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用 TNT 度量這個爆炸的世界:「黃色炸藥」到底是什麼?

TNT 炸藥(圖/Blender Artists Community)

「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 到底是甚麼概念呢?就讓我們一起來說分明吧!

圖/ThePixelman @Pixabay

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(C6H2(NO2)3CH3) 圖/wikipedia

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(C6H2(NO2)3CH3),1863 年由德國科學家約瑟夫維爾勃蘭德(Joseph Wilbrand)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,維爾勃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。 圖/wikipedia

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和才行,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),讓它在潮濕環境也可以使用。

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砲彈中加入 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(圖/AI explosives)

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 公里高速行駛的車子帶有的動能
  • 1 公斤:爆破一台小汽車的炸藥量
  • 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

當創世神覺得煩的時候,轉職用 TNT 炸藥。 圖/minicraft wiki

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!

下集:極致極致極致極致的破壞力:那些還好只出現在二次元的怪物們

本文與一奈米的宇宙Chemystery合作,歡迎到粉絲頁觀看他們精美的圖表喔:)

參考資料

 

 

一奈米的宇宙出書囉!《那些曠世天才的呢喃》——總計40篇科學與人生的結合、搭配科學家生平趣味介紹,我們希望用更豐富、好玩的方式,讓大家了解科學與人生。

 

 

 

 


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關於作者

泛科學的實習編輯,目前就讀台大生物環境系統工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但這或多或少已經不重要了。除了環境外,也對太空科學和科普教育有很大的興趣。在吊車尾的物理數學影響下,多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。

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