Detonation

En detonation er en eksplosion , hvor udbredelsen af ​​den kemiske reaktion i det eksplosive er forbundet med en stødbølge . I modsætning til deflagration , dvs. den langsomme afbrænding af det eksplosive i forhold til lydens hastighed , er der et brag med en detonation selv uden indeslutning .

reaktion

Når sprængstoffer sprænges, passerer en meget smal stødfront gennem sprængstofferne. Det er en stødbølge, der øger trykket og temperaturen markant. Trykket kan nå 500 kilobar , temperaturen 6000 ° C ; sagen er således ioniseret (bliver elektrisk ledende) og udsender lys , der kan genkendes som en detonationsblitz. Frigivelsen af ​​den kemiske reaktionsenergi kræver en omlejring af atomer, som kan tage flere nanosekunder svarende til en bredde af reaktionszonen i størrelsesordenen en millimeter afhængigt af det eksplosive stof. I den falder densiteten til cirka den oprindelige værdi, men temperaturen og trykket ikke så meget på grund af den frigivne reaktionsenergi. Dette driver chokfronten på den mikroskopiske skala, som ellers før eller senere lækker ud ved spredning og under visse omstændigheder øger den eksplosive effekt på en større længde og tidsskala. Det hjælper, hvis der dannes små molekyler, dvs. gasformige slutprodukter, under makroskopisk ekspansion.

fart

Den enorme tæthed og temperatur bag stødfronten får den til at udbrede sig med en hastighed, detonationshastigheden , der er større end lydens hastighed foran fronten, og som kun afhænger af typen af initiering over en opstartsafstand , så kun på eksplosivens egenskaber og detonationsfrontens krumning.

Værdierne for detonationshastigheden angivet i eksplosivdataene gælder for en flad detonationsfront og ligger mellem 1500 og 10000 m / s. Høje værdier giver formede ladninger deres gennemtrængende kraft. Lavere værdier vælges f.eks. I miner og stenbrud. Det nærmeste område bør ikke pulveriseres der, men der skal vises revner i et større område.

Detonationshastigheden afhænger af eksplosivens specifikke energi og fysiske tæthed, hvorved kun reaktionsenergien frigivet inden for 0,1 µs efter ankomsten af ​​detonationsfronten bidrager til detonationshastigheden.

Lastens geometri

I tilfælde af en eksplosiv søjle med et konstant cirkulært tværsnit er detonationshastigheden lavere, jo mindre søjlediameteren er. Hvis en bestemt kritisk diameter, der hovedsageligt afhænger af eksplosivstoffernes egenskaber og lidt af inklusionsstyrken, ikke nås, kan detonationen ikke sprede sig pålideligt langs søjlen og bryde af selv efter meget stærk initiering.

Print

Den afgørende faktor for styrken af ​​et eksplosivstof er detonationstrykket, som er omtrent proportionalt med kvadratet af detonationshastigheden og eksplosivens densitet. Det kommer fra forholdet

${\ displaystyle {\ frac {p_ {1}} {p_ {2}}} = \ venstre ({\ frac {V_ {2}} {V_ {1}}} \ højre) ^ {k}}$

med korrektionsparameteren for et kemisk homogent eksplosivstof. Halvering af lydstyrken fører til en otte gange stigning i tryk . Til sammenligning: gælder den isotermiske kompression af den ideelle gas ; den større eksponent tager højde for den kvadratiske temperaturstigning, der kræves til kompression. ${\ displaystyle k \ approx 3}$${\ displaystyle V}$${\ displaystyle p}$${\ displaystyle k = 1}$

Hvis en detonationsfront rammer en tilstødende krop, udsættes den for en meget stærk acceleration på grund af den ekstremt hurtige stigning til meget høje tryk. De kræfter, der opstår, er et multiplum af de interatomiske bindende kræfter. Der er intet materiale, der straks kan modstå detonationsstød fra et højeksplosivt stof. I en mere eller mindre bred zone reves målmaterialets mekaniske og kemiske struktur op af et detonationsstød.

Reaktionsmiljø

En detonation kan med undtagelse i faste og flydende sprængstoffer i eksplosive gas blandinger og selv i kernebrændsel materiale (f.eks. Som i en Super Nova type Ia) kan forekomme. I modsætning til udbredte udsagn om det modsatte forekommer der imidlertid som regel ingen detonation i den nukleare komponent i tilfælde af atombombeeksplosioner ; med kernefissionsbomber er der for eksempel slet ingen reaktionsfront.

Chokfronten, der forekommer i sprængstoffet, spreder sig i det omgivende medium, efter at sprængstoffet er brugt op og danner en typisk detonationsbølge . Imidlertid kan deflagrering også udløse en stødbølge i det omgivende medium, hvis lydhastigheden i dette medium er betydeligt lavere end i det deflagrerende brændstof.

Den uønskede antændelse kendt som banning i forbrændingsmotorer kan føre til en detonation og forårsage betydelig skade på motoren.

Ideel detonation

Hvis den kemiske omdannelse inden for detonationsfronten er praktisk taget fuldstændig, er det en ideel detonation , der beskrives med tilstrækkelig nøjagtighed af Chapman-Jouguet-teorien. Ikke-ideelle detonationer med forsinkede reaktioner og en bredere, tredimensionel reaktionszone forsøges simuleret med komplekse computersimuleringer (LS-Dyna osv.). Et vigtigt eksempel på et ikke-ideelt detonerende eksplosivstof er triaminotrinitrobenzen .

Differentiering fra andre former for eksplosion

I almindeligt sprog taler detonation om eksplosioner, hvor der opstår et skarpt brag eller en intens trykbølge, selvom processen fysisk ikke er en detonation, f.eks. B. i nukleare eksplosioner eller pyrotekniske pandehår. Ofte, baseret på engelsk brug, betyder dette også antændelse af en eksplosiv ladning og ikke den egentlige eksplosionsproces.

I modsætning til detonering formodes drivmidler at eksplodere i form af en deflagration , dvs. brænde meget hurtigt og kontrolleret af med gasudvikling og udføre mekanisk arbejde, såsom at køre et projektil ud af et pistolløb. Deflagrationen er afhængig af tryk og temperatur. Deflagration kan accelerere under inklusion ved inerti eller dæmning og i nogle stoffer blive til detonation. Detonation i en riffel ville ødelægge den.

litteratur

• DL Chapman: Phil Mag . (Lond. Edinb. Dubl.) 47, 90 (1899)
• E. Jouguet: J. Math. Pure App l. 60, 347 (1905); 61, 1 (1906)
• J. Taylor: Detonation i kondenserede sprængstoffer . Clarendon Press, Oxford 1952.
• J. Neumann, RD Richtmeyer: J. Appl. Phys . 21, 232 (1950)
• CE Anderson, JS Wilbeck, JC Hokanson, JR Asay, DE Grady, RA Graham, ME Kipp, i: YM Gupta: Shock Waves in Condensed Matter - 1985 . Plenum Press, New York 1986.
• JM Walsh, RH Christian: Phys. Rev . 97, 1544-56 (1955)

Se også

• Detonator

Individuelle beviser

1. ^ Georgi I. Pokrowski: Eksplosion og nedrivning. Teubner, 1. udgave Leipzig 1985, s. 30-40.