RDX (сокращение от « Research Department eWplosive » или Royal Demolition eWplosive ) или гексоген , [4] среди других названий, является органическим соединением с формулой (CH2N2O2 ) 3 . Он белый, без запаха и вкуса, широко используется в качестве взрывчатого вещества . [ 5 ] Химически он классифицируется как нитроамин наряду с HMX , который является более энергичным взрывчатым веществом, чем TNT . Он широко использовался во Второй мировой войне и остается распространенным в военных целях .
RDX часто используется в смесях с другими взрывчатыми веществами и пластификаторами или флегматизаторами (десенсибилизаторами); он является взрывчатым веществом в пластичной взрывчатке C-4 и ключевым ингредиентом в Semtex . Он стабилен при хранении и считается одним из самых энергичных и бризантных из военных взрывчатых веществ [2] с относительным коэффициентом эффективности 1,60.
RDX также менее известен как циклонит , гексоген (особенно в русском, французском и немецком языках), T4 и, химически, как циклотриметилентринитрамин . [6] В 1930-х годах Королевский арсенал в Вулидже начал исследовать циклонит для использования против немецких подводных лодок , которые строились с более толстыми корпусами. Целью было разработать взрывчатое вещество, более энергичное, чем тротил . По соображениям безопасности Британия назвала циклонит «Взрывчатым веществом исследовательского отдела» (RDX). [7] Термин RDX появился в Соединенных Штатах в 1946 году. [8] Первое публичное упоминание в Соединенном Королевстве названия RDX или RDX , если использовать официальное название, появилось в 1948 году; его авторами были управляющий химик ROF Bridgwater , отдел химических исследований и разработок Woolwich и директор Royal Ordnance Factories , взрывчатые вещества. [9]
RDX широко использовался во время Второй мировой войны , часто в составе взрывчатых смесей с тротилом, таких как Torpex , Composition B , Cyclotols и H6. RDX использовался в одном из первых пластичных взрывчатых веществ . Глубинные бомбы с отскакивающими бомбами, использовавшиеся в « Dambusters Raid », содержали по 6600 фунтов (3000 кг) Torpex; [10] В бомбах Tallboy и Grand Slam , разработанных Барнсом Уоллисом, также использовался Torpex.
Предполагается, что гексоген использовался во многих заговорах, в том числе террористических .
Гексоген является основой для ряда распространенных военных взрывчатых веществ:
За пределами военных целей гексоген также используется для контролируемого сноса для разрушения конструкций. [20] Снос моста Джеймстаун в американском штате Род-Айленд был одним из случаев, когда кумулятивные заряды гексогена использовались для удаления пролета. [21]
RDX классифицируется химиками как производное гексагидро-1,3,5-триазина . В лабораторных условиях (промышленные пути описаны ниже отдельно) его получают обработкой гексамина белой дымящейся азотной кислотой . [22]
Эта реакция нитролиза также производит метилендинитрат, нитрат аммония и воду в качестве побочных продуктов. Общая реакция: [22]
Обычный дешевый нитрирующий агент, называемый «смешанной кислотой», не может быть использован для синтеза гексогена, поскольку концентрированная серная кислота, традиционно используемая для стимуляции образования ионов нитрония, разлагает гексамин на формальдегид и аммиак.
