Ekvivalent TNT - TNT equivalent

Ekvivalent TNT
Atomový výbuch Nevada Yucca 1951.jpg
Exploze z jaderného testu o hmotnosti 14 kilotun na testovacím místě v Nevadě v roce 1951.
Obecná informace
Jednotkový systém Nestandardní
Jednotka energie
Symbol t nebo  tunu TNT
Konverze
1 t v ... ... je rovný ...
   Základní jednotky SI    4,184 gigajoulů
   CGS    10 9  kalorií

Ekvivalent TNT je konvence pro vyjadřování energie, obvykle se používá k popisu energie uvolněné při výbuchu. Tuna TNT je jednotka energie ve smyslu této konvence, že4,184  gigajoulů , což je přibližná energie uvolněná při detonaci metrické tuny (1 000 kilogramů) TNT . Jinými slovy, pro každý gram TNT explodoval,Uvolní se 4,184  kilojoulů (nebo 4184 joulů ) energie.

Tato úmluva má v úmyslu porovnat destruktivitu události s tradičními výbušnými materiály , jejichž typickým příkladem je TNT, ačkoli jiné konvenční výbušniny, jako je dynamit, obsahují více energie.

Kiloton a megaton

Kiloton (TNT)“ je jednotka energie rovnající se 4,184 terajoulů (4,184 × 10 12  J ).

Megaton (TNT)“ je jednotka energie rovnající se 4,184 petajoulů (4,184 × 10 15  J ).

Kiloton a megaton TNT se tradičně používají k popisu energetického výdeje a potažmo ničivé síly jaderné zbraně . Ekvivalent TNT se objevuje v různých smlouvách o ovládání jaderných zbraní a byl použit k charakterizaci energie uvolněné při nárazech asteroidů .

Historické odvození hodnoty

Alternativní hodnoty pro ekvivalenci TNT lze vypočítat podle toho, která vlastnost se porovnává a kdy se ve dvou detonačních procesech hodnoty měří.

Pokud je srovnání například podle energetického výtěžku, je energie výbušniny obvykle vyjádřena pro chemické účely jako termodynamická práce způsobená její detonací. Pro TNT to bylo přesně změřeno jako 4686 J/g z velkého vzorku experimentů se vzduchovým výbuchem a teoreticky bylo vypočítáno jako 4853 J/g.

Ale i na tomto základě může být srovnání skutečných energetických výnosů velkého jaderného zařízení a výbuchu TNT mírně nepřesné. Malé exploze TNT, zejména na otevřeném prostranství, nemají tendenci spalovat uhlíkové částice a uhlovodíkové produkty výbuchu. Účinky expanze plynu a změny tlaku mají tendenci popáleniny rychle „zmrazit“. Velká otevřená exploze TNT může udržovat dostatečně vysokou teplotu ohnivé koule, takže některé z těchto produktů shoří atmosférickým kyslíkem.

Takové rozdíly mohou být podstatné. Z bezpečnostních důvodů rozsah tak široký jako2673–6702 J bylo uvedeno pro gram TNT při výbuchu.

Lze tedy konstatovat, že jaderná bomba má výtěžek 15 kt (6,3 × 10 13  J ); ale skutečný výbuch a15 000  tun hromady TNT může přinést (například)8 × 10 13  J kvůli dodatečné oxidaci uhlíku/uhlovodíku, která není přítomna u malých nábojů pod širým nebem.

Tyto komplikace byly konvencí odstraněny. Energie uvolněná jedním gramem TNT byla libovolně definována jako záležitost konvence 4184 J, což je přesně jedna kilokalorie .

Kiloton TNT lze zobrazit jako krychli TNT 8,46 metru (27,8 ft) na boku.

