用TNT 度量這個爆炸的世界:「黃色炸藥」到底是什麼?

2020-12-03 PeJoy說科學

「這個地震有xxxx噸黃色炸藥的力量」,「這起爆炸相當於xxxx公斤TNT的威力」,常常會看到電視、新聞會用這樣的方式形容「爆炸」,雖然感覺很恐怖,但絕大多數的人畢生很可能連爆炸都沒看過,更別說對多少炸藥會造成多少傷害有概念了~到底常常拿來形容爆炸威力的黃色炸藥TNT 到底是什麼概念呢?就讓我們一起來說分明吧!

這種用黃色炸藥的量來形容能量的方式稱為炸藥當量。「當量」這個詞我們最早接觸應該是在化學課,用於表示化學反應中量的比例關係。但當量其實出現在許多科學計算領域例如熱功,只要有一個標準數量,並比對有同樣的基本單位的數量級就可以是當量。

不安分的黃色染料

三硝基甲苯(C 6 H 2 (NO 2 ) 3 CH 3)

因為它穩定的特性,用黃色炸藥(Trinitrotoluene,以下簡稱TNT)當作炸藥的當量的概念已行之有年了。但其實最一開始這不是TNT 發明的本意。

黃色炸藥,或是2,4,6-三硝基甲苯(C 6 H 2 (NO 2 ) 3 CH 3),1863年由德國科學家約瑟夫·威爾布蘭德發明,整整比大名鼎鼎的諾貝爾發明的矽藻土炸藥(英文俗稱的Dynamite)早了4年。

一開始TNT並不是炸藥,約瑟夫·威爾布蘭德是想藉由硝基甲苯本身的黃色發明一種染料,但在發明後好幾年,他發現了一件事──這物質會爆炸,當時沒有立刻發現是因為TNT相當穩定,要讓它爆炸需要相較於其他炸藥更大的能量,之後更證明當個炸藥或許還比較適合TNT(更長一段時間之後發現他對人體也不好,總之不是當染料的料)。

裸體狀態TNT炸藥

在TNT發明之前,幾乎所有的炸藥、爆裂物都有不太穩定,一點點的能量都會使他們開始反應,要安全的使用像是硝化甘油或是黑色火藥都需要與其他物質混合才行,要不然可能會莫名的爆炸,歷史上第一桶硝化甘油在運送的時候就出事了,造成15人死亡。但TNT很不一樣,不管受到撞擊、微波、子彈射擊….等許多方式對待,它就是不爆炸,唯一的方法是用高能量的雷管促發它引爆,TNT安定的性質讓它成為土木工程的重要幫手,例如開挖隧道。

另一個TNT 的優點是它的熔點遠低於它的自燃點,也就是說它只要溫度夠低,你不用擔心它會出事,製造的時候可以維持它液體的狀態直接傾倒或攪拌,另外TNT 也不溶於水或吸水(黑色火藥的致命傷),讓它在潮溼環境也可以使用。

TNT 的穩定特性也讓它在戰場上找到了功用,1902 年開始德國軍隊開始在炮彈中加入TNT 炸藥,和當時的炸彈相比,有TNT 的炸藥可以等到穿入戰艦、戰車內部之後再爆炸,對內部零件、人員造成損傷。

平時看到的工業用TNT 炸藥

儘管作為一個比較安定的炸藥,TNT的能量還是不容小覷,每一公斤的TNT可以釋放4.6百萬焦耳的能量,並產生6,640 m/s的爆炸風速,它的能量參數現在被廣泛用在衡量各式炸藥、飛彈的能量,通常是用多少百萬噸TNT來度量這些能量。

因此,比起「幾千萬焦耳」,我們有了現實東西度量平時我們不太會接觸的高能量。

以下是一些以TNT 為當量的爆炸量級:

100克:時速90公裡高速行駛的車子帶有的動能1公斤:爆破一臺小汽車的炸藥量500公斤:一枚戰斧飛彈2300頓: 1公頃的土地平均一年內受到太陽光照射的能量1萬5千噸:廣島原子彈1百萬噸:足以提供一個美國家庭10萬年份的能量8.6百萬噸:熱帶氣旋(颱風)平均每一分鐘釋放的蒸發散熱能26.3百萬噸:估計2004年印尼大地震的能量釋放62,500百萬噸:每分鐘地球受到的太陽能現在大家可能有概念了,那拿這個東西衡量這些地球上的東西實在太無聊了,讓我們跳進2D 世界,這個沒有上限的宇宙試試看吧!

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  • 答澎友 | 相當於21噸TNT炸藥的爆炸,是什麼威力?
    答澎友 | 相當於21噸TNT炸藥的爆炸,是什麼威力? 2015-08-13 11:14 來源:澎湃新聞 TNT當量是什麼
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