В современных синтезах используется гексагидротриацилтриазин , поскольку он позволяет избежать образования октогена. [23]
RDX использовался обеими сторонами во Второй мировой войне . США производили около 15 000 длинных тонн (15 000 т) в месяц во время Второй мировой войны, а Германия около 7 100 тонн (7 000 длинных тонн) в месяц. [24] RDX имел основные преимущества, обладая большей взрывной силой, чем TNT , и не требовал дополнительного сырья для своего производства. Таким образом, он также широко использовался в Первой мировой войне [24]
О гексогене сообщил в 1898 году Георг Фридрих Хеннинг, который получил немецкий патент (патент № 104280) на его производство путем нитролиза гексамина ( гексаметилентетрамина ) концентрированной азотной кислотой. [25] [26] В этом патенте упоминались медицинские свойства гексогена; однако три дополнительных немецких патента, полученных Хеннингом в 1916 году, предлагали его использование в бездымных порохах . [25] Немецкие военные начали исследовать его использование в 1920 году, называя его гексогеном. [27] Результаты исследований и разработок не публиковались далее, пока Эдмунд фон Герц, [28] описанный как австриец, а позже гражданин Германии, не получил британский патент в 1921 году [29] и патент Соединенных Штатов в 1922 году. [30] Оба патентных требования были инициированы в Австрии; и описывалось производство гексогена путем нитрации гексаметилентетрамина . [29] [30] Британские патентные заявки включали производство RDX методом нитрации, его использование с другими взрывчатыми веществами или без них, его использование в качестве разрывного заряда и в качестве инициатора. [29] Патентная заявка США касалась использования полого взрывчатого устройства, содержащего RDX, и капсюля-детонатора, содержащего RDX. [30] В 1930-х годах Германия разработала усовершенствованные методы производства. [27]
Во время Второй мировой войны Германия использовала кодовые названия W-соль, SH-соль, K-метод, E-метод и KA-метод. Эти названия представляли собой личности разработчиков различных химических путей получения RDX. W-метод был разработан Вольфрамом в 1934 году и дал RDX кодовое название «W-Salz». Он использовал сульфаминовую кислоту , формальдегид и азотную кислоту. [31] SH-Salz (SH-соль) был получен от Шнурра, который в 1937–38 годах разработал пакетный процесс на основе нитролиза гексамина. [32] K-метод от Кнёффлера включал добавление нитрата аммония к процессу гексамина/азотной кислоты. [33] E-метод, разработанный Эбеле, оказался идентичным процессу Росса и Шисслера, описанному ниже. [34] Метод КА, также разработанный Кнёффлером, оказался идентичным процессу Бахмана, описанному ниже. [35]
Разрывные снаряды, выпущенные из пушки MK 108 , и боеголовка ракеты R4M , оба использовавшиеся в истребителях Люфтваффе в качестве наступательного вооружения, использовали гексоген в качестве взрывчатой основы. [36]
В Соединенном Королевстве (Великобритания) гексоген производился с 1933 года исследовательским отделом на опытном заводе в Королевском арсенале в Вулвиче, Лондон , более крупный опытный завод был построен в RGPF Waltham Abbey недалеко от Лондона в 1939 году. [37] [38] В 1939 году был спроектирован двухблочный промышленный завод для установки на новом участке площадью 700 акров (280 га), ROF Bridgwater , вдали от Лондона , и производство гексогена началось в Бриджуотере на одном из блоков в августе 1941 года. [37] [39] Завод ROF Bridgwater поставлял аммиак и метанол в качестве сырья: метанол был преобразован в формальдегид, а часть аммиака преобразована в азотную кислоту, которая была сконцентрирована для производства гексогена. [9] Остальной аммиак реагировал с формальдегидом для получения гексамина. Завод по производству гексамина был поставлен Imperial Chemical Industries . Он включал некоторые особенности, основанные на данных, полученных из Соединенных Штатов (США). [9] RDX производился путем постоянного добавления гексамина и концентрированной азотной кислоты к охлажденной смеси гексамина и азотной кислоты в нитраторе. [9] RDX очищался и обрабатывался для предполагаемого использования; также проводилось восстановление и повторное использование некоторого количества метанола и азотной кислоты. [9] Установки нитрования гексамина и очистки RDX были дублированы (т. е. сдвоенные), чтобы обеспечить некоторую страховку от потери производства из-за пожара, взрыва или воздушного нападения. [37]