Gramy TNT Symbol Tuny TNT Symbol Energie [jouly] Energie [Wh] Odpovídající ztráta hmotnosti
miligram TNT mg nanoton TNT nt 4,184 J nebo 4,184 joulů 1,162 mWh 46,55 fg
gram TNT G mikrotón TNT μt 4,184 × 10 3  J nebo 4,184 kilojoulů 1,162 Wh 46,55 str
kilogram TNT kg mil. TNT mt 4,184 × 10 6  J nebo 4,184 megajoulů 1,162 kWh 46,55 ng
megagram TNT Mg tun TNT t 4,184 × 10 9  J nebo 4,184 gigajoulů 1,162 MWh 46,55 μg
gigagram TNT Např kiloton TNT kt 4,184 × 10 12  J nebo 4,184 terajoulů 1,162 GWh 46,55 mg
teragram TNT Tg megaton TNT Mt 4,184 × 10 15  J nebo 4,184 petajoulů 1,162 TWh 46,55 g
petagram TNT Str gigaton TNT Gt 4,184 × 10 18  J nebo 4,184 exajoulů 1,162 PWh 46,55 kg

Přestavba na jiné jednotky

1 tuna ekvivalentu TNT je přibližně:

Příklady

Megatony TNT Energie [Wh] Popis
1 × 10 −12 1,162 Wh ≈ 1 potravinová kalorie (velká kalorie, kcal), což je přibližné množství energie potřebné ke zvýšení teploty jednoho kilogramu vody o jeden stupeň Celsia při tlaku jedné atmosféry .
1 × 10 −9 1,162 kWh Za kontrolovaných podmínek může jeden kilogram TNT zničit (nebo dokonce vymazat) malé vozidlo.
1 × 10 −8 11,62 kWh Přibližná sálavá tepelná energie uvolněná během 3fázové poruchy oblouku 600 V, 100 kA v prostoru 0,5 m × 0,5 m × 0,5 m (20 palců × 20 palců × 20 palců) během 1sekundové periody.
1,2 × 10 −8 13,94 kWh Množství TNT používá (12 kg) v koptské církve výbuchu v Káhiře , Egypt dne 11. prosince 2016, která opustila 25 mrtvých
2,4 × 10 −7 -2,4 × 10 −6 280-2 800 kWh Energie uvolněná průměrným bleskovým výbojem.
(1–44) × 10 −6 1,16–51,14 MWh Výtěžnost konvenčních bomb je od necelé jedné tuny do 44 tun společnosti FOAB . Výnos řízené střely Tomahawk odpovídá 500 kg TNT, tedy přibližně 0,5 tuny.
1,9 × 10 −6 2,90 MWh Televizní show MythBusters použila na výrobu „domácích“ diamantů 2,5 tuny ANFO .
5 × 10 −4 581 MWh Skutečná dávka 0,5 kilotun TNC (2,1 TJ) v operaci Sailor Hat . Pokud by byl náboj plnou koulí, byl by to 1 kiloton TNT (4,2 TJ).
500 tun TNT (5 x 10 m (17 x 34 ft)) čeká na detonaci při operaci Sailor Hat .
1,2 × 10 −3 2,088 GWh Odhadovaný výnos výbuchu v Bejrútu 2 750 tun dusičnanu amonného, ​​který zpočátku zabil 137 v libanonském přístavu a v jeho blízkosti v 18:00 místního času v úterý 4. srpna 2020. Nezávislá studie odborníků ze skupiny pro výzkum výbuchů a nárazů na univerzitě v Sheffieldu předpovídá nejlepší odhad výtěžku výbuchu v Bejrútu na 0,5 kilotun TNT a rozumný vázaný odhad na 1,12 kilotun TNT.
(1–2) × 10 −3 1,16–2,32 GWh Odhadovaný výnos výbuchu Oppau, který zabil více než 500 v německé továrně na hnojiva v roce 1921.
2,3 × 10 −3 2,67 GWh Množství sluneční energie dopadající na 4 000 m 2 (1 akr) půdy za rok je 9,5 TJ (2 650 MWh) (průměr nad zemským povrchem).
2,9 × 10 −3 3,49 GWh Halifax exploze v roce 1917 bylo náhodné detonace 200 tun TNT a 2.300 tun kyseliny pikrové
4 × 10 −3 9,3 GWh Mollová stupnice , z roku 1985 Spojené státy konvenční výbuch, s použitím 4,744 tuny ANFO výbušniny poskytnout měřítkem ekvivalentní airblast v osmém kiloton (33,44 TJ) jaderného zařízení, je považován za největší plánované detonace konvenčních výbušnin v historii.
(1,5–2) × 10 −2 17,4–23,2 GWh Malý chlapec atomová bomba klesla na Hirošimě 6. srpna 1945 explodovala s energií asi 15 kilotun TNT (63 TJ) zabíjení mezi 90.000 a 166.000 lidí, a Fat Man atomová bomba klesla na Nagasaki 9. srpna 1945, explodovala s energií asi 20 kilotun TNT (84 TJ) a zabila přes 60 000. Moderní jaderné zbraně v americkém arzenálu dosahují výnosů od 0,3 kt (1,3 TJ) do 1,2 Mt (5,0 PJ) ekvivalentu pro strategickou bombu B83 .
1 1,16 TWh Energie obsažená v jednom megatonu TNT (4,2 PJ) stačí k napájení průměrné americké domácnosti na 103 000 let. Odhadovaná síla výbuchu horní hranice 30 Mt (130 PJ) akce Tunguska by mohla napájet stejný průměrný domov po více než 3 100 000 let. Energie tohoto výbuchu by mohla pohánět celé Spojené státy po dobu 3,27 dne.
4 4,6 TWh Největší H-bomba, kterou Čína odpálila, jsou 4 megatuny TNT
8.6 10 TWh Energie uvolněná typickým tropickým cyklonem za jednu minutu, především z kondenzace vody. Vítr tvoří 0,25% této energie.
21.5 25 TWh Úplná přeměna 1 kg hmoty na čistou energii by poskytla teoretické maximum ( E = mc 2 ) 89,8 petajoulů, což odpovídá 21,5 megatunám TNT. Dosud nebylo dosaženo takové metody celkové konverze, jako je kombinace 500 gramů hmoty s 500 gramy antihmoty. V případě zničení protonů a antiprotonů unikne přibližně 50% uvolněné energie ve formě neutrin , která jsou téměř nezjistitelná. Události anihilace elektron -pozitron vyzařují jejich energii zcela jako gama paprsky .
24 28 TWh Přibližný celkový výnos erupce Mount St. Helens v roce 1980 .
100 29–116 TWh Sovětský svaz vytvořil prototyp zbraně, přezdívaný car Bomba , který byl testován na 50 Mt (210 PJ), ale měl maximální teoretický výtěžek 100 Mt (420 PJ). Účinný ničivý potenciál takové zbraně se velmi liší v závislosti na podmínkách, jako je nadmořská výška, ve které je odpálena, charakteristika cíle, terén a fyzická krajina, ve které je odpálena.
26.3 30,6 TWh Megathrust zemětřesení 2004 Zemětřesení v Indickém oceánu vydalo rekordní energii povrchové průlomu M E nebo potenciál poškození při 26,3 megatunách TNT (110 PJ).
200 232 TWh Celková energie uvolněná erupcí Krakatoy v roce 1883 v Nizozemské východní Indii (dnešní Indonésie).
540 628 TWh Celková energie vyrábí na celém světě od veškerého jaderného testování a boje v kombinaci, od roku 1940 do současnosti je asi 540 megatun.
1 460 1,69 PWh Celkový globální jaderný arzenál je asi 15 000 jaderných hlavic s ničivou kapacitou kolem 1460 megatonů nebo 1,460 gigatonů (1 460 milionů tun) TNT. To odpovídá 6,11x10 21 joulů energie
