火薬

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无烟火薬

火薬（かやく：英 Explosive material ）や爆薬（ばくやく：英 High explosives ）とは、热や冲撃などにより急激な燃焼反応をおこす物质（爆発物）のことを指す。また江戸时代には焔硝（えんしょう）の语がよくつかわれ、昭和30年代顷までは、玩具に使われる火薬を焔硝と言う地方も多かった。

火薬と爆薬の分类方法には色々な种类があるが、火薬类取缔法上では「推进的爆発の用途に供せられるもの」を火薬、「破壊的爆発の用途に供せられるもの」を爆薬、火薬や爆薬を加工したもの（雷管、导火线、花火、铳炮弾、爆弾など）を火工品（かこうひん）と区别している。科学的な分类では、爆発速度が音速以下のものを火薬、音速以上のものを爆薬とする场合が多いが、まとめて火薬ということもある。また、さらに火薬を推进薬（すいしんやく）、発射薬（はっしゃやく）、爆薬を炸薬（さくやく）、起爆薬（きばくやく）、爆破薬（ばくはやく）、発光剤（はっこうざい）に分类することもある（外国では、容易に爆発しない安全な爆薬を「爆破剤」と分类することもある）。いずれも爆発する物质であるため、本稿では火工品以外の全てを取り扱う。

[编集] 火薬の科学

通常の燃焼と同様に火薬を构成している物质が酸素と结びつくことで（これを酸化という）、火薬に蓄えられていたエネルギーが解放され、热や光や冲撃が発生する。火薬の燃焼が通常の燃焼と异なる点は空気中の酸素を必要としないことである。例えばニトログリセリンでは炭化水素に结合した硝酸エステル(-O-NO₂)が酸化剤の役割になっている。また、黒色火薬のような混合火薬では、燃料に硝酸カリウムなどの酸化剤を混合している。つまり、黒色火薬の场合、黒色火薬に含まれる炭、炭素を燃料とし、硝酸カリウムは反応を高速にする役割を果たしているに过ぎない。ちなみに、黒色火薬は硝酸カリウム、炭素、硫黄を配合して作る。混合火薬の场合、高効率で酸化反応を起こすため、酸化剤の配合比率を最适化することが重要である。また、组成中に酸素を含まなくても、フッ素の様に酸化剤として働き、酸化反応を引き起こすことができる物质が存在する。マグネシウムとフッ素が结びつく反応は大きなエネルギーを発生するため、これらの原料を用いることで酸素を用いない火薬を作ることができる。このような酸化反応で、大きな反応热を発生する物质が火薬の材料に适している。こういった自己反応性物质は外部の酸素を必要としないため、二酸化炭素消火器のような酸素遮断による消火が不可能である。

火薬の反応には色々な种类がある。火薬にマッチなどで火をつけても、必ずしも爆発するとは限らない。一部の火薬では、マッチで点火してもロウソクのようにゆっくり燃えるだけだが、雷管で点火すると一瞬で全体が反応する（爆発）。またダイナマイトなどの一部の爆薬では、雷管の威力により低速爆発と高速爆発の2种类がある。ガソリンや木材が燃えるのを通常燃焼といい、火薬が高速で燃焼するのを爆発という。さらに音速以下の爆発を「爆燃」、音速以上の爆発を「爆轰（ばくごう）」と分类している。「爆轰」状态では燃焼速度が音速を越えるため、冲撃波を投射し周囲の物体を破壊する。「爆轰」発生の有无によって火薬と爆薬を分类することもある。「爆轰」によって生まれた冲撃波が弱まったものが、「爆音」になる。

火薬が燃焼を始めると、反応热により酸化反応が促进され、継続的な燃焼が起きる。これに対し爆薬では、酸化反応は爆ごうの冲撃波による断热圧缩によって促进される。このため、热伝导に律速されることのない急激な燃焼が発生する。

