ระเบิด : มัจจุราชประดิษฐ์ ตอนที่ 2 (จบ)

เรื่องโดย รวิศ ทัศคร

บทความตอนที่แล้ว เราได้เดินทางย้อนกาลเวลาไปดูที่มาของการคิดค้นระเบิดในยุคโบราณ ซึ่งมีเส้นทางมาอย่างยาวนานควบคู่กับประวัติศาสตร์และการทำสงครามของมนุษย์ จนกระทั่งมาถึงยุคปัจจุบันที่ความรู้ด้านวัตถุระเบิดพัฒนาไปมาก บทความตอนที่สองนี้ เราจะมาดูประเภทของวัตถุระเบิด และระเบิด เฉพาะบางชนิดที่น่าสนใจหรือมีบทบาทต่อการพัฒนาของวงการอาวุธยุทโธปกรณ์ในปัจจุบันกันครับ

วัตถุระเบิด อาจแบ่งออกเป็นวัตถุระเบิดกำลังสูง (high explosives) และวัตถุระเบิดกำลังต่ำ (low explosives)

วัตถุระเบิดกำลังสูงเป็นวัตถุระเบิดที่มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีไวมากและก่อแรงดันสูง ทำให้มีคลื่นกระแทกวิ่งผ่านเนื้อวัตถุระเบิดและมีแรงเพิ่มขึ้นจากการลุกไหม้ วิ่งไปด้วยความเร็วสูงสุดได้ถึง 6 ไมล์ต่อวินาที ซึ่งยังแบ่งแยกย่อยออกไปอีกเป็น วัตถุระเบิดกำลังสูงขั้นปฐมภูมิ (primary high explosives) ซึ่งจะจุดระเบิดด้วยความร้อนจากแหล่งกำเนิดต่าง ๆ รวมถึงแรงเสียดทาน ประกายไฟ การกระทบกระแทก ตัวอย่างเช่น mercury fulminate, diazo nitrophenol, lead styphnate และวัตถุระเบิดกำลังสูงขั้นทุติยภูมิ (secondary high explosives) ซึ่งจะระเบิดได้โดยอาศัยตัวจุดชนวน (detonator) ส่งคลื่นกระแทกเข้าไป หรืออาจต้องพึ่งพาตัวเร่ง (booster) เพิ่มคลื่นกระแทกขึ้นอีก จึงจะระเบิดได้ แต่เมื่อเกิดการระเบิดแล้วจะเกิดอย่างฉับพลัน ซึ่งมีอันตรายมาก ตัวอย่างเช่น trinitrotoluene (TNT), ammonium nitrate, picric acid, dinitrotoluene (DNT), cyclotrimethylene trinitramine (RDX), ethylene diaminedinitrate (EDNA)

ส่วนวัตถุระเบิดกำลังต่ำนั้นเป็นวัตถุระเบิดที่จะเกิดการเผาไหม้ได้อย่างรวดเร็ว เกิดแรงดัน แต่มีค่าน้อยกว่าแบบแรก ทำให้นำไปใช้ประโยชน์ในการให้แรงขับเคลื่อนกับกระสุนหรือจรวดได้ดี ตัวอย่างเช่น ไนโตรเซลลูโลส ดินปืนหรือดินดำ (black powder) ดินขับควันน้อย (smokeless powder) ไนโตรกลีเซอรีน

กำเนิดทีเอ็นที (TNT)

ไตรไนโตรโทลูอีนหรือทีเอ็นที มีลักษณะเป็นผลึกรูปเข็มสีเหลืองซีด ละลายในน้ำได้น้อย แต่ละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ ชื่อเต็มของมันคือ 2-methyl-1,3,5-trinitrobenzene สารตัวนี้สังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกโดย โจเซฟ วิลแบรนด์ (Joseph Wilbrand) ในปี พ.ศ. 2406 และผลิตปริมาณมากครั้งแรกในประเทศเยอรมนี ปี พ.ศ. 2434 ทีเอ็นทีเป็นวัตถุระเบิดและสารเคมีที่ใช้งานกันอย่างกว้างขวางทั้งทางทหารและในอุตสาหกรรม จึงใช้เป็นมาตรฐานในการวัดความแรงของระเบิดและวัตถุระเบิดชนิดต่าง ๆ