Соединенное Королевство и Британская империя сражались без союзников против нацистской Германии до середины 1941 года и должны были быть самодостаточными . В то время (1941 год) Великобритания имела возможность производить 70 длинных тонн (71 т) (160 000 фунтов) гексогена в неделю; и Канада , союзная страна и самоуправляющийся доминион в составе Британской империи, и США рассматривались в качестве поставщиков боеприпасов и взрывчатых веществ, включая гексоген. [40] К 1942 году прогнозировалось, что годовая потребность Королевских ВВС составит 52 000 длинных тонн (53 000 т) гексогена, большая часть которого поступит из Северной Америки (Канада и США). [39]
Другой метод производства, отличный от процесса Вулвича, был найден и использовался в Канаде, возможно, на химическом факультете Университета Макгилла . Он был основан на реакции параформальдегида и нитрата аммония в уксусном ангидриде . [41] Заявка на патент в Великобритании была подана Робертом Уолтером Шисслером (Университет штата Пенсильвания) и Джеймсом Гамильтоном Россом (Макгилл, Канада) в мае 1942 года; патент в Великобритании был выдан в декабре 1947 года. [42] Гилман утверждает, что тот же метод производства был независимо открыт Эбеле в Германии до Шисслера и Росса, но это не было известно союзникам. [25] [41] Урбански приводит подробности пяти методов производства, и он называет этот метод (немецким) E-методом. [34]
В начале 1940-х годов основные производители взрывчатых веществ в США, EI du Pont de Nemours & Company и Hercules , имели несколько десятилетий опыта производства тринитротолуола (ТНТ) и не хотели экспериментировать с новыми взрывчатыми веществами. Артиллерийское управление армии США придерживалось той же точки зрения и хотело продолжать использовать ТНТ. [43] RDX был испытан арсеналом Пикатинни в 1929 году, и он был сочтен слишком дорогим и слишком чувствительным. [40] Военно-морской флот предложил продолжать использовать пикрат аммония . [43] Напротив, Национальный комитет оборонных исследований (NDRC), посетивший Королевский арсенал в Вулидже, считал, что необходимы новые взрывчатые вещества. [43] Джеймс Б. Конант , председатель отдела B, хотел привлечь академические исследования в эту область. Поэтому Конант создал экспериментальную исследовательскую лабораторию взрывчатых веществ в Бюро горнодобывающей промышленности , Брюсетон, Пенсильвания , используя финансирование Управления научных исследований и разработок (OSRD). [40]
В 1941 году миссия Тизарда из Великобритании посетила армейские и военно-морские департаменты США, и часть переданной информации включала детали «Вулвичского» метода производства гексогена и его стабилизации путем смешивания с пчелиным воском . [40] Великобритания просила, чтобы США и Канада совместно поставляли 220 коротких тонн (200 т) (440 000 фунтов) гексогена в день. [40] Уильям Х. П. Блэнди , начальник Бюро вооружений , принял решение принять гексоген для использования в минах и торпедах . [40] Учитывая острую необходимость в гексогене, артиллерийское управление армии США по просьбе Блэнди построило завод, который скопировал оборудование и процесс, использовавшиеся в Вулвиче. Результатом стал завод Wabash River Ordnance Works, которым управляла EI du Pont de Nemours & Company. [44] В то время на этом заводе был крупнейший завод по производству азотной кислоты в мире. [40] Процесс Вулвича был дорогим: требовалось 11 фунтов (5,0 кг) крепкой азотной кислоты на каждый фунт гексогена. [45]
К началу 1941 года NDRC исследовал новые процессы. [45] Процесс Вулвича или прямого нитрования имел по крайней мере два серьезных недостатка: (1) он использовал большое количество азотной кислоты и (2) по крайней мере половина формальдегида терялась. Один моль гексаметилентетрамина мог произвести максимум один моль гексогена. [46] По крайней мере три лаборатории без предыдущего опыта взрывчатых веществ получили указание разработать лучшие методы производства гексогена; они базировались в университетах Корнелла , Мичигана и штата Пенсильвания . [40] [a] Вернер Эммануэль Бахманн из Мичигана успешно разработал «комбинированный процесс», объединив процесс Росса и Шисслера, используемый в Канаде (он же немецкий E-метод), с прямым нитрованием. [35] [40] Комбинированный процесс требовал больших количеств уксусного ангидрида вместо азотной кислоты в старом британском «процессе Вулвича». В идеале, процесс комбинирования мог бы производить два моля гексогена из каждого моля гексаметилентетрамина. [46]
Расширенное производство RDX не могло продолжать полагаться на использование натурального пчелиного воска для десенсибилизации взрывчатого вещества, как в оригинальном британском составе (RDX/BWK-91/9). Заменяющий стабилизатор на основе нефти был разработан в исследовательской лаборатории взрывчатых веществ Брюстона в Пенсильвании, и полученное взрывчатое вещество было обозначено как состав A-3. [40] [47]