火薬类の最大の特徴はそのエネルギーの発生速度にある。単纯な热量の比较だけなら火薬类よりもガソリンなどの方が大きい。しかし、半径10センチの球体のトリニトロトルエンを鋳造した场合、この块が爆轰して反応が终わるまでの时间は仅かに14.7ナノ秒しかかからない。

半径10センチの鋳造トリニトロトルエンの重量は6.49キログラムであり、この爆発热は约1.17× $107$ ジュールである。これだけのエネルギーがわずか14.7ナノ秒の间に放出されるのである。

つまり、エネルギーの発生速度という点で见れば1.16× $1012$ ジュール/秒となり、これは日本の総発电能力の数倍にもなる数字である。

こうした火薬の能力は主にその分子构造に依存している。一般に复雑で致密な构造の分子ほどその中に蓄えられているエネルギーが大きく、高い爆発力を持つ火薬となる。近年ではヘキサニトロヘキサアザイソウルチタン (HNIW)の様に、コンピューターシミュレーションにより理想的な分子构造を决定し、それを基に合成された高性能火薬も登场している。

[编集] 用途

火薬は主に、以下の用途に用いられている。

[编集] 推进薬としての火薬

铳や大炮は火薬の燃焼により発生する圧力によって、铳弾（炮弾）に大きな初速度を与え、目标物を破壊する。

固体燃料のロケットでは火薬の燃焼が长时间持続し、燃焼ガスの反作用により飞翔する。所定の时间、所定の推力を安定して得るために、ロケット内部の火薬の固まり（グレイン）の形状を最适化することが非常に重要である。

[编集] 破壊用の火薬

爆薬は「爆轰」によって発生する冲撃波や破片によって周囲の物体を破壊する。爆弾や炮弾の弾头として军事用に用いられる他、発破（はっぱ）として鉱物资源の采掘やトンネルの掘削に用いられる。外国ではビルや野球场のスタンドなどの建造物の解体に际して、内部に爆薬を仕挂け、崩すように一気に解体する手法が行われる。通常、爆薬に火をつけてもゆっくりと燃えるだけで「爆ごう」にはならない。爆薬を起爆するには、雷管や信管を用いて爆薬に冲撃波を与える必要がある。

なお、军事において単に火薬と呼ぶ场合は装薬（発射薬）を指し、破壊用の火薬は「爆薬」もしくは「炸薬」と呼ばれるのが普通。

[编集] 点火用の火薬

导火线、雷管として爆薬の起爆等に用いられる。

[编集] 花火

花火は、正に「火の芸术品」である。火薬に炭酸ストロンチウム（红色）や硫酸铜（青色）などを混ぜることで炎色反応により、様々な色で発光する。

[编集] 工业用途

金属容器などを作るとき、水中に爆薬を入れて爆発させて金型に押し付けるという方法がある。また、通常溶接できない2种类の金属を、爆薬の力で溶接させる爆発圧接もある。

[编集] 発电

瞬间的な大电力を得る方法として爆薬発电机が开発されている。

[编集] 照明・信号用

兵器における照明弾、信号弾などで使用され、强い光を発生させる、特殊火薬。黒色火薬にアルミニウム微粉末を适当量（科学的な値に基付く）混合させ、燃焼することによって、强力な光を出すことが出来る。

また、粉末単体では写真などのストロボ撮影の光源としても用いられた。

身近なところでは、车载されている発烟筒などがある。

[编集] エンジンの起动用

ジェット戦闘机などの一部の航空机ではエンジンの初期起动に外部からの力が必要な物がある。この际、エンジンを起动させるための地上设备が无い场合の応急的な起动用に用いられる。

[编集] 医薬品

ダイナマイトの原料である、ニトログリセリンなどは心臓の薬として用いられる。

[编集] 歴史

1281年の弘安の役における「てつはう」を描いた『蒙古袭来絵词』

中国の唐代（618年 - 907年）に书かれた「真元妙道要路」には硝石・硫黄・炭を混ぜると燃焼や爆発を起こしやすいことが记述されており、既にこの顷には黒色火薬が発明されていた可能性がある。

日本人が初めて火薬を用いた兵器に遭遇したのは13世纪后半の元寇においてである。当时の様子を描いた『蒙古袭来絵词』（竹崎季长　永仁元年2月9日（1293年）和暦は改元前のため実际は正応6年か。）の写本の図には、元军が用いた「てつはう」と呼ばれる兵器が描かれている。（なお、佐藤鉄太郎『蒙古袭来絵词と竹崎季长の研究』（2005年）によればこの「てつはう」（とモンゴル兵）は江戸时代の加笔であるとする。）「てつはう」は鉄球に火薬をつめた炸裂弾で、强力な弓の先端につけて発射された。

ヨーロッパで初めて火薬を制造したのは13世纪イギリスのスコラ学者であるロジャー・ベーコンとされていたが、その火薬の制法の写本は伪书とされており现在は疑问视されている。また、ドイツではベルトルド・シュバルツなる人物が火薬を発明したとされているが、これも伝説のようである。

14世纪には、イングランドやドイツに火薬工场があったとの史実が残されている。エリザベス1世（1558年 - 1603年）の时代、火薬制造はイングランド王室の専売事业であった。

19世纪までは火薬といえば黒色火薬のことを指したが、1886年にフランス人科学者ポール・ヴィエイユ(Paul Vieille)が无烟火薬を発明すると、火薬の主流は黒色火薬から无烟火薬へと急速に移り変わっていく。ヴィエイユの発明した火薬はニトロセルロースをエーテルとアルコールの混合液でゼラチン化したものである。当时の陆军大臣ブーランジェ将军の头文字からB火薬と命名された。

ノーベル赏で有名なアルフレッド・ノーベルは火薬王としても知られている。高性能爆薬であるダイナマイトをはじめ、无烟火薬のバリスタイトなどを発明し、大量生産を行った。

[编集] 日本における火薬

1543年、种子岛に漂着したポルトガル人が、东南アジアで改良された、今日マラッカ式火縄铳と呼ばれる形式の鉄炮と共に、日本に火薬を伝えた。

当时の火薬は黒色火薬であるが、原料の硝石（硝酸カリウム）は湿润気候の日本国内では天然に産出しないため、南蛮贸易で硝石を输入し、火薬を制造していた。

当时の日本は高い鉄の精錬技术と锻鉄技术を有しており、鉄炮制造は急速に普及し、大量生産が行われた。 1575年の长筱の戦いでは、织田信长が大量の鉄炮を用いることで武田胜頼に大胜している（この顷、武器として铳を大量に所持していた国は日本だった）。中国地方の口伝では门徒の间で蓬（ヨモギ）の根に尿をかけたものを一定の温度で保存することにより、ヨモギ特有の根球细菌のはたらきで硝酸が生成されることを発见したという。马の尿とヨモギでそれは量産（当时にしては）された。これらは当时の军事机密であったので厳重に守秘されて一般に広まることはなかったが、本愿寺派に供给された火薬の主体であったようである。信长が惊いた本愿寺の鉄炮の数は、実は弾薬の量に支配されるものであり、安価な硝酸がそれを支えたのである。

江戸时代に入り锁国がなされると、国内で硝石を供给せざるを得なくなる。军事用の火薬使用は激减したが、狩猟用として鉄炮が农山村に普及したため、一定の火薬の需要が存在したのである。汲み取り便所の壁から床下の土中に染み出した窒素に富む粪尿などから生じたアンモニアに亜硝酸细菌と硝酸细菌が作用するため、古い民家の床下の土壌には硝酸カリウムが蓄积している。これを原料とすることで硝石を生産した。床下土を用いた硝石の制造は江戸时代を通じて主流の方法であったが、同様に床下で硝石を生成する东南アジアの伝统的手法と异なり、豚などの家畜を大规模に饲育しない日本の民家では硝石の生成量が少なく、一度掘り出してしまうと20～30年间は采集できなかった。ちなみに、明治时代の秩父事件において、困民党は火縄铳等を用いて戦ったが、その铳に用いる火薬は前述の方法にて硝石を调达し、火薬を制造した。