ในช่วงแรก ๆ ที่สังเคราะห์ขึ้นมาจวบจนหลายปีนับจากนั้น ก็ไม่ได้มีการให้ความสำคัญต่อศักยภาพของทีเอ็นทีในฐานะวัตถุระเบิด เนื่องจากมันจุดระเบิดยากและมีกำลังน้อยกว่าวัตถุระเบิดอื่น จึงจัดอยู่ในฐานะของวัตถุระเบิดที่มีความเสี่ยงปานกลาง เพราะการจะทำให้มันระเบิดอาจต้องมีแรงกระทบกระแทกก่อน หรือมีอุณหภูมิสูงเกิน 200 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตามข้อได้เปรียบของทีเอ็นทีคือทำให้หลอมละลายได้อย่างปลอดภัยโดยใช้ไอน้ำหรือน้ำร้อน จึงเทลงในหัวกระสุนปืนใหญ่ได้ในสภาพหลอมเหลว

การผลิตทีเอ็นทีนั้นทำได้ด้วยการทำปฏิกิริยาไนเตรชันให้โทลูอีน ด้วยกรดไนตริก (HNO₃) และกรดกำมะถัน (H₂SO₄) เมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วจะได้ผลิตภัณฑ์ออกมาเป็นทีเอ็นทีและ 2,4,6-ไตรไนโตรโทลูอีนผสมกันอยู่ ต้องผ่านกรรมวิธีการทำให้บริสุทธิ์ด้วยการตกผลึก หากจะนำมาใช้สำหรับกิจการด้านการทหารต้องมีความบริสุทธิ์สูงกว่าที่ใช้ในอุตสาหกรรมอื่น ๆ นั่นคือ ทีเอ็นทีเกรดทหารจะมีความชื้นไม่เกินร้อยละ 0.1 มีจุดหลอมเหลวที่ 80.2 องศาเซลเซียส มีกรดซัลฟิวริกไม่เกินร้อยละ 0.02 และมีสารอื่น ๆ ที่ไม่ละลายในตัวทำละลายเบนซีนไม่เกินร้อยละ 0.05 ซึ่งทีเอ็นทีที่ผลิตออกมานั้นจะมีโครงสร้างไอโซเมอร์ได้ถึงหกแบบ^[1] ดังภาพ

โครงสร้างทางเคมีของไอโซเมอร์ทีเอ็นทีแบบต่าง ๆ
ที่มา : [1]

กองทัพเยอรมันนำทีเอ็นทีมาบรรจุใส่กระสุนปืนใหญ่แรงระเบิดสูงในปี พ.ศ. 2445 ระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 1 รวมถึงใช้ในกระสุนปืนเรือแบบเจาะเกราะด้วย ซึ่งกระสุนที่บรรจุด้วยทีเอ็นทีนั้นจะระเบิดหลังจากที่มันเจาะเข้าไปในเกราะของเรือรบอังกฤษแล้ว ในขณะที่พวกอังกฤษยังคงใช้หัวกระสุนที่บรรจุด้วย กรดพิคริก (picric acid) หรือเรียกอีกอย่างว่า lyddite ซึ่งจะระเบิดทันทีที่กระทบกับเกราะของเรือรบเยอรมัน พลังงานจะกระจายออกไปนอกลำตัวเรือ หลังจากใช้กระสุนที่มีประสิทธิภาพด้อยกว่าเป็นเวลาหลายปี พวกอังกฤษจึงเริ่มหันมาใช้กระสุนแบบเดียวกันบ้างในปี พ.ศ. 2450

เพราะสามารถใช้งานได้กว้างขวาง ทีเอ็นทีจึงใช้เป็นสารมัธยันตร์ (intermediate) ในการผลิตสีย้อมและสารเคมีที่ใช้ในอุตสาหกรรมภาพถ่ายได้อีกด้วย ทีเอ็นทีมีความเป็นพิษ อาจก่อให้เกิดโรคผื่นแพ้ที่ผิวหนัง (dermatitis) และระคายเคืองต่อดวงตา จมูก ลำคอ และผิวหนังได้ โดยสีของมันจะติดกับผิวหนังเป็นสีส้มเหลืองและซึมผ่านผิวหนังได้อย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะหากผิวหนังเปียกชื้น มันก่อความเสียหายแก่ตับหรือระบบประสาทส่วนกลาง ทำให้เกิดอาการปวดหัว อ่อนเพลีย ภาวะโลหิตจาง และอาจเป็นสารก่อมะเร็งในมนุษย์ได้ด้วย

ไตรไนโตรโทลูอีนและสูตรโครงสร้าง
ที่มา : https://th.wikipedia.org/wiki/ไตรไนโตรโทลูอีน

