用释放相同能量的TNT炸药的质量表示核爆炸释放能量的一种习惯计量,又写成TNT当量。也可用于表示非核爆炸释放的能量。核弹爆炸释放的能量,即其威力大小,通常用"吨TNT当量"。
三硝基甲苯(Trinitrotoluene, TNT, 2,4,6-trinitromethylbenzene)是一种带苯环的有机化合物,熔点为81摄氏度。它带有爆炸性,常用来制造炸药。它经由甲苯的硝化作用而制成。 TNT炸药的数量又被使用作为能量单位,每公斤可产生420万焦耳的能量,1吨TNT相等于4.2千兆焦耳,一百万吨相等于4200兆兆焦耳。通常也作为核武器爆炸当量的单位来使用,比如一枚核武器的当量为200万吨TNT就是指爆炸威力等于200万吨TNT炸药爆炸的威力。
TNT的化学结构图
为什么要以TNT当量来作为爆炸、地震、星系撞击等大型能量反应的基础单位呢?很简单,TNT可以稳定爆炸释放能量,不会和空气中的氧气产生化学反应(其它物质释放能量需要借助氧气产生,空气中的氧气浓度对能量释放因素影响很大,数据不准)。TNT的爆炸能量作为标准单位计量,就如同“克拉”对于钻石等贵重物体的计量一样(1克拉=0.2克)。
TNT常温下的物理状态
TNT是2,4,6-三硝基甲苯,爆炸反应化学式就可以看出它是自带“性质”的物品(左边自分解成右边):
2C7H5N3O6 → 12CO + 5H2 + 3N2 + 2C
爆炸生成12个一氧化碳;5个氢气;3个氮气和2个碳,所以引爆后产生大量的气体且不需要氧气等外界物质参与,可以说是非常“恒定”的能量释放标的物。
Mk-84炸弹
那么1吨TNT释放的能量到底有多大的威力呢?那么多“焦耳”W君相信没有人有直观的印象。不恰当的比喻是运用古典力学解释:把4.26万吨的苹果抬高1米需要的“力量”。军事上直观的解释是:美军1枚Mk-84“铁锤”爆炸产生的破坏力。Mk-84重910公斤;装药430公斤(80%TNT和20%铝燃剂);经过高空投掷后产生的动能加上爆炸能量大约是1吨TNT爆炸能量。制造出的弹坑深:11米;宽:15.2米;冲击波大约是120米。(Mk-84的实际破片杀伤366米)
最后,来看看模拟场景与TNT当量的对应关系吧,别被吓到啊~
(文章来源:中国科普博览、军武数据库)
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