江戸时代の越中五个山（现在の富山県南砺市）や飞騨白川村では、积极的に硝酸イオンを蓄积させた焔硝土を用いて硝石を生産していた。焔硝土を用いる硝石の生産方法は、1811年（文化8年）に加贺藩の命令によって五十岚孙作が提出した「五ヶ山焔硝出来之次第书上申帐」に最も详细に记されている。主としてこの文书によると、合掌家屋のイロリ近くの床下を掘り下げてヒエの茎・叶を敷き、その上に良质の畑土、蚕粪、麻の叶・タバコの茎など栽培植物の不要部分、ヨモギ・アカソ等の山草を积み重ね、その上に人尿を散布して焔硝土を调制する。焔硝土から水で硝酸イオンを抽出し、抽出液を木灰で処理し、浓缩した后冷却すると硝石が析出する。この方法は毎年の再生産が可能な优れた制造方法であった。

1733年（享保18年）には隅田川花火大会が初めて行われた。これ以降、例年开催されている。

明治时代に入ると、南米のチリから莫大な埋蔵量を有した天然の硝酸ナトリウムであるチリ硝石の输入を始める。硝酸ナトリウムは黒色火薬の原料の１つである硝酸カリウムの代わりとして用いることができる。

また、富国强兵政策によりヨーロッパから盛んに近代的な火薬技术を导入するようになる。日本独自の火薬技术も発展し、日本海军に制式采用された下瀬火薬は、その强力な破壊力から日露戦争では大活跃した。

[编集] チリ硝石

チリ硝石の生成原因にはさまざまな説があり、确定していない。有机原因説としては、海草など植物起源説、野鸟の粪など动物起源説、无机原因としては稲妻など気象现象起源説、地殻活动による説などがある。现时点で最有力视されているのは、最后の説である。^[要出典]

