kromě těch, které jsou uvedeny v příloze 2 nařízení o výbušninách 2014."

Spojené státy

Během první světové války byla vytvořena řada zákonů, jejichž cílem bylo regulovat válečná odvětví a zvýšit bezpečnost ve Spojených státech. V roce 1917 vytvořil 65. americký kongres mnoho zákonů , včetně zákona o špionáži z roku 1917 a zákona o výbušninách z roku 1917 .

Výbušniny Act of 1917 (zasedání 1, kapitola 83, 40  Stat.  385 ) byla podepsána dne 6. října 1917 a vstoupila v platnost dne 16. listopadu 1917. Právní shrnutí „Zákon o zákazu výroby, distribuce, skladování, používání, a držení výbušnin v době války , poskytování předpisů pro bezpečnou výrobu, distribuci, skladování, používání a jejich držení a pro jiné účely “. Jednalo se o první federální regulaci licencování nákupů výbušnin. Tento akt byl deaktivován po skončení první světové války.

Poté, co Spojené státy vstoupily do druhé světové války , byl zákon o výbušninách z roku 1917 znovu aktivován. V roce 1947 byl tento akt deaktivován prezidentem Trumanem .

Zákon Organized Crime Control of 1970 ( Pub.L.  91-452 ) přenese mnoho výbušnin předpisy k Úřadu pro alkohol, tabák a střelné zbraně (ATF) z katedry financí . Návrh zákona vstoupil v platnost v roce 1971.

V současné době se předpisy řídí hlavou 18 amerického kodexu a hlavou 27 kodexu federálních předpisů :

  • „Dovoz, výroba, distribuce a skladování výbušných materiálů“ (18 USC, kapitola 40).
  • „Obchod s výbušninami“ (27 CFR, kapitola II, část 555).

Mnoho států omezuje držení, prodej a používání výbušnin.

Seznam

Sloučeniny

Acetylidy

Fulminuje

Nitro

Dusičnany

Aminy

Peroxidy

Oxidy

Netříděno

Směsi

Prvky a izotopy

Viz také

Reference

Další čtení

Vláda USA
  • Výbušniny a demolice FM 5–250; Americké ministerstvo armády; 274 str .; 1992.
  • Vojenské výbušniny TM 9-1300-214; Americké ministerstvo armády; 355 str .; 1984.
  • Manuál o výbušninách a trhacích pracích ; Americké ministerstvo vnitra; 128 stran; 1982.
  • Zkoušky bezpečnosti a výkonnosti pro kvalifikaci výbušnin ; Velitel, velení systémů námořní munice; NAVORD OD 44811. Washington, DC: GPO, 1972.
  • Základy systémů zbraní ; Velitel, Naval Ordnance Systems Command. NAVORD OP 3000, sv. 2, 1. rev. Washington, DC: GPO, 1971.
  • Prvky zbrojního inženýrství - část první ; Armádní výzkumná kancelář. Washington, DC: Velitelství materiálu americké armády , 1964.
  • Přeprava nebezpečných materiálů Štítky; USDOT.
Ústav výrobců výbušnin
Jiné historické

externí odkazy

Uvedeno v abecedním pořadí: