2018 Fiscal Year Research-status Report
Simultaneous initiation of nitromethane in two holes by pulsed wire discharge for crack control of a concrete block
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18K04306
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
田中 茂 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 助教 (70505859)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 信 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (80570746)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ニトロメタン / 衝撃波 / アーク放電 / 爆燃 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニトロメタンの起爆及び爆轟メカニズムと反応速度制の制御（H30-31年度，主担当：田中）
金属細線にパルス大電流を印可すると、金属線は瞬間的に加熱され蒸発する。細線の蒸発時には、衝撃波を伴う爆発が生じ、蒸発後にはアーク放電が生じる。ニトロメタン中でパルス細線放電を行うと、ニトロメタンは衝撃波による圧力負荷を受け、更にアーク放電によって加熱される。ニトロメタンがどの要因（衝撃波orアーク放電）で爆発反応を起こすのかを明らかにするために、金属細線に投入するエネルギーを条件変化として高速度ビデオカメラを用いた観察実験を行った。金属細線に投入するエネルギーが金属細線の蒸発エネルギーよりも低い条件では、ニトロメタンは溶融した金属を介して比較的長く加熱されたが、如何なる爆発反応（燃焼、爆燃、爆轟）も観察されなかった。蒸発エネルギーとほぼ同等なエネルギーを印加したところ、金属細線の部分蒸発に伴う衝撃波と蒸発箇所にアーク放電が生じ、ニトロメタンは爆燃反応を開始した。爆燃反応は、アーク放電による数十μ秒間の加熱を経てから（圧力が解放されてから）始まっており、アーク放電による高温加熱が爆燃反応の要因であることが明らかになった。銅管に充填したニトロメタン中に設置した金属細線に、その蒸発エネルギーの5倍程度の電気エネルギーを与え、銅管の破壊状況から反応形態を評価するシリンダー試験を実施した。銅管の破壊状況から、その反応形態が爆燃であることを明らかにした。電気エネルギーを条件変化にした初年度の試験では、高い衝撃圧力とアーク放電による高温加熱によっても爆轟反応に至らない結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
観察実験により、ニトロメタンが爆発反応を開始する電気的条件を見出し、爆発反応の形態まで明らかにできている。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は、金属細線にタングステン線を用いており、その細線爆発にかかる電流・電圧を首尾よく計測した。タングステンは、融点が高く蒸発エネルギーも他の金属に比べて高いため、投入した電気エネルギーの多くは衝撃波の発生に消費されていると考えている。初年度の研究によって、ニトロメタンはアーク放電による加熱に起因して生じていることから、多くの電気エネルギーをロスしているものと考えられる。より低い蒸発エネルギーを持つアルミニウム線を用いて、爆発反応を開始する電気的な閾値を求めるために可視化実験を継続して実施する。また、コンクリート供試体を用いたモデル実験も実施する。
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| Causes of Carryover |
ニトロメタンが爆発反応を開始するために必要な電気エネルギーの閾値を、高速度ビデオカメラを用いた観察実験により明らかにしていく。観察実験では、ニトロメタンを透明な矩形容器に充填し、アルミニウム等の金属細線に電気エネルギーを投入する。研究助成金は、ニトロメタンや金属、プラスティック素材、短波長レーザー光源のリース費用に主に使用する計画である。
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