Национальный комитет оборонных исследований (NDRC) поручил трем компаниям разработать пилотные установки. Это были Western Cartridge Company, EI du Pont de Nemours & Company и Tennessee Eastman Company , часть Eastman Kodak. [40] В Eastman Chemical Company (TEC), ведущем производителе уксусного ангидрида, Вернер Эммануэль Бахманн разработал непрерывный процесс для RDX с использованием смеси нитрата аммония и азотной кислоты в качестве нитрующего агента в среде уксусной кислоты и уксусного ангидрида. RDX имел решающее значение для военных усилий, а текущий процесс серийного производства был слишком медленным. В феврале 1942 года TEC начала производить небольшие количества RDX на своем пилотном заводе Wexler Bend, что привело к тому, что правительство США разрешило TEC спроектировать и построить Holston Ordnance Works (HOW) в июне 1942 года. К апрелю 1943 года RDX уже производился там. [48] В конце 1944 года завод в Холстоне и артиллерийский завод Уобаш-Ривер , использовавшие процесс Вулвича, производили 25 000 коротких тонн (23 000 т) (50 миллионов фунтов) состава B в месяц. [49]
Процесс Бахмана дает как RDX, так и HMX , причем основной продукт определяется конкретными условиями реакции. [50]
Намерением Соединенного Королевства во Второй мировой войне было использование «десенсибилизированного» гексогена. В первоначальном процессе Вулвича гексоген флегматизировался пчелиным воском, но позже использовался парафиновый воск , основанный на работе, проведенной в Брюсетоне. В случае, если Великобритания не могла получить достаточно гексогена для удовлетворения своих потребностей, часть дефицита покрывалась заменой на аматол , смесь аммиачной селитры и тротила. [39]
Карл Дёниц , как известно, утверждал, что «самолет не может убить подводную лодку, как ворона не может убить крота » . [51] Тем не менее, к маю 1942 года бомбардировщики Веллингтона начали использовать глубинные бомбы, содержащие Torpex , смесь гексогена, тротила и алюминия, которая имела на 50 процентов большую разрушительную силу, чем глубинные бомбы, наполненные тротилом. [51] Значительные количества смеси гексогена и тротила были произведены на заводе Holston Ordnance Works, а Tennessee Eastman разработала автоматизированный процесс смешивания и охлаждения, основанный на использовании конвейерных лент из нержавеющей стали . [52]
Бомба Semtex была использована при взрыве рейса 103 авиакомпании Pan Am (также известного как Локерби) в 1988 году. [53] Пояс с 700 г (1,5 фунта) взрывчатки RDX, спрятанный под платьем убийцы, был использован при убийстве бывшего премьер-министра Индии Раджива Ганди в 1991 году. [54] Во время взрывов в Бомбее в 1993 году в качестве бомб использовался RDX, помещенный в несколько транспортных средств. RDX был основным компонентом, использованным при взрывах поездов в Мумбаи в 2006 году и взрывах в Джайпуре в 2008 году. [55] [56] Также считается, что это взрывчатое вещество использовалось при взрывах в московском метро в 2010 году . [57]
Следы гексогена были обнаружены на обломках бомб, взорванных в жилых домах в России в 1999 году [58] [59] и на бомбах, взорванных в российских самолетах в 2004 году . [60] В отчетах ФСБ о бомбах, использованных при взрывах жилых домов в 1999 году, указано, что, хотя гексоген не был частью основного заряда, каждая бомба содержала пластическое взрывчатое вещество, используемое в качестве усилительного заряда . [61] [62]
Ахмед Рессам , террорист тысячелетия из Аль-Каиды , использовал небольшое количество гексогена в качестве одного из компонентов бомбы, которую он подготовил для взрыва в международном аэропорту Лос-Анджелеса в канун Нового года 1999–2000; бомба могла произвести взрыв в сорок раз более мощный, чем разрушительная автомобильная бомба . [63] [64]
В июле 2012 года правительство Кении арестовало двух граждан Ирана и предъявило им обвинение в незаконном хранении 15 килограммов (33 фунта) гексогена. По данным кенийской полиции , иранцы планировали использовать гексоген для «атак на цели в Израиле, США, Великобритании и Саудовской Аравии». [65]
Гексоген использовался при убийстве премьер-министра Ливана Рафика Харири 14 февраля 2005 года. [66]
В 2019 году в индийском городе Пулвама боевики группировки «Джаиш-и-Мохаммед» использовали 250 кг высокосортного гексогена . В результате атаки погибли 44 сотрудника Центральных резервных полицейских сил (CRPF), а также сам нападавший. [67]
Два письма-бомбы, отправленные журналистам в Эквадоре, были замаскированы под USB-флеш-накопители , содержащие гексоген, который взрывался при подключении. [68]
Гексоген имеет высокое содержание азота и высокое соотношение кислорода к углероду (соотношение O:C), оба эти фактора указывают на его взрывоопасный потенциал в плане образования N 2 и CO 2 .
В замкнутом пространстве и при определенных обстоятельствах гексоген подвергается переходу от горения к детонации (ДДТ). [69]
Скорость детонации гексогена при плотности 1,80 г/см3 составляет 8750 м/с. [70]
Он начинает разлагаться примерно при 170 °C и плавится при 204 °C. При комнатной температуре он очень стабилен. Он горит, а не взрывается. Он детонирует только с детонатором , будучи неуязвимым даже для огня стрелкового оружия . Это свойство делает его полезным военным взрывчатым веществом. Он менее чувствителен, чем тетранитрат пентаэритрита ( PETN ). При нормальных условиях RDX имеет показатель нечувствительности ровно 80 (RDX определяет точку отсчета). [71]
RDX сублимируется в вакууме , что ограничивает или исключает его использование в некоторых приложениях. [72]
При взрыве в воздухе гексоген имеет примерно в 1,5 раза большую взрывную энергию, чем тротил на единицу веса и примерно в 2,0 раза большую на единицу объема. [52] [73]
Гексоген нерастворим в воде, растворимость составляет 0,05975 г/л при температуре 25 °C. [74]
Токсичность этого вещества изучалась в течение многих лет. [75] RDX вызывал судороги (припадки) у военнослужащих, принимавших его внутрь, и у рабочих , вдыхавших его пыль во время производства. По крайней мере один смертельный случай был приписан токсичности RDX на европейском заводе по производству боеприпасов. [76]
Во время войны во Вьетнаме не менее 40 американских солдат были госпитализированы с отравлением составом C-4 (который на 91% состоит из гексогена) с декабря 1968 по декабрь 1969 года. C-4 часто использовался солдатами в качестве топлива для разогрева пищи, и пища обычно смешивалась тем же ножом, который использовался для резки C-4 на мелкие кусочки перед сжиганием. Солдаты подвергались воздействию C-4 либо из-за вдыхания паров, либо из-за приема внутрь, что стало возможным из-за множества мелких частиц, прилипших к ножу и попавших в приготовленную пищу. Симптомокомплекс включал тошноту, рвоту, генерализованные припадки и длительную постиктальную спутанность сознания и амнезию, что указывало на токсическую энцефалопатию . [77]
Пероральная токсичность RDX зависит от его физической формы; у крыс было обнаружено, что LD50 составляет 100 мг/кг для тонко измельченного RDX и 300 мг/кг для грубого гранулированного RDX. [76] Сообщалось о случае госпитализации ребенка в состоянии эпилептического припадка после приема внутрь дозы RDX в 84,82 мг/кг (или 1,23 г для массы тела пациента 14,5 кг) в форме «пластиковой взрывчатки». [78]
Вещество имеет низкую или среднюю токсичность с возможной классификацией канцерогена для человека. [79] [80] [81] Однако продолжаются дальнейшие исследования, и эта классификация может быть пересмотрена Агентством по охране окружающей среды США (EPA). [82] [83] Очистка воды, загрязненной RDX, оказалась успешной. [84] Известно, что он является почечным токсином для людей и высокотоксичен для дождевых червей и растений, поэтому армейские испытательные полигоны, где RDX использовался в больших количествах, могут нуждаться в экологической реабилитации. [85] Обеспокоенность была высказана в исследовании, опубликованном в конце 2017 года, указывающем на то, что эта проблема не была правильно решена должностными лицами США. [86]
RDX использовался в качестве родентицида из-за его токсичности. [87]
Гексоген разлагается организмами в осадках сточных вод , а также грибком Phanaerocheate chrysosporium . [88] Как дикие, так и трансгенные растения могут фиторемедиировать взрывчатые вещества из почвы и воды. [89] [90]
FOX-7 считается примерно 1 к 1 заменой RDX почти во всех приложениях. [91] [92]