Untersuchungen zu Reaktionsprodukten und deren Ausbreitung von pyrotechnischer Munition

Die Auswirkungen freigesetzter gasförmiger und fester Reaktionsprodukte durch den Einsatz von Munition auf unsere Umwelt und die Gesundheit des Anwenders gewinnen immer größere Bedeutung. Dabei ist über die Art der Freisetzung und die Menge der freigesetzten Reaktionsprodukte bei den meisten Munitionstypen wenig bekannt. Deshalb wurde am Fraunhofer ICT eine Methodik entwickelt und validiert, die eine Prognose der Ausbreitung und Belastung durch feste und gasförmige Reaktionsprodukte von Munition in beliebigen Einsatzszenarien ermöglicht.
Dazu wurde ein experimentelles Vorgehen entwickelt, um die gasförmigen und festen Reaktionsprodukte quantitativ nach Zusammensetzung und Eigenschaften zu ermitteln. Hierzu ist für den verwendeten Munitionstyp ein geeignetes geschlossenes Volumen notwendig, in dem er zur Umsetzung gebracht werden kann. Die gasförmigen Produkte werden mittels Gaschromatografie analysiert. Die kondensierten Produkte werden hinsichtlich Partikelgröße und chemischer Zusammensetzung mittels Röntgendiffraktometrie, energiedispersiver Röntgenspektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Laserbeugung charakterisiert. Die experimentellen Arbeiten werden durch thermodynamische Berechnungen ergänzt, die ebenfalls die Produktzusammensetzung und deren Mengen liefern.
Die Ausbreitung der Schwadengase wird durch Versuche im Freifeld charakterisiert. Dabei wird die Munition umgesetzt und die Ausbreitung der Schwadengase mittels Hochgeschwindigkeitskameras erfasst. Eine entsprechende tomographische Auswertung des Bildmaterials liefert das Volumen und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwadenwolken direkt nach der Umsetzung und dienen als Startbedingung für anschließende Simulationen. Anschließend wird ein fluiddynamischer Simulationscode genutzt, um die Ausbreitung des Schwadengase und der Reaktionsprodukte in unterschiedlichsten Umgebungen zu berechnen. Dabei können Einflüsse durch Objekte und Zustände wie der baulichen Gegebenheiten oder der Belüftungssituation berücksichtigt werden. Mit Hilfe dieser Simulationen können die räumliche und zeitliche Überschreitung bestimmter Grenzwerte für einzelne gasförmige oder kondensierte Produktspezies ermittelt werden, ohne aufwendige Experimente. Informationen aus der Gefahrstoffdatenbank GESTIS bzw. Arbeitsplatzgrenzwerten nach der Technischen Regel für Gefahrstoffe TRGS 900 dienen als Richtwert für die Gefährdungsabschätzung. Ebenso können die Deposition kondensierter Reaktionsprodukte am Boden und an den Wänden für einzelne Spezies prognostiziert werden.