Джоуль (дж, международная система (си)) → килограмм тротила (тротиловый эквивалент энергии)

Содержание энергии

Вид поперечного сечения Oerlikon 20 мм пушка оболочек (начиная с. 1945) , показывающим цветовыми кодами для ТНТА и pentolite начинками

Теплота детонации, используемая NIST для определения тонны тротилового эквивалента, составляет 1000 кал / г или 1000 ккал / кг, 4,184 МДж / кг или 4,184 ГДж / тонну. Плотность энергии TNT используется в качестве точки отсчета для многих других взрывчатых веществ, в том числе ядерного оружия, энергетическое содержание которого измеряется в эквивалентных килотонн (~ 4.184 тераджоулях или 4,184 TJ или 1,162 ГВт.ч) или мегатонн (~ 4.184 РЕТА джоулей или 4.184 ПДж или 1,162 ТВтч) в тротиловом эквиваленте. Теплота сгорания , однако, 14,5 мега джоулей на килограмм или 14,5 МДж / кг или 4,027 кВт — ч / кг, который требует , чтобы некоторые из углерода в TNT реагирует с атмосферным кислородом, который не происходит в исходное событие.

Для сравнения: порох содержит 3 мегаджоуля на килограмм, динамит содержит 7,5 мегаджоулей на килограмм, а бензин содержит 47,2 мегаджоулей на килограмм (хотя для бензина требуется окислитель , поэтому оптимизированная смесь бензина и O ₂ содержит 10,4 мегаджоулей на килограмм).

Создание тротила

В 1863 году химик Юлиус Вильбрантд, работавший в университете Гёттингена, получил интересный результат в ходе одного из экспериментов с остатками коксованного угля и нефтью. Полученный состав прекрасно горел, выделяя яркое пламя и много черного дыма. Вильбратд окрестил свой состав тринитротолуолом, однако на несколько десятков лет полученное вещество оказалось забыто.

В начале 1890-х о составе пришлось вспомнить в связи с развитием вооруженных сил. Находившиеся на тот момент на вооружении армий мира взрывчатые вещества (ВВ) обладали множеством минусов. Динамит отличается высокой чувствительностью, и снаряжать им боеприпасы опасно для самих работников фабрик, не говоря о войсках, а о транспортировке во время военных действий, вообще не приходилось и думать.

Гексоген и пикриновая кислота также крайне чувствительны, мелинит вступает в активную связь с металлом оболочки снаряда, основанные на селитре и аммиаке ВВ отличаются гигроскопичностью и быстро выходят из строя.

На фоне этих веществ тринитротолуол был едва ли не идеальной взрывчаткой, а развитие нефтяной промышленности, обеспечило его быстрое распространение.

Большую роль в этом сыграл химик Генрих Каст, по сути доведший до конца работу Вильбрантда и давший возможность производить тринитротолуол в промышленных масштабах. Кстати, название тротил было придумано для того, что бы сбить с толку русскую и иные разведки, активно искавшие, чем это занимается немецкая химическая промышленность. Происхождение слова простое, это сокращенная форма от полного названия взрывчатки.

Шило в мешке утаить невозможно, поэтому уже в 1909 году в России на Охтинском заводе стала производиться эта секретная новая взрывчатка. Первая Мировая война прошла под знаком равенства пикриновой кислоты и тола в качестве ВВ, но в послевоенный период и в эпоху Второй Мировой войны тротил стал главной взрывчаткой на планете.

Первоначально толуол, продукт, получаемый из нефти, нитровали в три стадии с последующей очисткой и кристаллизацией с помощью этилового спирта. Трудоемкий процесс, в котором было задействовано ценное, «дефицитное» сырье, изменили в 1932-1933 годах.

Модернизация позволила пустить спирт на более важные нужды, его заменили кислотой. Сильно мешал факт прерывающегося производства взрывчатки. В 1936 году был опробована и принята технология производства тринитротолуола непрерывного типа в четыре фазы. В послевоенное время создавались новые способы непрерывного производства тротила для армии и промышленности.