33 000 38 PWh Celková energie uvolněná erupcí hory Tambora na ostrově Sumbawa v Indonésii v roce 1815 .
104 400 121 PWh Celková energie slunečního záření přijatá Zemí v horních vrstvách atmosféry za hodinu.
875 000 1 000 PWh Přibližný výnos poslední erupce supervulkánu Yellowstone .
2,39 × 10 6 2 673 PWh Přibližný celkový výtěžek super erupce La Garita Caldera byl druhou nejenergičtější událostí, která se na Zemi odehrála od události vymírání křídou a paleogenem před 65–66 miliony let. Dopad asteroidu zodpovědný za toto hromadné vyhynutí, což odpovídá 100 teratonům TNT.
6 × 10 6 6 973 PWh Odhadovaná energie při nárazu, když největší fragment komety Shoemaker – Levy 9 zasáhl Jupiter, odpovídá 6 milionům megatonů (6 bilionů tun) TNT.
9,32 × 10 6 10 831 PWh Energie uvolněná při zemětřesení a tsunami v Tohoku v roce 2011 byla více než 200 000krát vyšší než povrchová energie a byla vypočítána USGS na3,9 × 10 22 joulů, o něco méně než zemětřesení v Indickém oceánu v roce 2004. To odpovídá 9,32 teratonům TNT.
9,56 × 10 6 11 110 PWh Zemětřesení s megathrustem zaznamenávají obrovské hodnoty M W neboli celkovou uvolněnou energii. Zemětřesení 2004 Indický oceán propuštěn 9,560 gigatun TNT ekvivalentu.
1 × 10 8 116 222 PWh Přibližná energie uvolněná, když Chicxulubův náraz způsobil masové vyhynutí před 65–66 miliony let, byla odhadována na 100 teratonů (tj. 100 exagramů nebo přibližně 220 462 quadrillion liber) TNT (teraton se rovná 1 milionu megatonů). nejenergičtější událost v historii Země po stovky milionů let, mnohem silnější než jakákoli sopečná erupce, zemětřesení nebo bouřka. Taková exploze zničila vše ve vzdálenosti tisíc kilometrů od nárazu ve zlomku sekundy. Tato energie je ekvivalentní energii potřebné k napájení celé Země po několik století.
3 × 10 8 -119 × 10 8 349 EWh až 14 ZWh Pozdější odhady energie nárazového tělesa Chicxulub se vyšplhaly mezi 300 milionů megatun a 11 900 milionů megatonů.
5,972 × 10 15 6,94 × 10 27  Wh Výbušná energie množství TNT o hmotnosti Země .
7,89 × 10 15 9,17 × 10 27  Wh Celkový sluneční výkon ve všech směrech za den.
1,98 × 10 21 2,3 × 10 33  Wh Výbušná energie určitého množství TNT, hmotnosti Slunce .
(2,4–4,8) × 10 28 (2,8–5,6) × 10 40  Wh Typu 1a supernovy exploze vydává 1-2 × 10 44 joulů energie, což je asi 2,4–4,8 stovek miliard yottatonů (24–48 oktilionů (2,4–4,8 × 10 28 ) megatonů) TNT, což odpovídá výbušné síle množství TNT přes bilion (10 12 ) násobku hmotnosti planety Země. Toto je astrofyzikální standardní svíčka používaná k určování galaktických vzdáleností.
(2,4–4,8) × 10 30 (2,8–5,6) × 10 42  Wh Největší pozorovaný typ supernovy, záblesky gama záření (GRB), uvolní více než 10 46  joulů energie.
1,3 × 10 32 1,5 × 10 44  Wh Spojení dvou černých děr, které mělo za následek první pozorování gravitačních vln , se uvolnilo5,3 × 10 47  joulů