[编集] 火薬、爆薬の种类

黒色火薬: 硝酸カリウム（硝石）75%、硫黄10%、木炭15%を混合したもの。花火の扬げ薬や大玉の割薬、导火线の心薬に用いられる。吸水性が高いため湿気に弱く、静电気や冲撃に敏感なため爆発事故も多い。以前は制造工场で原料を撹拌するローラーが容器の底と冲突して爆発する事故が多発したが、现在は容器の底と直接接触しないような悬架式ローラーになっているため、制造段阶での爆発事故はほとんどない。花火などをほぐして游ぶと、中に入っている黒色火薬が静电気や摩擦などで発火する场合があるため、花火に注意书きがされている。; 通常の黒色火薬より燃焼速度、破壊力が共に大きい火薬を作るには、硝酸カリウムの代わりに、过塩素酸カリウムを使用する。塩素酸カリウムは大変危険な薬品であるため、扱いに注意が必要である。また、エタノール渍け炭素を使用することで、燃焼速度を上げることが出来る。
绵火薬: セルロース（脱脂绵等）を浓硝酸と浓硫酸の混合物により、硝酸エステル化することでニトロセルロースが得られる。爆発威力は小さいが、燃焼时の発烟が少ない「无烟火薬」として铳弾や炮弾の装薬に使われる。太平洋戦争末期には、民间から「ふとん」を供出させ、绵火薬を制造した。
下瀬火薬: ピクリン酸を主原料とした黄色の火薬で、腐食性、毒性を持ち、非常に鋭敏であるが、爆発力は高い。旧日本海军で弾薬として用いられ、日本海海戦での胜利をもたらした一因とされる。取り扱いは难しく、しばしば炮身の破壊（筒発）を招いた。弾薬库前での火游びが原因とされているが、日露戦争后、戦舰三笠は同火薬の暴発事故により军港内で着底している。
硝安油剤爆薬: 硝酸アンモニウム（硝安）94%と軽油や灯油6%を混合した爆薬。非常に爆発しにくいが、安価な上、安全性が高い。硝安爆薬や Ammonium Nitrate Fuel Oil explosive から ANFO （アンホ）爆薬とも呼ばれる。
スラリー爆薬: 硝安と水の混合物を主体とする爆薬。含水爆薬、エマルジョン爆薬とも呼ばれる。いろいろなタイプがある。; 泥状で流し込むタイプは钝感で强力な起爆薬が必要である。ゴム状で、やや感度を上げて雷管で起爆できるタイプもある。耐水性が强くANFOより起爆しやすいが低温に弱い。; たくさんの気泡を含ませることにより爆発しやすくなるので、中空のガラスビーズを混ぜる。
カーリット: 过塩素酸アンモニウムを主体とする爆薬。日本では成分の违いにより黒、紫、桦、蓝、青等に分けられている。カーリットの名前は発明者のスウェーデン人O・B・カールソンにちなむ。
ダイナマイト: ノーベルが発明した爆薬。ニトログリセリンは爆発感度が大きいため、取扱に危険が伴うが、珪藻土に渗みこませる、あるいはニトロセルロースと混合してゲル化するなどして固化すると爆発感度が下がり、雷管を用いないと爆発しなくなる。日本では「松」「桐」「榎（えのき）」などのグレードに分けられている。
ペンスリット: 四硝酸ペンタエリスリット。ペンスリットの他、ニペリットとも呼ばれる。白色の结晶性粉末で化学式は C(CH₂ONO₂)₄ である。爆発威力が大きい、热に対して钝感、自然分解を起こしにくい、など优れた特徴を持つ爆薬である。プラスチック爆薬の材料として用いられる。
TNT: TNTとは2,4,6-トリニトロトルエンの略称である。冲撃や热に対してきわめて钝感、毒性が少ない、金属を腐食しない、など优れた特性を持つため、爆薬として広く用いられている。火薬の代表として、核爆弾の威力を表す単位「TNT换算」に使用されている。TNT火薬は前述のとおり冲撃や热に対し钝感であるため、导火线では爆発しない、爆発させる时はTNT本体に雷管を埋め込んで起爆させて爆発させる。
ヘキソーゲン: シクロトリメチレントリニトラミン（1,3,5トリニトロ-1,3,5-トリアジナン）。ヘキソーゲンはTNTに代わる高性能爆薬として开発された。RDXの略称が用いられる。主に军用。
オクトーゲン: 正式名称 1,3,5,7-Tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane(CAS).Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine(IUPAC) 。别名にシクロテトラメチレンテトラニトラミン, HMXなどがある。
过酸化アセトン: 过酸化アセトン（かさんかあせとん、 Acetone Peroxide ）は有机过酸化物の1种。高性能爆薬として使用される。最近ではロンドン同时多発テロで使用された。
笛薬: 安息香酸カリウムと过塩素酸カリウムの混合物である。燃焼时に高い音响を発生し、「笛ロケット」という种类のロケット花火等に使われる。
ニトログリコール (nitroglycol): 二硝酸グリコールとも呼ばれる。ダイナマイトなどに使用される。
ピクリン酸: フェノールをニトロ化したものである。トリニトロトルエンより破壊力がある。
コンポジション爆薬: 混合爆薬の一种で、A-3・B・C・C-4などの种类がある。
PBX爆薬: 炮弾やミサイルの炸薬として広范囲に使用されている。
ヘキサニトロヘキサアザイソウルチタン (HNIW): 现时点で量産可能な爆薬としては最大の威力を持つ。
FOX-7: 研究中の高性能爆薬、実用化はされていない。
トリアミノトリニトロベンゼン: 実用爆薬中、最も安定性が高い爆薬で高い信頼性を要求される用途に用いられる。

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