Особенностью их было использование концентрированных кислот. В этом отечественная промышленность серьезно обгоняла западных конкурентов, так как и в Германии, и в Англии, и в США производство ВВ было не так дешево и эффективно как в СССР, и, как правило, было прерывающегося типа.

Это интересно: Коллективные средства защиты

Боевое применение

Попытка заложить динамит в пушечный снаряд провалилась — слишком часто снаряды взрывались при выстреле. Зато для производства мин, для начала — морских, а также для подрыва крепостных стен, мостов, тоннелей — динамит отлично подходил.

Во франко-прусской войне 1870−1871 годов динамит уже использовался в больших масштабах.

Взрывные работы с помощью динамита, рисунок из французского журнала La Nature, 1873 г. Фото: ru.wikipedia.org

Расширение производства динамита сопровождалось взрывами на производстве. Взрывались заводы, гибли люди, нитроглицерин — все же очень взрывоопасное вещество. А динамит при ненадлежащем хранении или долгом хранении «отпотевает», на его поверхности выступают капельки нитроглицерина — и тут до взрыва всего склада взрывчатки остается совсем чуть-чуть.

Пытаясь уменьшить взрывоопасность динамита, исследователи создали желатин-динамит — при взаимодействии нитроглицерина и желеобразной массы, получаемой при разведении коллодия различными органическими растворителями. Желатин-динамиты, или «гремучие студни», широко использовались при строительстве тоннелей в Альпах. И туннель под перевалом Сен-Готард, и все остальные туннели, пробитые людьми в то время, своей прокладкой во многом обязаны «гремучим студням».

Гремучие студни в отражённом свете (сверху) и на просвет (снизу) Фото: ru.wikipedia.org

Трициклическая мочевина

В 80 годах прошлого века было синтезировано вещество трициклическая мочевина. Считается, что первыми, кто получил эту взрывчатку, были китайцы. Тесты показали огромную разрушительную силу «мочевины» — один её килограмм заменял двадцать два килограмма тротила.

Эксперты соглашаются с такими выводами, поскольку «китайский разрушитель» имеет самую большую плотность из всех известных взрывчатых веществ, и при этом обладает максимальным кислородным коэффициентом. То есть, во время взрыва стопроцентно сжигается весь материал. Кстати, у тротила он равен 0.74.

В реальности трициклическая мочевина не годится для военных действий, прежде всего, из-за плохой гидролитической стойкости. Уже на следующий день при стандартном хранении она превращается в слизь. Впрочем, китайцам удалось получить другую «мочевину» — динитромочевину, которая хоть и хуже по фугасности, чем «разрушитель», но тоже относится к одному из самых мощных взрывчатых веществ. Сегодня ее выпускают американцы на своих трех пилотных установках.

Параметры воздушной ударной волны объемно-детонирующего взрыва

Основными параметрами ВУВ, определяющими ее поражающее действие на человека и разрушающее по материальным объектам, являются: избыточное давление на фронте ВУВ, импульс положительной фазы сжатия, длительность фазы сжатия и эффективная удельная энергия ВУВ. Профили изменения основных параметров ВУВ при взрыве объемно-детонирующих систем отличаются от аналогичных зависимостей для случая конденсированных взрывчатых веществ (КВВ), описываемых по формулам М.А. Садовского и ГОСТ В-25.801-83 . Зависимости параметров ВУВ для случая наземного взрыва объемно-детонирующих систем были получены на основе метода энергетического подобия взрыва и теории размерностей , численные значения коэффициентов в уравнениях получены методом регрессионного анализа многочисленных экспериментальных данных отечественных и зарубежных исследователей, в которых масса заряда горючего изменялась в пределах от 3 до 1000 кг. Получены зависимости основных параметров ВУВ (избыточного давления на фронте, импульса давления фазы сжатия и длительности фазы сжатия) от расстояния. Данные выражения построены в виде преобразований Сахса и имеют следующий вид:

где:

ΔPф — избыточное давление на фронте ВУВ, Па; P0 — атмосферное давление, Па; a0 — скорость звука в невозмущенной атмосфере (a0 = 340 м/с), м/с; Е — полная энергия взрыва облака ТВС (Е=МгQвзр), Дж; Мг — масса горючего, кг; Qвзр — удельная теплота взрыва горючего, Дж/кг; τ+ — длительность фазы сжатия, с; I+ — импульс давления фазы сжатия, Па.с; R — расстояние от центра облака, м.