ระเบิดสุญญากาศคืออะไร มีหลักการทำงานอย่างไร

ข่าวใหญ่ในปี พ.ศ. 2565 นี้ คงหนีไม่พ้นเหตุการณ์บุกยูเครนของรัสเซีย และการที่รัสเซียถูกกล่าวหาว่าใช้ระเบิดสุญญากาศในการโจมตี ซึ่งหลายคนอาจไม่ทราบว่าเจ้าสิ่งนี้ทำงานอย่างไร และมีอานุภาพต่างจากระเบิดธรรมดาอย่างไร

ระเบิดสุญญากาศ หรือ thermobaric bomb มีอีกชื่อเรียกว่า ระเบิดละอองลอย หรือ aerosol bomb มีหลักการทำงานคือการระเบิดของไอละอองลอย ซึ่งปรากฏการณ์นี้มักเกิดขึ้นตามโรงถ่านหินหรือโรงโม่แป้งสาลี โดยฝุ่นละอองที่เป็นของแข็งเล็ก ๆ ของถ่านหินหรือแป้งสาลีอาจฟุ้งอยู่ในพื้นที่ปิดที่มีออกซิเจนผสมอยู่ในอัตราส่วนพอเหมาะ เมื่อมีประกายไฟจากสาเหตุใดก็ตาม เช่น อาจเกิดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตของอุปกรณ์ในโรงงานเหล่านั้น ก็จะเกิดการลุกไหม้อย่างรวดเร็วและเกิดการระเบิดตามมา เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “ระเบิดฝุ่น” (dust explosion)

ระเบิดละอองลอยก็อาศัยหลักการเดียวกันนี้ แต่ใช้เชื้อเพลิงอื่นที่ทำให้เป็นละอองลอยในสภาพคล้ายกัน อาจเป็นเชื้อเพลิงเหลวที่ติดไฟง่าย เมื่อส่งระเบิดไปด้วยจรวดหรือทิ้งระเบิดจากเครื่องบินแล้ว ใช้แรงระเบิดขนาดย่อมทำให้เกิดละอองไอกระจายไปในบริเวณที่ต้องการระเบิด จากนั้นจุดระเบิดอีกลูกที่ทำให้เกิดการลุกไหม้ของละอองลอยอย่างรวดเร็ว ออกซิเจนในบริเวณนั้นจะถูกดูดเข้าไปทำปฏิกิริยาเผาไหม้ จนทำให้เกิดลูกไฟลุกไหม้ขนาดใหญ่ คลื่นกระแทกและสภาพสุญญากาศจะเกิดตามมา สามารถมุ่งเป้าไปที่ฝ่ายตรงข้ามที่ซ่อนอยู่ในบังเกอร์ อุโมงค์ ตามในถ้ำ อาคาร หรือท่อระบายน้ำได้ ยิ่งในพื้นที่ปิด อานุภาพของระเบิดยิ่งร้ายแรง

กุญแจสำคัญในการพัฒนาอาวุธชนิดนี้มาจากการที่นักพัฒนาสังเกตผลกระทบของความดันที่จุดสูงสุดของปฏิกิริยาการระเบิด (peak pressure) ของอาวุธทั่วไป ซึ่งเคยคิดกันมานานว่า หากเพิ่มความดันสูงสุดจะก่อให้เกิดคลื่นกระแทก (blast wave) ที่รุนแรงขึ้นตามลำดับ ซึ่งก็เป็นเช่นนั้นจริง แต่นักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มตระหนักว่ามีอีกวิธีที่จะส่งต่อแรงระเบิดได้ คือการส่งต่อพลังงานไปยังเป้าหมายโดยตรง ในการนี้แทนที่จะตั้งเป้าไปที่ค่าความดันสูงสุด แต่ออกแบบให้มีกระสุนระเบิดที่มีคลื่นพัลส์ของการระเบิดยาวนานแทนการระเบิดในช่วงสั้น ๆ จะทำให้ได้พลังงานที่ส่งต่อไปมากกว่า ส่วนผสมระหว่างเชื้อเพลิงกับอากาศจะระเบิดช้ากว่า ทำให้คลื่นระเบิดมีการก่อแรงคู่ควบกับอาคารหรือเป้าหมาย อาจจะล้มอาคารได้ทีเดียว คลื่นพัลส์ของการระเบิดที่มีความยาวนานมากขึ้นนี้ยังสะท้อนไปพื้นที่โดยรอบ ณ จุดที่มีการระเบิดได้ ทั้งคลื่นพัลส์ที่เป็นแรงอัด (positive pulse) และแรงดูด (negative pulse) ซึ่งสะท้อนไปทั่วบริเวณนั้นได้เช่นกันทั้งคู่ และสิ่งที่จะเกิดระหว่างคลื่นพัลส์เหล่านี้ก็คือสภาพสุญญากาศ ที่มีผลทำลายล้างเช่นกัน

