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炸药: 生日快乐

1867年,阿尔弗雷德·诺贝尔为炸药申请了专利发明,按照这张“出生证明”来看,炸药今年已经150岁了。但是,从最初的起源到今天它在战争和建筑工程中难以替代的地位,炸药的发展历史可不止150年。
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青涩的黑色火药

尽管诺贝尔的发明很伟大,但并不能算第一次真正意义的爆炸。火药在公元9世纪时就在中国出现了,从13世纪开始就已经在欧洲用于军事用途。
中国四大发明中的“火药”从严格意义上来说应当属于“黑火药”,它的产生是炼丹炉造就的副产品,不是刻意研发的爆炸物。在道学盛行的时代,炼丹术士们不断研发新丹药,以期能为君王长者造就延寿续命的良方。大约在唐朝,炼丹者无意间将硝石、硫磺和木炭混合在一起,发生了“工伤”事故,酿成火灾,且烧伤了自己,但也意外发现了黑火药以及它的威力。虽然它不能让人长生不老,但是杂耍艺人发现了它的妙用,运用火药进行吐火等艺术表演,制造神秘气氛,在幻术中利用烟火云的掩护表演遁人、变物,效果非常好。同时爆竹也被制造出来,成为传统节日里不可或缺的喜庆元素。
到了13世纪(宋代),中国运用黑火药发明出了用火药发射弹丸的武器——突火枪,以竹筒为枪身,内部装填火药与子窠(子弹,由瓷片、碎铁、石子之类充当),点燃引线后,黑火药爆炸,将子窠推出,射程可达200余米。不过,这种武器的杀伤力有限,也没有大规模推广。到了元明之际,中国人对突火枪进行了改进,用铜或铁制作火器的管壁,铸成大炮,这些改良的金属管火器称为“火铳”,这时候,黑火药兵器在部分战场上发挥了重要作用。

对抗烟雾的攻坚战

中国的黑火药为西方的炸药发展开了个头,化学研究的深入让炸药有了更多的发展。
阿拉伯人除了把印度人发明的阿拉伯数字带给我们之外,也在战争中把中国的黑火药传入了欧洲。在欧洲,黑火药发展成为大型火炮发射药和弹体炸药,人们认识到它的威力远远大过刀枪兵刃,炸药迅速成为战争中主宰胜败的实力装备。不过,黑火药存在许多缺陷,比如容易受潮失效,易走火炸膛,射程有限,最要命的问题在于,黑火药残渣多,发射后产生的烟雾大,严重影响后续瞄准,人们一直在找寻可以替代黑火药的爆炸物。
1845年,德国化学家舍恩拜发现了无烟爆燃物——硝化纤维。他在做试验时不小心把盛满硝酸和硫酸的混合液瓶碰倒了,溶液流在桌上,情急之下,他顺手拿起妻子的一条棉布围裙来抹桌子。在烘干围裙时,一靠近火,围裙就被烧得干干净净,没有产生一点烟或者灰,这启发他研制出无烟炸药硝化纤维。相似的,1846年,意大利人索布雷罗按照一定比例在硝酸和硫酸的混合物中加入甘油,也合成出高效爆炸液体——硝化甘油(在医学上,硝化甘油制剂可以缓解心绞痛)。
这些无烟爆燃物的制配非常容易,但是状态极不稳定,使用起来很不安全,在应用过程中曾多次引发爆炸事故。硝化纤维超过40℃时会分解自燃,硝化甘油中掺有杂质时会没有任何预警地突然爆炸,一点轻微的挤压可能就会造成一场严重的爆炸事故。如何储存和运输炸药,安全地引燃炸药,控制爆炸,成了一道难以逾越的发展鸿沟。

更安全的炸药

诺贝尔的创新在于他发现硝化甘油这种液体爆炸物与硅藻土混合后,可以变得比较稳定。混合后的材料质感像黏土,可以揉捏塑形。把爆炸材料制作成各种形态后装入纸板做的管子里,这时候得到的爆炸物并不会轻易爆炸,诺贝尔将其称为“诺贝尔的安全粉末”,并为其申请了专利。
当时,稳定、可控地引爆炸药在硝酸甘油炸药的应用上也是个大难题。诺贝尔想到一个办法,利用冲击波来引燃爆炸物。硝酸甘油需要快速加热来引爆,而冲击波恰恰可以产生这种瞬间加热的效果。为了让这个想法成为现实,他发明了雷管。这个不起眼的小装置会引发一个较小的起爆爆炸,然后这个爆炸的冲击波会激发硝酸甘油炸药的爆炸,让炸药发挥效力。