Значения эффективной удельной энергии ВУВ (в кДж/м2) рассчитываются по уравнению (5) по значению избыточного давления на фронте ВУВ (в изб. атм) и длительности фазы сжатия (в мс) со средней относительной ошибкой, не превышающей 1% (по сравнению с результатами численного интегрирования):

Поражение человека рассчитывается через приведенную площадь поражения. Принимая допущение, что в точках, равноудаленных от центра взрыва, поражающие характеристики ВУВ имеют одинаковые параметры, а приведенная площадь поражения имеет форму круга, можно рассчитать ее значение по формуле

где:

R0 — радиус от центра взрыва, где вероятность поражения цели равна 1 м; n — количество точек, разбивающих оставшуюся площадь поражения, шт.; Ri+1 — радиус от центра взрыва до очередной точки, м; Рi+1, Рi — граничные вероятности поражения.

Значения параметров ВУВ (избыточное давление на фронте ВУВ, импульс фазы сжатия, длительность фазы сжатия и удельная эффективная энергия) при взрыве облака ГПВС (1000 тонн пропана) для различных расстояний приведены в табл. 4.

Графики зависимостей параметров ВУВ (избыточное давление на фронте ВУВ, импульс фазы сжатия, длительность фазы сжатия и удельная эффективная энергия) при взрыве облака ГПВС (1000 тонн пропана) от расстояния до центра облака приведены на рис. 2.

Рассчитываем площади приведенных зон поражения объемного взрыва по человеку для различных типов поражения и степени укрытости (табл. 5).

С другой стороны в учебном пособии приведена классическая схема сравнения мощности взрыва полусферических зарядов на поверхности земли: КВВ (тротил) и полусферического облака ГПВС (пропан), приводящие к практическому удвоению мощности за счет отражения ВУВ. Учитывая, что пропан при молекулярной массе 44 у.е., по сравнению с воздухом (не менее 29 у.е.), при естественном испарении не будет, как правило, подниматься на высоту более 150 м, как приведено в решении , то можно принять, что высота облака пропана не будет превышать 5-6 м, что составит площадь распространения для объема ГПВС 6,316 — 106 м3 около 1,148 — 106 м2.

Таким образом, на площади одного км2 при инициировании КВВ или случайной искре с необходимой энергией инициирования может произойти объемно-детонирующий взрыв с величиной избыточного давления на фронте ВУВ не менее 12-15 атм, что приведет к 100% поражению людей со степенью не ниже смертельной и тяжелой, что может составить по мощности взрыва не менее 50 килотонн в тротиловом эквиваленте (по ударной волне эффект сопоставим с взрывом ядерного заряда).

Примечания

• ↑ 123 https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0641.html
• Тротил не взрывается, если его уронить, даже если его прострелить из винтовки. Для взрыва требуется сильная ударная волна (детонация) Ландау Л. Д. ,Китайгородский А. И. Физика для всех: Молекулы. — 5-е изд., испр. — М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1982. — с. 167—172. — 208 с.
• 2,4,6- Тринитротолуол
• К. В. Волков, В. В. Даниленко, В. И. Елин //. Физика горения и взрыва,1990, вып. 26, т. 3, с. 123—125..
• СПОСОБ В.Ф.МОЖАРОВСКОГО КОМПЛЕКСНОГО ЭТИОЛОГИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ ПСОРИАЗА ПРОТИВОВИРУСНЫМ И ПРОТИВОМИКРОБНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ «ЛИКВАЦИД», «ТРИНОЛ», «ТРИСОЛИД» И «ТРОТИПИД» — Патент РФ 2102072 (неопр.) . ru-patent.info. Дата обращения 23 января 2020.