Faktor relativní účinnosti

Faktor relativní účinnosti (RE faktor) uvádí demoliční sílu výbušniny do síly TNT v jednotkách ekvivalentu TNT/kg (TNTe/kg). Faktor RE je relativní hmotnost TNT, které je výbušnina ekvivalentní: Čím větší je RE, tím je výbušnina silnější.

To umožňuje technikům určit správnou hmotnost různých výbušnin při aplikaci tryskacích vzorců vyvinutých speciálně pro TNT. Pokud například vzorec pro těžbu dřeva vyžaduje poplatek 1 kg TNT, pak na základě faktoru RE oktanitrokubanu 2,38 by ke stejné práci stačilo 1,0/2,38 (nebo 0,42) kg. Pomocí PETN by inženýři potřebovali 1,0/1,66 (nebo 0,60) kg, aby získali stejné účinky jako 1 kg TNT. S ANFO nebo dusičnanem amonným by vyžadovaly 1,0/0,74 (nebo 1,35) kg nebo 1,0/0,32 (nebo 3,125) kg.

Výpočet jediného faktoru RE pro výbušninu je však nemožný. Záleží na konkrétním případě nebo použití. Vzhledem k dvojici výbušnin lze vyrobit 2 × výkon rázové vlny (to závisí na vzdálenosti měřicích přístrojů), ale rozdíl v přímé schopnosti řezání kovů může být 4 × vyšší pro jeden typ kovu a 7 × vyšší pro jiný typ kov. Relativní rozdíly mezi dvěma výbušninami s tvarovanými náložemi budou ještě větší. Následující tabulka by měla být brána jako příklad a ne jako přesný zdroj dat.

Některé příklady faktorů relativní účinnosti
Výbušný, známka Hustota
(g/ml)
Detonace
vel. (slečna)
Relativní
účinnost
Dusičnan amonný (AN + <0,5% H 2 O) 0,88 2700 0,32
Merkur (II) fulminuje 4,42 4250 0,51
Černý prášek (75%  KNO 3 + 19%  C + 6%  S , starověké výbušniny) 1,65 600 0,55
Hexamin dinitrát (HDN) 1.30 5070 0,60
Dinitrobenzen (DNB) 1,50 6025 0,60
HMTD ( hexamin peroxid ) 0,88 4520 0,74
ANFO (94%  AN + 6% topného oleje) 0,92 4200 0,74
Dusičnan močoviny 1,67 4700 0,77
TATP ( aceton peroxid ) 1.18 5300 0,80
Komerční produkt Tovex Extra ( AN vodní gel) 1,33 5690 0,80
Komerční produkt Hydromite 600 ( AN vodní emulze ) 1.24 5550 0,80
ANNMAL (66%  AN + 25%  NM + 5%  Al + 3%  C + 1% TETA ) 1.16 5360 0,87
Amatol (50%  TNT + 50%  AN ) 1,50 6290 0,91
Nitroguanidin 1.32 6750 0,95
Trinitrotoluen (TNT) 1,60 6900 1,00
Hexanitrostilbene (HNS) 1,70 7080 1,05
Nitrourea 1,45 6860 1,05
Tritonal (80%  TNT + 20%  hliníku )* 1,70 6650 1,05
Nikl hydrazin dusičnan (NHN) 1,70 7 000 1,05
Amatol (80%  TNT + 20%  AN ) 1,55 6570 1.10
Nitrocelulóza (13,5% N, NC; AKA dělová) 1,40 6400 1.10
Nitromethan (NM) 1.13 6360 1.10
PBXW-126 (22% NTO, 20% RDX , 20% AP , 26% Al , 12% PU systém)* 1,80 6450 1.10
Diethylenglykol dinitrát (DEGDN) 1,38 6610 1.17
PBXIH -135 EB (42% HMX , 33% Al , 25% PCP - systém TMETN )* 1,81 7060 1.17
PBXN-109 (64% RDX , 20% Al , 16% systém HTPB )* 1,68 7450 1.17
Triaminotrinitrobenzen (TATB) 1,80 7550 1.17
Kyselina pikrová (TNP) 1,71 7350 1.17
Trinitrobenzen (TNB) 1,60 7300 1.20
Tetrytol (70%  tetryl + 30%  TNT ) 1,60 7370 1.20
Dynamit , Nobel's (75% NG + 23% diatomit ) 1,48 7200 1,25
Tetryl 1,71 7770 1,25
Torpex (aka HBX, 41%  RDX + 40%  TNT + 18% Al + 1% vosk )* 1,80 7440 1.30
Složení B (63%  RDX + 36%  TNT + 1%  vosk ) 1,72 7840 1,33
Složení C-3 (78%  RDX ) 1,60 7630 1,33
Složení C-4 (91%  RDX ) 1,59 8040 1,37
Pentolit (56% PETN + 44%  TNT ) 1,66 7520 1,33
Semtex 1A (76%  PETN + 6%  RDX ) 1,55 7670 1,35
Hexal (76% RDX + 20% Al + 4% vosk )* 1,79 7640 1,35
RISAL P (50%  IPN + 28%  RDX + 15%  Al + 4%  Mg + 1%  Zr + 2%  NC )* 1,39 5980 1,40
Hydrazin mononitrát 1,59 8500 1,42
Směs: 24% nitrobenzen + 76% TNM 1,48 8060 1,50
Směs: 30% nitrobenzen + 70% oxid dusičitý 1,39 8290 1,50
Nitroglycerin (NG) 1,59 7700 1,54
Methylnitrát (MN) 1.21 7900 1,54
Octol (80% HMX + 19% TNT + 1% DNT ) 1,83 8690 1,54
Nitrotriazolon (NTO) 1,87 8120 1,60
DADNE ( 1,1-diamino-2,2-dinitroethen , FOX-7) 1,77 8330 1,60
Gelignit (92% NG + 7% nitrocelulóza ) 1,60 7970 1,60
Plastics Gel® (v tubě zubní pasty: 45% PETN + 45% NG + 5% DEGDN + 4% NC ) 1,51 7940 1,60
Složení A-5 (98% RDX + 2% kyselina stearová ) 1,65 8470 1,60
Erythritol tetranitrát (ETN) 1,72 8206 1,60
Hexogen (RDX) 1,78 8700 1,60
PBXW-11 (96% HMX , 1% HyTemp , 3% DOA ) 1,81 8720 1,60
Penthrite ( PETN ) 1,77 8400 1,66
Ethylenglykol dinitrát ( EGDN ) 1,49 8300 1,66
Trinitroazetidin (TNAZ) 1,85 8640 1,70
Octogen ( HMX stupeň B) 1,86 9100 1,70
Hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW; AKA CL-20) 1,97 9380 1,80
Hexanitrobenzen (HNB) 1,97 9400 1,85
MEDINA (methylen dinitroamin) 1,65 8700 1,93
DDF ( 4,4'-Dinitro-3,3'-diazenofuroxan ) 1,98 10 000 1,95
Heptanitrokuban (HNC) 1,92 9200 N/A
Octanitrocubane (ONC) 1,95 10600 2.38