เมื่อมองย้อนกลับไปในประวัติศาสตร์ ผู้ที่ประดิษฐ์ระเบิดละอองลอยหรือระเบิดสุญญากาศ คือ มาริโอ ซิปเปอร์ไมร์ (Mario Zippermayr) เขาเป็นนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย และยังเป็นสมาชิกนาซีอีกด้วย ประมาณปี พ.ศ. 2485 เขาเริ่มก่อตั้งสถาบันวิจัยขึ้นในกรุงเวียนนาและโลเฟอร์ (Lofer) ซึ่งหลังจากนั้นในปี พ.ศ. 2486 ก็มีการทดสอบระเบิดสุญญากาศขนาด 60 กิโลกรัมขึ้นเป็นครั้งแรก และมีการทดสอบอีกหลายครั้งในพื้นที่ฝึกซ้อมทางทหารและที่ทะเลสาบสตานเบิร์ก (Lake Starnberg) ซึ่งผลที่ดีที่สุดเกิดจากส่วนผสมของออกซิเจนเหลวร้อยละ 60 และผงถ่านหินร้อยละ 40

ในสงครามโลกครั้งที่สอง ทหารเยอรมันใช้เครื่องยิงจรวดหลายลำกล้อง Nebelwerfer ซึ่งมีหัวจรวดให้ใช้ทั้งก๊าซฟอสจีน (phosgene) มัสตาร์ด ระเบิดแรงสูง และระเบิดม่านควัน เครื่องยิงจรวดประกอบด้วยหกลำกล้อง มีการนำกระสุนระเบิดแบบสุญญากาศมาใช้ที่แนวรบด้านตะวันออก โดยห้าลำกล้องแรกบรรจุก๊าซโพรเพน และลำกล้องที่หกบรรจุกระสุนระเบิด ก๊าซที่ปล่อยออกมาจะไปผสมกับอากาศจนกลายเป็นไอที่พร้อมระเบิด และไอเหล่านี้ถูกจุดระเบิดด้วยกระสุนนัดสุดท้าย จากนั้นมาก็ไม่มีการพัฒนาระเบิดชนิดนี้ต่อไปอีก จวบจนยุคทศวรรษ 1960s (พ.ศ. 2503-2512) ซึ่งมันพัฒนาไปอีกขั้นโดยกองทัพสหรัฐอเมริกา

ที่มา : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:German_Nebelwerfer_41_breach.jpg

สหรัฐอเมริกาเริ่มใช้วัตถุระเบิดมรณะที่มีเชื้อเพลิงผสมกับอากาศ (FAEs) ในช่วงสงครามเวียดนาม ผลของสงครามอันโหดเหี้ยมในครั้งนั้นได้คร่าชีวิตชาวเวียดนามไปนับล้านคน (966,000 คน ถึง 3.8 ล้านคน แล้วแต่แหล่งข้อมูล) จากสารพัดอาวุธที่นำมาใช้ ซึ่งส่วนหนึ่งของยอดผู้เสียชีวิตก็มาจากระเบิดชนิดนี้ หลังจากนั้นกองทัพสหรัฐฯ และอังกฤษก็ยังใช้อาวุธละอองลอยอีกในอัฟกานิสถาน ส่วนทางรัฐบาลรัสเซียและซีเรียก็ใช้ระเบิดชนิดนี้กับเป้าหมายในเขตของกบฏเช่นกัน

อันที่จริงแล้วพลังงานความร้อน Q ที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดของอากาศผสมเชื้อเพลิงนั้นมีค่ามากกว่าพลังงานจากการระเบิดของวัตถุระเบิดที่อัดแน่นอย่างทีเอ็นทีมาก ดังตารางเปรียบเทียบความร้อนที่ได้จากการระเบิดของวัตถุระเบิดชนิดต่าง ๆ ดังนี้

*ระเบิดทุติยภูมิ หรือ secondary explosives เป็นวัตถุระเบิดที่ต้องการตัวจุดระเบิด และอาจจะต้องมีสารช่วยเร่งการระเบิด ซึ่งจะต่างจากวัตถุระเบิดแบบ primary explosives ซึ่งจุดระเบิดได้จากไฟ การสปาร์ก การกระแทก หรือแหล่งความร้อนอื่น ๆ ที่เพียงพอ

จะเห็นได้ว่าพลังงานจากผงอะลูมิเนียมที่ฟุ้งอยู่นั้นมากเกือบเป็นสี่เท่าของที่ได้จากทีเอ็นทีเลยทีเดียว