Историческое происхождение стоимости

Альтернативные значения эквивалента TNT могут быть рассчитаны в зависимости от того, какое свойство сравнивается, и когда в двух процессах детонации значения измеряются.

Если, например, сравнение проводится по выработке энергии, энергия взрывчатого вещества обычно выражается для химических целей как термодинамическая работа произведенный его детонацией. Для TNT это было точно измерено как 4686 Дж / г по большой выборке экспериментов с воздушным ударом и теоретически рассчитано как 4853 Дж / г.

Но даже на этом основании сравнение фактических выходов энергии большого ядерного устройства и взрыва тротила может быть немного неточным. Небольшие взрывы TNT, особенно на открытом воздухе, обычно не сжигают углеродные частицы и углеводородные продукты взрыва. Эффекты расширения газа и изменения давления стремятся быстро «заморозить» горение. Большой открытый взрыв тротила может поддерживать температуру огненного шара на достаточно высоком уровне, так что некоторые из этих продуктов сгорают вместе с кислородом воздуха.

Такие различия могут быть существенными. В целях безопасности широкий диапазон: 2673–6702 Дж было заявлено на грамм TNT при взрыве.

Итак, можно констатировать, что ядерная бомба имеет мощность 15 кт (6.3×1013 J); но настоящий взрыв 15000 тонна куча тротила может дать (например) 8×1013 J из-за дополнительного окисления углерода / углеводородов, отсутствующего при небольших заправках под открытым небом.

Эти сложности обходятся условностью. Энергия, выделяемая одним граммом тротила, условно была определена как 4184 Дж. что ровно один килокалория.

Килотонну тротила можно визуализировать как куб из тротила со стороной 8,46 метра (27,8 фута).

Химические и физические свойства

Тротил – это бесцветное или желтое кристаллическое вещество. Его плотность составляет 1,663 г/см3, плотность литого тротила – 1,54-1,59 г/см3. Химическая формула этого взрывчатого вещества – C7H5N3O6.

Тротил не вступает во взаимодействия с твердыми веществами, он практически не растворяется в воде, не изменяет своих взрывчатых свойств после смачивания водой или в расплаве. Горит желтым пламенем с большим выделением копоти. Под воздействием солнечных лучей темнеет.

Хорошо реагирует с водными и спиртовыми растворами щелочей.

Тротил – это продукт воздействия на толуол кислот, азотистой и серной. В результате нескольких реакций получается первичный продукт – так называемый чешуйчатый тротил, который можно прессовать, измельчать до порошкообразного состояния или плавить. Последнее свойство этой взрывчатки особенно ценно. Путем плавки можно получать заряды любой формы, веса, резать, сверлить, заполнять нужные полости.

Тротил обладает приемлемым уровнем чувствительности, он не взрывается от прострела пулей, от действия искры или пламени. Взрыв тротила гарантировано происходит от стандартных капсюлей-детонаторов или запалов.

Создание тротила

В 1863 году химик Юлиус Вильбрантд, работавший в университете Гёттингена, получил интересный результат в ходе одного из экспериментов с остатками коксованного угля и нефтью. Полученный состав прекрасно горел, выделяя яркое пламя и много черного дыма. Вильбратд окрестил свой состав тринитротолуолом, однако на несколько десятков лет полученное вещество оказалось забыто.

В начале 1890-х о составе пришлось вспомнить в связи с развитием вооруженных сил. Находившиеся на тот момент на вооружении армий мира взрывчатые вещества (ВВ) обладали множеством минусов. Динамит отличается высокой чувствительностью, и снаряжать им боеприпасы опасно для самих работников фабрик, не говоря о войсках, а о транспортировке во время военных действий, вообще не приходилось и думать.