*: TBX (termobarické výbušniny) nebo EBX (vylepšené trhaviny) v malém omezeném prostoru mohou mít více než dvojnásobnou sílu ničení. Celkový výkon aluminizovaných směsí přísně závisí na podmínkách výbuchů.

Jaderné příklady

Jaderné zbraně a nejsilnější příklady nejaderných zbraní
Zbraň Celkový výnos
( kilotun TNT )
Hmotnost
(kg)
Relativní
účinnost
Bomba použitá v Oklahoma City ( ANFO na základě závodního paliva ) 0,0018 2300 0,78
Bomba GBU-57 ( Massive Ordnance Penetrator , MOP) 0,0035 13 600 0,26
Grand Slam ( zemětřesná bomba , M110) 0,0065 9 900 0,66
BLU-82 (řezačka sedmikrásky) 0,0075 6800 1.10
MOAB (nejaderná bomba, GBU-43) 0,011 9 800 1.13
FOAB (pokročilá termobarická bomba , ATBIP) 0,044 9 100 4,83
W54 , Mk-54 (Davy Crockett) 0,022 23 1 000
W54 , B54 (SADM) 1,0 23 43 500
Hypotetická kufrová atomovka 2.5 31 80 000
Fat Man (spadl na Nagasaki) A-bomba 20 4600 4500
Klasická (jednostupňová) štěpná A-bomba 22 420 50 000
Moderní termonukleární hlavice W88 ( MIRV ) 470 355 1 300 000
Typická (dvoustupňová) jaderná bomba 500–1 000 650–1120 900 000
Termonukleární hlavice W56 1 200 272–308 4 960 000
B53 jaderná bomba (dvoustupňová) 9 000 4050 2 200 000
B41 jaderná bomba (třístupňová) 25 000 4850 5 100 000
Carská jaderná bomba (třístupňová) 50 000–56 000 26 500 2 100 000

Viz také

Reference