Patlayıcının Çevre İle Etkileşimi: Bilinmeyen Kuvvetler

 Patlayıcı Maddelerin Çevre İle Etkileşimi

    Patlayıcı maddeler günümüzde madencilikten savunma sanayiye kadar bir çok alanda kullanılan önemli maddelerdir. Bünyelerinde çok fazla enerji barındırırlar. Patlayıcı gibi çok fazla enerjinin bulunduğu maddeler, geçmişten günümüze insanlar için oldukça ilgi çekici olmuştur. Doğal olarak bu kadar ilgi çeken maddeler hakkında geçmişten günümüze önemli sorular sorulmuştur ve günümüzde sorulmaktadır. Bu yazımızda kısaca patlayıcılar dan bahsedeceğiz ve alan hasarını nasıl oluşturduğunu irdeleyeceğiz. Yazının sonunda günümüze kadar ihmal edilmiş patlayıcı ve çevrenin etkileşiminin ne kadar önemli sonuçları olduğundan ve bu sonuçların olası teknolojik kullanımlarından bahsedeceğim. 

Patlayıcı Madde Nedir?

Patlayıcı madde yapısında sahip olduğu kimyasal bağlarda çok fazla enerji tutabilen ve bu enerjiyi herhangi bir darbe, elektrik akımı veya ateşleme ile başlatılan bir reaksiyon ile dışarıya çok hızlı verebilen maddelerdir. Çok hızlı bir şekilde enerjisini verebilmesi aslında bir maddenin patlayıcı olup olmadığını anlamak için kilit bir noktadır. Zira yavaş gerçekleşen bir enerji salınımı patlamaya neden olmazdı.

Enerji Patlayıcı Maddenin Neresinde?

İlk bakışta saçma gibi görünen bu soru aslında oldukça önemlidir. Bunu bir örnek üzerinden giderek açıklayalım. TNT olarak bilinen Trinitrotoluen ele alalım. Oldukça toksik ve patlayıcı özelliği bu madde toluen denen, petrol türevi olan basit bir maddenin nitrolanması ile elde edilmektedir. Toluen yapısına Nitro grupları bağlandıktan sonra patlayıcı özelliğini elde etmeye başlar. Anlayacağınız nitro grupları (NO3) bağlandıktan sonra patlayıcı özelliğini kazanır. Kısaca her ne kadar enerji molekülün tamamına yayılmış olsa da  nitro gruplarının toluen molekülü ile yapmış oldukları bağlar patlamanın ana sebebidir. Bu nitro grubu örneğini daha da çoğaltabiliriz. Örneğin: nitrogliserin, nitroselüloz...

Patlama Nasıl Gerçekleşir?

Patlayıcı maddeler direkt olarak patlama oluşturmazlar; patlama oluşumuna neden olurlar.
Bu durumu bir örnek ile açıklayalım. Elimizde 1kg TNT bulunsun. Bunu kalıp olarak bir yere koyarsanız ateş ile uyarıldığında bir insanın varlığını tehdit edebilecek kadar büyük bir patlamaya neden olur. Aynı miktarda TNT maddesini ip gibi yere döküp uzunca bir şerit yaparsanız ateş ile temas ettiğinde oldukça hızlı bir şekilde başından sonuna kadar yanacağını göreceksiniz ancak bu kimseye zarar vermeyecektir. ( Bu tarz maddeler ile yalnızca uzmanlar uğraşmalıdır. Kontrolsüz denemelerden kaçınılmalıdır.) Bunun sebebi oldukça basittir. TNT çok hızlı yanabilen ve oldukça fazla enerji açığa çıkartabilen bir maddedir. Bu etkiyi geniş bir alana yayarsanız nerdeyse normal yanma olayından ayırt edemezsiniz. Ancak bu etki bir nokta da toplanırsa yanma olayında merkezde hızla ısınan hava genleşir ve bu genleşme şok dalgasının oluşumuna neden olur. 

