Boom!一种元素的爆炸艺术

作者: 老徐诺维奇

来源: 科学大院

发布日期: 2020-07-31

本文介绍了硝铵化肥的爆炸原理及其在工业和军事中的应用,强调了氮元素在爆炸过程中的关键作用。

隔壁家化肥炸了!上世纪70年代末,中国农民刚接触到“硝铵化肥”。这种神奇玩意,让土地一下子产生了新的活力。当然,很少有人去看说明书上“禁止加热,禁止铁锤敲击”的字样。于是,总有那么一些倒霉蛋,发现化肥受潮结块之后,拿火去烤,或者拿锤子,锄头等去砸,结果就是全村吃饭……

化肥也会爆炸?因为硝铵化肥的主要成分是:硝酸铵(NH4NO3),它本身就是炸药的一种,加热或者铁锤的敲击,都能引爆它。爆炸其实就是迅速释放出大量能量,快速压缩周边的固体液体气体,产生并将冲击波传递出去产生破坏效应的过程。无论是压力容器爆破的物理爆炸,还是炸药爆炸这种化学爆炸,还是核爆炸,其实都是一样的道理。

硝酸铵正是一个完美的炸药标本。硝酸铵里同时存在正价(硝酸根的氮)和负价的氮(铵离子的氮),它们正好构成一个氧化还原反应里的应有的氧化剂和还原剂。在这个反应中,固体硝酸铵瞬间释放出大量气体,体积迅速膨胀。反应同时还释放了大量的热,使气体受热膨胀,局部压力进一步剧烈增大。气体在压力的作用下向四周扩散并传递压力,产生了冲击波和破坏效应,这就形成了爆炸。

如果将爆炸产能的气体进行初步约束,使之不能随意扩散从而得到更强的冲击波,这就是爆炸的入门玩法:炸弹,各种炸弹还可以利用冲击波撒布高速飞行的破片和钢珠来增强杀伤力。如果通过设计将爆炸的冲击波进行有效利用,那就是高级玩法:爆炸成形,它不仅用于破甲弹或者把U235/Pu239小块压成一个高密度的小球,也用于某些特殊金属零件的生产加工。

现代的各种火炸药大多数都是利用硝基和碳氮分子骨架,在组合类似硝酸铵的氧化还原加大量产气的反应,加上各种助剂,生产出实用的火工品。其中,硝基作为氧化剂和氮气的元素供体,几乎是绝大多数火炸药分子中的必备成分。从这个层次上来说,氮元素就是完美的Boom!元素。

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