Гексоген и пикриновая кислота также крайне чувствительны, мелинит вступает в активную связь с металлом оболочки снаряда, основанные на селитре и аммиаке ВВ отличаются гигроскопичностью и быстро выходят из строя.

На фоне этих веществ тринитротолуол был едва ли не идеальной взрывчаткой, а развитие нефтяной промышленности, обеспечило его быстрое распространение.

Большую роль в этом сыграл химик Генрих Каст, по сути доведший до конца работу Вильбрантда и давший возможность производить тринитротолуол в промышленных масштабах. Кстати, название тротил было придумано для того, что бы сбить с толку русскую и иные разведки, активно искавшие, чем это занимается немецкая химическая промышленность. Происхождение слова простое, это сокращенная форма от полного названия взрывчатки.

Шило в мешке утаить невозможно, поэтому уже в 1909 году в России на Охтинском заводе стала производиться эта секретная новая взрывчатка. Первая Мировая война прошла под знаком равенства пикриновой кислоты и тола в качестве ВВ, но в послевоенный период и в эпоху Второй Мировой войны тротил стал главной взрывчаткой на планете.

Первоначально толуол, продукт, получаемый из нефти, нитровали в три стадии с последующей очисткой и кристаллизацией с помощью этилового спирта. Трудоемкий процесс, в котором было задействовано ценное, «дефицитное» сырье, изменили в 1932-1933 годах.

Модернизация позволила пустить спирт на более важные нужды, его заменили кислотой. Сильно мешал факт прерывающегося производства взрывчатки. В 1936 году был опробована и принята технология производства тринитротолуола непрерывного типа в четыре фазы. В послевоенное время создавались новые способы непрерывного производства тротила для армии и промышленности.

Особенностью их было использование концентрированных кислот. В этом отечественная промышленность серьезно обгоняла западных конкурентов, так как и в Германии, и в Англии, и в США производство ВВ было не так дешево и эффективно как в СССР, и, как правило, было прерывающегося типа.

Тротиловый эквивалент

Тротиловый эквивалент выражается в тоннах, кило-тоннах и мегатоннах.
 

Тротиловый эквивалент может определяться для оценки уровня воздействия взрыва парогазовой среды или конденсированных ВВ с целью разработки эффективных защитных мероприятий.
 

Тротиловый эквивалент — это вес обычного взрывчатого вещества ( тротила), энергия взрыва которого равна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса.
 

Тротиловый эквивалент — энергия взрыва атомной бомбы в сравнении с энергией, выделяющейся при взрыве тринитротолуола ( ТНТ, тротила); например, взрыв 1 кг урана-235 или плутония-239 при расщеплении всех ядер эквивалентен взрыву 20 000 т тротила.
 

Тротиловый эквивалент может определяться для оценки уровня воздействия взрыва парогазовой среды или конденсированных ВВ с целью разработки эффективных защитных мероприятий.
 

Тротиловым эквивалентом называют — пес обычного взрывчатого.
 

Тротиловым эквивалентом называют массу обычного взрывчатого вещества ( тротила), энергия взрыва которого равна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса. Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах, килотоннах или мегатоннах.
 

Этим тротиловым эквивалентам соответствует энергия взрыва, равная 1500 — 1000 МДж. На основании анализа 16 — осколков, расположенных на наиболее удаленных расстояниях от места взрыва ( 160 — 180 м), рассчитано давление в аппаратуре в момент, предшествовавший взрыву.
 

Под тротиловым эквивалентом понимают такое количество тротила, которое при стандартном испытании на баллистическом маятнике дает тот же эффект, что и взрыв данного количества испы туемого ВВ. Тротиловый эквивалент нельзя определить теоретически.
 

Расчетные значения тротиловых эквивалентов ( R отличаются от наблюдаемых в зонах соответствующих уровней разрушения.
 

Расчетные значения тротиловых эквивалентов ( R t отличаются от наблюдаемых в зонах соответствующих уровней разрушения.
 

