6790 Detonation Calorimeter

Die gewöhnliche Sauerstoffbomben-Verbrennungskalorimetrie wird dazu verwendet die entstehende Wärme bei der Verbrennung oder Reaktion von Stoffen in Sauerstoff oder in inerten Atmosphären zu messen. Jedoch können selbst bei hochfesten Behältern, wie der Sauerstoffverbrennungsbombe 1104 von Parr, nicht die Voraussetzungen geschaffen werden um kleine Mengen an hochreaktiven Materialien zur Explosion zu bringen und es können unvorhersehbare Konsequenzen entstehen. Zum Beispiel entsteht bei der Verbrennung von Nitropenta (PETN) [C5H8N4O12] in Sauerstoff eine Wärmemenge von 1957 cal/g (8,2 kJ/g), während bei der Detonation im Vakuum 1490 cal/g (6,2 kJ/g) entstehen (Differenz von 24%).

Darüber hinaus ist bekannt das der Dichtegrad maßgeblich die freiwerdende Energie beeinflusst. Bei unkomprimierten oder nur leicht verdichteten Ladungen wird ein Großteil der Energie nicht freigesetzt und verweilt im Produkt. Wenn die Ladung vorher stark verdichtet wurde, wird die Detonationsenergie größtenteils in kinetische und innere Energie des Gehäuses umgewandelt. Zum Beispiel liegt die Verbrennungsenergie von
2,4,6-Trinitrotoluol (TNT) in Sauerstoff bei 3590 cal/g (15kJ/g). Die Detonationswärme bei einer Ladungsdichte von 1,53 g/cm³ liegt hingegen bei 1093 cal/g (4,5 kJ/g) und bei einer Dichte von 0,998 g/cm³ ist sie 870 cal/g (3,6 kJ/g). Im Gegensatz dazu setzt eine drucklose/nicht komprimierte Reaktion durchschnittlich 600 cal/g (2,5 kJ/g) frei.

Grundlegende und präzise Informationen über den Detonationsverlauf können durch eine Kombination einer kalorimetrischen mit einer dynamischen Druckmessung gesammelt werden. Solche Messungen können dazu verwendet werden um ein mögliches Explosionsverhalten vorauszusagen. Das Detonationskalorimeter von Parr ist für die Forschung in diesen Bereichen entwickelt worden.

Das neue Kalorimeter von Parr Instrument ist speziell für die Messung von Detonationswärme geeignet und kann bis zu 25 g einer hochexplosiven Ladung mit einem Energiegehalt von zirka 160 kJ aufnehmen. Die Detonation wird ausgelöst durch einen kleinen, handelsüblichen EBW Sprengzünder, welcher 80 mg PETN, 450 mg Hexogen mit einem Bindemittel vereinigt. Der Zünder wiederum wird durch die Entladung eines 1 µF Kondensators bei 4000 Volt entzündet. Eine komplette Wärmemessung kann innerhalb von wenigen Stunden auf ein Tausendstel genau durchgeführt werden. Die Bombe kann zusätzlich noch mit einem Hochgeschwindigkeitsdruckumformer ausgestattet werden, dies ermöglicht einen genaueren Einblick in die Dynamik des Detonationsprozesses.


Hauptbauteile

Detonationsbehälter

Die charakteristische, kugelförmige Bombe wird aus Edelstahl Vollmaterial gedreht, hat eine 3,2 cm dicke Wand und einen Innendurchmesser von 21,6 cm, dadurch entsteht ein Fassungsvermögen von 5,3 Liter. Die 9 cm große Öffnung wird mit einem 3,8 cm starken Deckel verschlossen. Dieser Deckel wird von 12 hochfesten Bolzen mit einem Durchmesser von 13 mm, die durch den Deckelflansch gesteckt werden, gehalten und mit einem O-Ring abgedichtet. Der Verschlussdeckel verfügt über eine Öse zum Anheben der Bombe, darum sind ein Ein/Auslassventil und zwei isolierte Elektrodenanschlüsse für Hochspannungsanwendungen angeordnet. Ein zusätzlicher Anschluss für einen schnell ansprechenden Druckmessumformer ist im Deckel vorgesehen. Das Gewicht der kompletten Bombe (Zylinder und Deckel) beträgt 55 kg.

Kalorimeterstand

Das Detonationskalorimeter verwendet einen klassischen Aufbau mit stehendem Mantel. Dieser Manteltyp wird seit Jahren erfolgreich in zwei anderen Generationen der Parr Kalorimeter (Modellreihen 1356 & 6100) eingesetzt. Der Kalorimeterstand beinhaltet den Kalorimetermantel und einen Flaschenzug für die Bombe, des Weitern verfügt er über eine praktische Bombenhalterung mit zusätzlichem Platz für den Bombenkopf. Der Kalorimeterdeckel wird im unteren Ablagefach, unter der Steuereinheit aufbewahrt, solang dieser nicht verwendet wird.