Wybuchowa historia wojen, górnictwa i inżynierii

1 zdjęcie w galerii
Chińskie poszukiwania eliksiru nieśmiertelności doprowadziły do wynalezienia prochu czarnego. Od nitrogliceryny, poprzez dynamit i inne wynalazki Alfreda Nobla, do trotylu, aż po heksogen, oktogen i HNIW – historię materiałów wybuchowych przedstawił prof. dr hab. inż. Radosław Trębiński z Wojskowej Akademii Technicznej w ramach 25. Festiwalu Nauki w Warszawie.

Jak tłumaczył ekspert z Wydziału Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa WAT, z początku Chińczycy napełniali prochem czarnym petardy mające odstraszyć złe duchy. W XI wieku zastosowali go w działaniach wojennych. Do celów wojskowych w Europie proch wykorzystywano od XIV wieku. Wydzielanie się gęstego, duszącego dymu w czasie spalania prochu czarnego sprawiało, że aż do XIX wieku pola bitewne były zasnute dymem.

 

Zmierzch prochu czarnego zapoczątkowała oleista ciecz nazwana nitrogliceryną. Cząsteczka nitrogliceryny rozpada się, a jej części reagują ze sobą. W milionowych częściach sekundy następuje przemiana materiału wybuchowego w gazowe produkt wybuchu. Proces ten nazywany jest detonacją od łacińskiego słowa tonare, co znaczy „grzmieć”. Nitrogliceryna z jednej strony jest trudna do pobudzenia, a z drugiej – bardzo wrażliwa na wstrząs. Wybudowana w 1865 roku w Niemczech największa wówczas wytwórnia nitrogliceryny wybuchła w rok po wybudowaniu. Odbudowano ją, ale 4 lata później sytuacja się powtórzyła. Wypadki związane z nitrogliceryną prowadzą do postaci Alfreda Nobla – w 1864 tak zginął jego najmłodszy brat.

 

„Alfred Nobel miał osobiste powody aby ujarzmić kapryśną naturę nitrogliceryny” – wyjaśnił prof. Trębiński.

 

Drugi wielkim wynalazek Nobla przyniósł mu wielki majątek, z którego do dziś finansowane są nagrody naukowe. Była to plastyczna substancja zdolna do detonacji – Nobel nazwał ją dynamitem, od greckiego słowa dynamis oznaczającego siłę. Dynamit nie mógł być jednak użyty do miotania pocisków, ponieważ wówczas armaty i karabiny byłyby sprzętem jednorazowego użytku.

 

Niemiecki chemik Schoenbain odkrył bawełnę strzelniczą substancję, która z czasem wyparła czarny proch jako miotający materiał wybuchowy. Francuski chemik Paul Vielle przekształcił ją w proch biały – plastyczny, który łatwo dało się formować w ziarna prochowe.

 

Kolejny patent Nobla – na proch nitroglicerynowy – obeszli Anglicy Fryderyk Abel i James Dewar, którzy użyli innej formy bawełny strzelniczej. Nowy proch nazwano „prochem sznurowym”. Do jego produkcji wykorzystywano maszyny do produkcji makaronu. Czwarty wynalazek Nobla dał światu substancję o charakterze galaretki – żelatynę wybuchową, którą łatwo było ładować do otworów przy kruszeniu twardych skał.

 

Z materiałów, które ostatecznie wyparły proch czarny z pocisków wybuchowych pierwszym był kwas pikrynowy. Z początku był on używany jako barwnik do barwienia tkanin. Od końca XIX w. we Francji i w Anglii zaczęto go stosować w pociskach. Kolejny niemiecki chemik Willbrand odkrył trotyl, który (stopiony) można było nalewać do skorup pocisków wybuchowych. Trotyl nie oddziaływał z metalową skorupą pocisku, a kwas pikrynowy powodował jej korozję i należało ją lakierować od wewnątrz. Od końca XIX w. znano już materiały wybuchowe silniejsze od trotylu – pentryt i heksogen. Do ich produkcji potrzebna była duża ilość alkoholu metylowego. Dlatego znalazły zastosowanie dopiero w czasie II Wojny Światowej w działaniach dywersyjnych, szczególnie w postaci tzw. „plastiku”. W latach 70 XX wieku zaczęto rozwijać materiały zwane „prochami kompozytowymi”. Obecnie największą siłę wybuchu daje materiał o skrócie HNIW. Powodowane przezeń ciśnienie wybuchu jest 3 razy większe od ciśnienia wybuchu trotylu.

 

W inżynierii na dużą skalę proch po raz pierwszy został zastosowany przy budowie i pogłębianiu Kanału Langwedockiego, który połączył Morze Śródziemne z Oceanem Atlantyckim. Proch wykorzystywano też od XVII wieku w górnictwie. Technologia nie była jednak doskonała i życie górników zależało od szczęścia i przypadku. Z czasem, w przemyśle, a szczególnie w górnictwie popularne stały się materiały, które można było bezpiecznie transportować – złożone z niewybuchowych składników mieszanych tuż przed strzałem. Takie warunki spełniał m.in. łamacz skał – chloran potasu z nitrobenzenem.

 

Więcej szczegółów i ciekawostek w pełnej relacji z wykładu w Cyklu Nauka i technologia WAT oraz na Facebooku „Nauka i technologia WAT”

 

Wykład prof. Trębińskiego odbył się online 20 września w ramach lekcji festiwalowych 25. Festiwalu Nauki w Warszawie.

 

Karolina Duszczyk