Patlayıcı Madde Alan Hasarını Nasıl Oluşturur?

Patlayıcı maddelerin ateşlendikleri anda çok hızlı bir şekilde enerji çıkışı oluşturduğunu ve bu enerji çıkışının havanın hızla ısınıp genleşmesine yol açtığını daha önce anlatmıştık. Bu genleşme olayı patlama anında meydana gelen yüksek sıcaklıklardan dolayı oldukça hızlıdır. Tahmin edeceğiniz üzere genleşen hava reaksiyonun gerçekleştiği merkezden hızla uzaklaşır ve hızla uzaklaşan bu hava hepimizin bildiği şok dalgasını oluşturur. 

Patlayıcının Çevre ile Etkileşiminde Bilinmeyen Kuvvetler

Patlayıcı maddeler hakkında günümüze kadar bir çok araştırma yapıldı. Her zaman daha güçlüsünü daha iyisini yapabilme arzusuyla binlerce bilim insanı çalıştı ancak atladıkları çok önemli bir nokta vardı bir çoğu kimyasal maddenin kendisine odaklanıyordu. Oysa atladıkları önemli bir faktör vardı: Çevre faktörü. Patlama anında genleşen hava bir şok dalgası oluşturur ve hızla atmosferde yayılır ancak her etkinin bir tepkisi vardır. Bu noktada atmosfer tarafından yapılan tepki patlama performansını etkilemektedir. Bu konuda bir çok kişinin gözden kaçırdığı kuvvet tam olarak budur: Atmosferin tepki kuvveti. 

Atmosferin Tepki Kuvveti Nasıl Oluşur? 

Atmosferin tepki kuvvetinin nasıl oluştuğuna bakarak başlayalım. Patlama dediğimiz hızlı yanma olayının atmosferik gazları hızla genleştirdiğinden ve genleşen sıcak gazların hızla atmosferde yayıldığından önceki başlıklarda bahsetmiştik. Tam bu noktada aklınızda yavaş yavaş bazı hipotezler canlanmaya başlamış olabilir. Coğrafya lise bilgilerimizi hatırlayalım. Rüzgarlar her zaman yüksek basınç merkezlerinden alçak basınç merkezlerine doğru hareket eder. Patlama merkezinde genleşen hava hızla yoğunluk kaybeder. Bu yoğunluk kaybından anlık alçak basınç alanı oluşur. Çevrede ki yüksek basınç merkezlerinden patlama merkezine hava akımları meydana gelir. Ve şok dalgasının etkisi limitlenir. Patlama olayının böylelikle çevreyle olan ilişkisinden bahsetmiş olduk.

Atmosferin Etkisi Patlama Performansını Etkilemek İçin Kullanılabilir mi?

Bu konu hakkında yorum yapabilmek için ilk önce rüzgar hızının nelere bağlı olduğunu bilmemiz gerekir. Alçak ve yüksek basınç merkezleri arasında ki basınç farkı ne kadar fazla olursa rüzgar genel olarak o kadar hızlıdır diyebiliriz. Yani çevredeki anlık basınç merkezlerini kontrol ederek patlayıcının etkisini kırabilir veya arttırabiliriz. 

Özetle

Patlayıcıların patlama performansı çevreden oldukça etkilenmektedir. Çevrenin etkilerinden birine şok dalgasının yayılırken oluşturduğu alçak basınç merkezlerine çevrede ki yüksek basınç merkezlerinden hava akımı meydana gelmesidir. Teorik bir endotermik patlayıcı veya ekzotermik patlayıcılar ile çevredeki hava akımlarını kontrol etmek ve patlama performansını değiştirecek şekilde kontrol etmek olası olabilir. Burada en büyük problem büyük çaplı endotermik patlayıcılar yapma konusundan gelmektedir. "Endotermik patlayıcılar yapılabilir mi" sorusu da başka bir yazımızın konusu olsun. Bu günlük bu kadar. Bilimle kalın...

#HepBirlikteBilimleDahaİleriye