Здесь 7ТНТ — тротиловый эквивалент, равный массе тринитротолуола ( тротила), при взрыве которой выделяется такое же количество энергии, как и при взрыве рассматриваемого взрывчатого вещества G, кг.
 

Таким образом, по тротиловому эквиваленту и теплотам химических реакций при взрывах определяют возможную силу взрыва в закрытой аппаратуре соответствующих химико-технологических процессов.
 

Мощность ядерных боеприпасов измеряется тротиловым эквивалентом.
 

Мощность ядерного оружия выражается тротиловым эквивалентом — количеством тротилового заряда в тоннах, энергия взрыва которого равна энергии взрыва данного ядерного заряда. Мощность различных ядерных боеприпасов измеряют в сотнях, тысячах ( кило) и мил — лионах ( мега) тонн.
 

Изготовление тротила

Взрывчатка является твердым веществом с высокой температурой плавления, технология производства тротила достаточно сложна. Всего существует два способа его получения:

• одностадийный;
• двухстадийный.

Одностадийный способ включает в себя такие процессы:

• сушка при температуре 100°С;
• измельчение и просеивание;
• получение вещества и промывка;
• кристаллизация;
• сушка при температуре 100°С;
• просеивание;
• укупорка.

Во время изготовления тратила первым этапом является сушка, последующее измельчение и просеивание вещества. Далее идет смешивание с нитротором, азотной кислотой и пентаэритритом. Смешивание происходит с определенной скоростью, которая не позволяет подняться температуре веществ до 20°С.

Тротил. Фото

После сушки вещество принимает кристаллический вид. Полученные кристаллы проходят дополнительную сушку, просеивание и отжимание. Последним процессом в изготовлении тротила является укупорка с использованием спирта.

Двухстадийный способ включает в себя:

• получение сернокислотного эфира;
• смешивание дополнительных веществ с одновременной сушкой при температуре до 60°С.

Данный способ изготовления тротила появился первым и использовался по причинам простоты и перспективности. Во время смешивания и сушки добавлялась азотная кислота, пантаэритрит и серная кислота. Все эти вещества смешивались поэтапно при различной температуре нагревания.

https://youtube.com/watch?v=LJypJslFUKs

Химические и физические свойства ВВ

Тротил представляет собой кристаллы разных оттенков желтого или коричневого цветов, реже бесцветные. Плотность зависит от состояния, так:

• 1,663 г/см3,плотность кристаллов;
• 1,54-1,59 г/см3 плотность литого вещества.

Боевые качества тринитротолуола:

• от 4103 кДж/кг до 4605 кДж/кг теплота взрыва;
• 6950 м/с скорость детонации;
• 16 мм бризантность по методу Гесса;
• 3,9 мм бризантность методом Касса;
• 730 л/кг объем выделения газа при взрыве;
• 285 мл фугасность.

После 15 лет хранения состав становится более взрывоопасен при внешних воздействиях, о чем необходимо помнить в случае обнаружения целых боеприпасов времен Великой Отечественной войны.

ВВ не растворяется в воде, а так же не изменяет своих качеств после смачивания. Имеется активная реакция со спиртовыми и водяными щелочными растворами. На вкус горький.

Под воздействием Солнца тротил темнеет, до темно-коричневого цвета. Интересно, что в отличие от прочих взрывчаток, тол не реагирует на внешнее воздействие. Можно ударить по нему молотком, можно выстрелить в емкость с тринитротолуолом, его можно даже плавить. Последний пункт стал наиболее притягательным для военных и гражданских, связанных с взрывчаткой.

После этого масса может заполнить любую полость, буквально как пластилин. Не стоит и говорить, что ее можно резать, сверлить и делать с ней практически все что угодно.

Под воздействием огня толовая масса начинает гореть, как правило, огнем желтого цвета и выделяя черный коптящий дым. Отметим, что исключение составляет порошкообразное ВВ с некоторыми примесями, делающее взрывчатку более нестабильной.