TNT-Äquivalent ist eine nicht SI-konforme, aber weiterhin gebräuchliche Maßeinheit für die bei einer Explosion freiwerdende Energie.
Die Angabe bezieht sich auf die gesamte freiwerdende Energie, nicht nur auf die kinetische Energie, die zum Beispiel bei Kernwaffen deutlich geringer als die Gesamtenergie sein kann. Deswegen ist die Sprengkraft nur bedingt mit der einer entsprechenden Menge des Sprengstoffs TNT vergleichbar.
Physikalische Einheit | |
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Einheitenname | TNT-Äquivalent |
Physikalische Größen | Energie, innere Energie, chemische Energie |
Formelzeichen | |
Dimension | |
In SI-Einheiten | 1 kgTNT = 4,184 MJ 1 kT = 4,184 TJ |
Abgeleitet von | Energiefreisetzung eines Kilogramms TNT |
TNT-Äquivalent wird zur Angabe der Sprengkraft von militärischen Waffen, industriellen Sprengstoffen sowie anderen Sprengkörpern verwendet, oder auch allgemein für die plötzliche (explosive) Freisetzung von Energie, z. B. durch Meteoriteneinschläge. Vereinfachend wird manchmal nur die äquivalente Masse („Sprengkraft zwei Kilotonnen“) genannt.
Zur Zeit der Definition wurde noch nicht mit Joule (J), sondern mit thermochemischen Kalorien (cal) gerechnet. TNT hat eine molare Masse von 227,1 g/mol und setzt eine Energie von ca. 1047 kJ/mol (ca. 250 kcal/mol) frei. Daraus ergibt sich eine Energiedichte von etwa 4,6 MJ/kg (ca. 1100 kcal/kg). Um eine „glatte“ Einheit zu haben, wurde 1000 kcal/kg als Basis genommen. Für das Energie-Äquivalent einer Kilotonne TNT ergibt sich dann:
Neben Kilotonnen (kT) werden auch Megatonnen (MT) und Gigatonnen (GT) als Einheiten verwendet. Um Verwechslungen mit Massen zu vermeiden, werden die TNT-Äquivalents-Einheiten häufig mit großem T geschrieben, also „MT“ statt „Mt“. Es existiert jedoch kein verbindlicher Standard.
Die Aufstellung einer Energiebilanz für einen Vulkanausbruch ist aus zwei Gründen mit Unsicherheiten behaftet: Erstens stehen etablierte Modelle hauptsächlich zur Berechnung der thermischen Energie des eruptierten Magmas zur Verfügung, während der Anteil der kinetischen Energie nur sehr grob abgeschätzt werden kann. Zweitens kann der Anteil der kinetischen Energie je nach Explosivität des Ausbruchs stark schwanken und ist für effusive Ausbrüche vernachlässigbar, während er für extrem explosive Ausbrüche den Betrag der thermischen Energie noch übersteigen soll.
Der Ausbruch von Krakatau im Jahr 1883 setzte je nach Quelle 130 MT oder 200–2000 MT TNT-Äquivalent frei.
Die Tambora-Eruption von 1815 ist mit 30 GT TNT-Äquivalent die größte in geschichtlicher Zeit beobachtete explosive Eruption. Allerdings wird sie bezüglich der Energiefreisetzung von der größten effusiven Eruption in geschichtlicher Zeit, nämlich dem Ausbruch der Laki-Spalte auf Island in den Jahren 1783–1784 mit umgerechnet rund 120 GT, noch übertroffen.
Die kinetische Energie eines kosmischen Körpers, die beim Einschlag freigesetzt wird, hängt von seiner Masse und Geschwindigkeit ab, während der Ort der Freisetzung auch von der Größe und dem Eintrittswinkel in die Erdatmosphäre abhängt: Kleinere Körper können dabei sehr effektiv abgebremst werden, so dass der Hauptanteil der Energie in Form eines Airburst in der Atmosphäre freigesetzt wird, dessen Druckwelle dann für die Schadenswirkung des Falles verantwortlich ist. Eine Kraterbildung muss dabei nicht eintreten. Eine solche Druckwelle wurde beim Meteor von Tscheljabinsk beobachtet, und dieser Effekt wird auch für die Schäden an der Erdoberfläche beim Tunguska-Ereignis diskutiert, wobei die freigesetzte Energie hier etwa 15 MT betragen haben soll.
Größere oder massereichere Objekte werden weniger effektiv abgebremst, und die kinetische Energie wird weitgehend an der Erdoberfläche freigesetzt. Geht man näherungsweise davon aus, dass der beim Einschlag erzeugte Krater etwa den zwanzigfachen Durchmesser des einschlagenden Körpers aufweist, so ergeben sich für kleinere Krater mit ca. 1 km Durchmesser (z. B. Barringer-Krater, Wolfe Creek) Größenordnungen von 10–15 MT. Für das Nördlinger Ries (20 km Durchmesser) bewegt man sich im Bereich von ca. 87 GT. Die größten Impaktkrater der Erde (Vredefort-Krater, Sudbury-Becken, Chicxulub-Krater) erreichen 150–200 km Durchmesser; die berechneten Energien liegen im mehrstelligen Teratonnen-Bereich.
Holz hat die vierfache Energiedichte von TNT. Dennoch ist seine „Sprengkraft“ gering, da die Leistung, also die Energiefreisetzung pro Zeit, im Vergleich zu typischen Explosivstoffen sehr klein ist. Korrekturfaktoren berücksichtigen die Brisanz unterschiedlicher Sprengstoffe. Die Werte erhält man durch den Vergleich der Druckwellen oder Impulswellen, die die Sprengstoffe im Vergleich zu TNT erzeugen. Für Holz ergäbe sich ein Vergleichswert nahe 0.
Schwarzpulver | 0,25…0,4 | Torpex | 1,3 | |
Ammoniumnitrat | 0,5 | C4 | 1,35 | |
Dynamit, Ballistit, Kordit | 0,8 | RDX/Cyclonit/Hexogen | 1,5 | |
Amatol | 0,85 | Semtex | 1,6 | |
TNT | 1,0 | PETN/Nitropenta | 1,7 | |
HMX | 1,1 | HNIW/CL-20 | 1,9 | |
NGL | 1,2 | ONC | 2,1 | |
HMTD | 1,25 | Chloratsprengstoffe | 0,8…1,0Anm. |
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