บทความตอนนี้คงต้องลาผู้อ่านไปเพียงเท่านี้ อันที่จริงแล้วเรื่องน่ารู้เกี่ยวกับวัตถุระเบิดยังมีอีกมากมาย และมีอีกหลายชนิดที่น่าเรียนรู้เกี่ยวกับมัน เพราะถึงแม้จะเป็นของที่ก่อให้เกิดอันตราย แต่ถ้าเอามาใช้ในทางสร้างสรรค์ วัตถุเคมีเหล่านี้ก็ให้ประโยชน์อเนกอนันต์แก่มวลมนุษย์เช่นกัน

ระเบิดน้ำแข็งแห้ง การทดลองที่ห้ามทำเองที่บ้าน !!

เราอาจเคยเห็นรายการโชว์วิทยาศาสตร์ หรือเด็กฝรั่งที่ชอบเล่นแผลง ๆ ทำระเบิดน้ำแข็งแห้ง (dry ice bomb) ในช่อง YouTube ระเบิดน้ำแข็งแห้งทำง่าย โดยเอาภาชนะปิด เช่น ขวดพลาสติก มาเติมน้ำและใส่น้ำแข็งแห้งลงไป แล้วปิดฝาขวดให้แน่น เมื่อน้ำแข็งแห้งสัมผัสกับน้ำมันจะเริ่มระเหิด ทำให้ความดันในขวดพลาสติกมีมากขึ้นเรื่อย ๆ จนในที่สุดก็ระเบิด ซึ่งอาจจะกินเวลาไม่เท่ากัน แล้วแต่สัดส่วนของน้ำแข็งแห้งที่ใส่ลงไปต่อน้ำ กับความทนทานของภาชนะ

การเล่นแบบนี้ของเด็กวัยรุ่นฝรั่งที่กลายมาเป็นแฟชั่นใน YouTube ช่วงหลังนั้น เป็นการเล่นแผลง ๆ ที่อาจก่อให้เกิดอันตราย เพราะเราไม่อาจทราบเวลาที่แน่นอนของการระเบิดได้ ซึ่งบางครั้งเพียงไม่กี่วินาทีขวดก็อาจระเบิดได้แล้ว หากเป็นขวดพลาสติกอาจจะแค่ฉีกขาด แต่ขวดแก้วสามารถเกิดสะเก็ดที่พุ่งออกมาด้วยความเร็วสูง ทำให้บาดเจ็บและเสียชีวิตได้

โบราณว่าโง่มาก่อนฉลาด สมัยเด็กประมาณ 12 ขวบ ผู้เขียนเองก็เกิดไอเดียบรรเจิดกับเขาเหมือนกัน สมัยนั้นขวดน้ำอัดลมแบบวันเวย์ฝาเกลียวหาซื้อง่ายและคนนิยมดื่ม น้ำแข็งแห้งก็หาได้ง่าย เพียงขอซื้อเอากับรถขายไอศกรีมที่ผ่านมาหน้าบ้าน ผู้เขียนในตอนนั้นที่เป็นเด็กที่อ่านสารานุกรมวิทยาศาสตร์มากไป ก็รอจังหวะที่ผู้ใหญ่ไม่อยู่บ้าน ทดลองสิ่งนี้โดยคิดขึ้นเอง ไม่เคยรู้ว่ามีคนทำแบบนี้ที่ต่างประเทศ เพราะสมัยนั้นยังไม่มีอินเทอร์เน็ต ปรากฏว่าหลังจากวิ่งไปหลบหลังกำแพงรออยู่นาน ขวดก็ไม่ระเบิด จึงเดินไปเปิดคลายเกลียวโดยไม่ทันคิดให้รอบคอบถึงอันตราย ทำให้มีเสียงดังบึม พร้อมกับปากขวดเกิดรอยร้าว และง่ามนิ้วห้อเลือด

นับว่าผู้เขียนสมัยยังเด็กที่ทดลองเล่นสิ่งนี้และอื่น ๆ อีกหลายอย่างที่เป็นสารเคมี สิ่งที่ลุกไหม้ หรือไฟฟ้า ยังโชคดีมากที่บาดเจ็บเพียงเล็กน้อย และได้มาพบคุณผู้อ่านโดยไม่พิการหรือเสียชีวิตไปเสียก่อน จึงขอเล่าเป็นอุทาหรณ์ถึงอันตรายที่อาจเกิดได้แก่บุตรหลาน (โดยเฉพาะเด็กที่ชอบวิทยาศาสตร์)

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม