Detonationsgeschwindigkeit


Detonationsgeschwindigkeit

Unter der Detonationsgeschwindigkeit eines Sprengstoffes bezeichnet man die Geschwindigkeit der Reaktionsfront, mit der sich die chemische Reaktion innerhalb des Sprengstoffes fortbewegt, wie schnell und schlagartig er sich also zersetzt oder reagiert. Als Produkt von Detonationsgeschwindigkeit, Ladedichte und spezifischer Energie ergibt sich die Brisanz eines Sprengstoffes. Eine große Detonationsgeschwindigkeit sorgt dafür, dass der Druckaufbau schlagartig passiert und die in den chemischen Verbindungen gespeicherte Energie in möglichst kurzer Zeit freigesetzt wird.

Während Schwarzpulver unter Bildung von großen Gasmengen relativ langsam verbrennt (bei Unterschallgeschwindigkeit wird in der Regel von einer Deflagration gesprochen), werden brisante Sprengstoffe mit der zehnfachen Geschwindigkeit und mehr umgesetzt. Dieser Vorgang wird als Detonation bezeichnet und die Reaktionsfront bildet eine Stoßwelle (siehe auch Detonationswelle).

Muss bei langsamen Sprengstoffen wie Schwarzpulver durch Verdämmung erst ein Druck aufgebaut werden, der mit Platzen der Verdämmung dann schlagartig seine Energie freisetzt, was auch als Knall zu hören ist, ist dieses bei Sprengstoffen hoher Detonationsgeschwindigkeit (höher als die Schallgeschwindigkeit) im Prinzip nicht mehr notwendig. Druckunempfindlichere brisante Sprengstoffe (beispielsweise TNT) werden trotzdem in feste Umhüllungen geladen. Ohne diese Hülle würde eine bis zu mehrere Millimeter dicke Außenschicht von der Ladung abgesprengt ohne zu detonieren, was die Effizienz vermindern würde (nach Pokrowski, "Explosion und Sprengung").

Eine kurze Tabelle umreißt die typischen (maximalen) Detonationsgeschwindigkeiten einiger bekannter Sprengstoffe (die Werte können je nach Quelle unterschiedlich sein):

Bemerkung: Die Detonationsgeschwindigkeit von Schwarzpulver hängt erheblich von dessen Konsistenz, Mahlung, Körnigkeit, der verwendeten Kohle, Dichte und Restfeuchte ab.

Detonationsgeschwindigkeiten bekannter Sprengstoffe
Sprengstoffbezeichnung Detonationsgeschwindigkeit
Schwarzpulver 0,4 km s-1 bis 1,0 km s-1
Ethin/Sauerstoff 2,4 km s-1
Knallgas 2 H2 + O2 2,82 km s-1
Chloratit 3 3,35 km s-1
Bleiazid 4,63 km s-1
APEX (Acetonperoxid) 4,5 km s-1 bis 5,3 km s-1 bei einer Dichte von 0,9–1,2 g/cm³ (trimeres A.)
Cellulosenitrat 6,3 km s-1
Gelatine-Dynamit 6,35 km s-1
TNT (Trinitrotoluol) 6,7 km s-1 oder 7,028 km s-1
TNP (Pikrinsäure) 7,1 km s-1
NGL (Nitroglycerin) ~2,5 km s-1 bis 7,7 km s-1
Abhängig von der Art der Zündung und der Verdämmung in manchen Fällen sogar bis zu 9 km s-1
PETN (Nitropenta) 5 km s-1 bis 8,34 km s-1 je nach Ladedichte
RDX, C4, T4, Torpex (Hexogen) 8,4 km s-1
HMX (Octogen) 9,11 km s-1
HNIW (Hexanitrohexaazaisowurtzitan (CL20)) 9,38 km s-1 oder 10,3 km s-1

Ermittlung

Die Detonationsgeschwindigkeit kann durch das Verfahren von Dautriche ermittelt werden. Bei diesem Vorgang wird der zu untersuchende Sprengstoff in einem Stahlrohr eingeschlossen. In dem Stahlrohr befinden sich zwei Sprengkapseln, die einen bestimmten Abstand voneinander haben. Die Sprengkapseln sind mit einer Sprengschnur verbunden, die parallel zum Stahlrohr durch eine Bleiplatte verläuft. Die Sprengschnur enthält meist Nitropenta (PETN) mit einer konstanten Detonationsgeschwindigkeit von ca. 7000 m/s. Wird der Sprengstoff im Stahlrohr gezündet, löst die fortschreitende Detonation nacheinander die Explosionen der Sprengkapseln aus. Die Explosion der Sprengkapseln pflanzt sich an beiden Enden der Sprengschnur fort. Die Stoßwellen der Sprengschnur laufen aufeinander zu und verursachen an ihrem Treffpunkt eine Einkerbung in die Bleiplatte. Aufgrund der Tatsache, dass eine Sprengkapsel früher detoniert, befindet sich die Einkerbung nie in der Mitte der Schnur, sondern stets weiter rechts. Je weiter die Einkerbung von der Mitte abweicht, desto kleiner ist die Detonationsgeschwindigkeit. Die gesuchte Detonationsgeschwindigkeit berechnet man anhand der Formel Dx = D ½ m a-1, wobei D die Detonationsgeschwindigkeit der Sprengschnur ist, m die Länge der Messstrecke und a der Abstand der Einkerbung von der Schnurmitte.