炸药一代更比一代强

1863年,德国化学家威尔勃兰德研制出TNT(三硝基甲苯)炸药。1千克TNT爆炸能够释放大约420万焦耳能量,足以炸毁5~6米高的混凝土房屋,威力巨大。更让人惊喜的是,这种炸药熔点为82℃,须由雷管引爆,状态非常稳定、安全。凭借这些优势,TNT迅速成为明星高爆炸药,成为军事领域的宠儿。虽然现代炸药发展得越来越先进,比TNT威力更大的爆燃物不断出现,但是“物美价廉”的高性价比仍然使TNT炸药在爆炸领域不老长青。
1899年,德国人亨宁发明出黑索金(环三次甲基三硝铵)这样一种物质。它最初作为医用药物出现,后来人们发现它可用于制造无烟发射药,具有很强的爆炸性,成了制作炸药的重要材料。作为一种烈性炸药,黑索金的爆炸力比TNT猛烈1.5倍。在原子弹出现以前,它是威力最大的炸药,又称“旋风炸药”。
1941年,生产黑索金的一家化工厂在检验中发现,黑索金中存在的一种杂质含量与黑索金成品的爆炸效果呈正相关,某一批次黑索金成品中这种杂质越多,黑索金的爆炸效果就越好。将这种神秘物质提纯后,人们发现了黑索金的一种同系物——奥克托今。奥克托今的爆速和爆热都比黑索金更优,但是提纯工艺要求严格,生产成本高,目前仅用于少数导弹战斗部装药、反坦克装药、火箭推进剂添加剂以及引爆核武器的爆破药柱。
在黑索金炸药的基础上,美军研发出了一系列合成物炸药(分为A/B/C系列)。以C4炸药为代表的塑胶炸药是一种高效的易爆炸药,这个系列的炸药性质异常稳定,受到枪击也不会引爆,在火中也只会慢慢燃烧,只能结合引爆剂以电雷管引爆。但是一旦爆炸,威力巨大。美国军方使用的C4炸药中黑索金在爆炸物中所占的比例高达91%,一个重约0.5千克的军用C4炸药块可以轻松炸毁一辆卡车。C4炸药的性状类似于面粉团,可以揉捏塑形。这种炸药能轻易躲过X光安全检查,未经特定嗅识训练的警犬也难辨识。所以,恐怖分子会利用C4实施恶行。为了防止这种情况,各国政府对C4炸药的管制比毒品更严。
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“炸药之父”想说的话

炸药的发展仍在继续,但回归最初,对炸药发展做出巨大贡献的诺贝尔原本只是斯德哥尔摩的一个建筑师。起初,“炸药之父”不过是想用炸药更便捷地爆破岩石、挖掘隧道、修筑铁路,节省体力劳动。他改良硝化甘油,发明出安全粉末。后来,他进一步研制出了可用于水下隧道建设、威力大且可控性强的胶质炸药(主要成分为明胶和硝基电解质)。当然,他也投入过炸药的战争技术研发,为包括火箭、“无烟粉末”以及炮弹在内的许多技术发展做出了重要贡献。
像许多军事家一样,诺贝尔曾经认为,发明大规模杀伤性武器是阻止战争的一种手段。他曾在一封信中说道:“我的工厂会比你们组织(和平反战组织)更早终结战争。如果两军都有一秒摧毁对方的能力,所有文明国家都将选择用谈判来解决争端,而非拿毁灭自己的可能性作为赌注。”
炸药彻底改变了世界,使得战争和建设产生了革命性的变化,然而当它的发明者诺贝尔迈入暮年,成为了一名和平主义者,却无法不为自己的这项发明而感到苦恼。
1896年,诺贝尔逝世,这个略显疯狂却满腹哲理的超级理想主义者留下了3100万瑞典克朗(大约等于现在的2.56亿美元)的遗产设立诺贝尔奖,奖励那些为知识和进步做出杰出贡献的人。另设立诺贝尔和平奖,授予那些为国家间的友好关系付出卓绝努力,或者为废军、减少军队数量、建立和发展和平组织做出突出贡献的人。
火药、炸药制造了战争的阴影,各类意外爆炸事故也给人们留下难以磨灭的伤痛,但这些物质也在建筑、化工、航天领域为我们造福诸多。炸药并没有做错什么,使用它的人决定了炸药的命运。在150年后的今天,祝愿炸药生日快乐,愿伴随科技发展,炸药能为人类带来更多福祉,止战之殇。

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