Detonation

Från Wikipedia
Hoppa till navigering Hoppa till sök
Detonation av ett vapenlager i Afghanistan

Definition[redigera | redigera wikitext]

En detonation sker när reaktionszonen i ett explosivämne eller en explosiv damm- eller gasatmosfär breder ut sig med en hastighet som överstiger ljudhastigheten.

Detta sker genom att en exoterm reaktion initieras som skapar en kraftig chockvåg. Chockvågen hettar upp reaktanterna till så höga temperaturer att energifrigörelsen sker i omedelbar närhet till chockvågen och adderar sin energi till denna. Därmed fortsätter detonationen.

Chockvågen sprider sig egentligen exakt med ljudhastigheten, men med den lokala ljudhastigheten i chockvågen. Då ljudhastigheten är proportionell mot roten av temperaturen leder de höga temperaturerna i chockvågen till en betydande ökning av den lokala ljudhastigheten. Typiska detonationer når i sin stabila fas hastigheter av Mach 6 - 13, det vill säga 6 till 13 gånger ljudhastigheten för den omgivande atmosfären.

Sprängämnen[redigera | redigera wikitext]

Sprängämnen består av ämnen som reagerar med exoterma reaktioner som avger energi i form av värme. Energiinnehållet per massenhet hos normala sprängämnen är i allmänhet mindre än hos fossila bränslen (TNT: drygt 4 MJ/kg, diesel: drygt 40 MJ/kg[1]) men kännetecknas av att reaktionsförloppet sprider sig extremt snabbt i hela mängden sprängämne och ger en detonation, en tryckvåg som sprider sig snabbare än ljudhastigheten.

Detonation och deflagration av vätgasatmosfär[redigera | redigera wikitext]

Vätgas är utomordentligt lättantändligt och är brännbart vid koncentrationer mellan 4 och 77 vol% i luft vid rumstemperatur. Vid koncentrationer upp till 10 vol% sker förbränningen normalt som en deflagration med en relativt långsam flamfront och en tryckökning på 2 till 4 gånger det ursprungliga trycket.[2] För alla normala byggnader innebär detta en fullständig ödeläggelse, men det är hanterbart i till exempel reaktorinneslutningen på ett kärnkraftverk då den är konstruerad för sådana tryck. Vid Harrisburg-olyckan 1979 skedde en vätgasbrand efter cirka 10 timmar inne i reaktorinneslutningen. Vätgaskoncentrationen var cirka 6 vol% och det resulterande trycket blev cirka 2 bar (ö)[3], vilket inte gav några skador då inneslutningen var konstruerad för att tåla åtminstone 4 bar (ö).

Med stigande vätgaskoncentrationer över 10 vol% ökar sannolikheten för att förbränningsförloppet kan övergå i en detonation, där tryckökningen kan bli 20 till 30 gånger det ursprungliga trycket.[4] Ett sådant förlopp bedöms ha skett vid Fukushima-olyckan 2011 i block 3, vilket gav stor ödeläggelse.[5]

Se även[redigera | redigera wikitext]

Referenser[redigera | redigera wikitext]

Noter[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ ”Chemical Potential Energy”. The Physics Hypertextbook, Glenn Elert. https://physics.info/energy-chemical/. Läst 30 april 2020. 
  2. ^ NUREG/CR-2726, sid 2-29
  3. ^ NUREG/CR-2726, sid 4-83. Diagrammet visar att trycket före vätgasbranden var obetydligt över normalt atmosfärstryck, men att branden gav en tryckökning på 28 psig (pound per square inch, "gauge") eller 2 bar (1 bar är ca 7 psi). Vid brandögonblicket är trycket i inneslutningen 2 bar (ö) eller 3 bar (a), och tryckökningen (kvoten mellan det absoluta trycket vid respektive före förbränning) är 3 bar (a)/1 bar (a) = en faktor 3.
  4. ^ NUREG/CR-2726, sid 2-56
  5. ^ Wison Luangdilok (16 december 2019). ”Investigation of the Explosions at Fukushima Daiichi Accidents”. FAI - Fauske & Associates LLC. Arkiverad från originalet. https://web.archive.org/web/20200430093206/https://www.fauske.com/blog/investigation-of-the-explosions-at-fukushima-daiichi-accidents-nuclear-technical-bulletin. Läst 30 april 2020. 

Källor[redigera | redigera wikitext]