minhbao171
Pearl
Thuốc súng đen – loại thuốc súng hoàn toàn khác với các loại bột không khói hiện tại – hiện không còn được sử dụng trong vũ khí hiện đại ngày nay. Mặc dù vậy, thuốc súng đã từng rất hữu dụng trong các loại vũ khí cổ xưa và vẫn còn được sử dụng trong sản xuất pháo hoa và các loại pháo sáng khác.
Các nhà khoa học sử dụng một khẩu súng thần công từ thế kỷ thứ 15 để thử nghiệm thuốc súng (Ảnh: Enlarge)
Một nhóm các nhà hóa học và sử học mong muốn nghiên cứu sâu hơn về các công thức thuốc súng. Những công thức này đã được phát triển qua hàng thế kỷ bởi các chuyên gia về thuốc súng bằng cách chỉnh sửa từng thành phần cơ bản để mang lại hiệu quả tốt hơn. Các nhà nghiên cứu đã mô tả lại những phát hiện trong bài đăng trên Tạp chí ACS Omega. Thậm chí, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm một số công thức bằng cách sử dụng một khẩu súng thần công từ thế kỷ 15 tại trường bắn West Point – tất nhiên là vì khoa học thôi nhé (không phải vì nó vui đâu).
Về mặt hóa học, thuốc súng, hay bột đen, khá đơn giản. Đây là một hỗn hợp gồm lưu huỳnh và than (carbon) đóng vai trò là nhiên liệu, cùng với kali nitrat (KNO3), một chất oxi hóa còn được gọi là diêm tiêu. Thuốc súng được sử dụng lần đầu trong chiến tranh vào khoảng năm 904 ở Trung Quốc, đến cuối thế kỷ 13, nó đã được sử dụng rộng rãi trên khắp Châu Á và Châu Âu. Công thức thuốc súng hiện đại chứa 75% diêm tiêu, 15% than và 10% lưu huỳnh. Nhưng các bậc thầy thuốc súng đã tạo ra nhiều công thức khác nhau trong nhiều thế kỷ, nhiều công thức có chứa các chất phụ gia như long não, dầu bóng hoặc rượu mạnh – nhưng mục đích để làm gì thì vẫn chưa được biết đến.
Cuối thế kỷ 14, các nhà sản xuất đã phát hiện ra một phương pháp giúp cải thiện hiệu quả của thuốc súng là quy trình nghiền ướt có tên “corning”. Một số loại chất lỏng (thường là rượu chưng cất) sẽ được thêm vào khi các thành phần đang được nghiền với nhau để tạo ra một hỗn hợp nhão. Hỗn hợp này sẽ được vo thành từng viên tròn và phơi khô. Sau đó, các viên thuốc súng sẽ được xạ thủ nghiền trong một chiếc cối ngay tại chiến trường trước khi bắn.
Trong suốt thế kỷ 15, hỗn hợp thuốc súng khô được sử dụng phổ biến ở Châu Âu. Quy trình thông thường là nghiền các nguyên liệu thành phần bằng cối và chày, và quá trình nghiền đến khi thành bột mịn có thể mất đến 24 giờ. Bột thuốc súng càng mịn, hạt càng nhỏ thì nó đốt cháy càng nhanh và hiệu quả càng cao.
Đầu tiên, các nhà khoa học xác định hơn 20 công thức khác nhau được ghi lại từ thời Trung cổ, từ năm 1336 đến năm 1449 sau Công nguyên, và dựa vào đó để tạo ra các mẫu thuốc súng. Riegner và các cộng sự đã thử cả hai loại thuốc súng khô và ướt bằng cách sử dụng bom nhiệt lượng (máy phân tích nhiệt lượng) để ghi lại nhiệt độ tương đối trong quá trình đốt cháy và phản ứng. Họ sử dụng máy quét nhiệt lượng vi sai để đo quá trình đốt cháy sớm và tốc độ lan của quá trình đốt cháy, cũng như phân tích dư lượng thuốc súng của mỗi công thức để xác định độ hiệu quả. Nhóm cũng so sánh các phương pháp chuẩn bị mẫu khác nhau, độ hiệu quả của các công thức có và không có phụ gia, cũng như thử nghiệm tầm bắn với một khẩu súng thần công “hàng xịn”.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng từ năm 1338 đến năm 1400, công thức thuốc súng có sự gia tăng tỉ lệ thành phần của diêm tiêu và giảm lượng than. Sự thay đổi này có thể khiến nhiệt lượng đốt cháy giảm đi, nhưng lại tăng độ an toàn cho binh lính trên chiến trường. Sau năm 1400, các tay súng tiếp tục tinh chỉnh tỉ lệ của các thành phần cơ bản, như giảm nhẹ lượng diêm tiêu và tăng lượng lưu huỳnh và than một chút, có lẽ là để tìm ra điểm cân bằng giữa độ an toàn và nhiệt lượng đốt cháy.
Đối với các chất phụ gia, hầu hết chất phụ gia không làm tăng đáng kể lượng năng lượng tạo ra, ngoài trừ long não và amoni clorua. Nhóm tác giả cho rằng việc sử dụng nước hoặc rượu trong quá trình sản xuất có thể có mục đích riêng nào đó và họ sẽ cần phải nghiên cứu sâu hơn để tìm ra điều đó.
“Chúng ta thấy được sự phát triển rất rõ ràng của các chuyên gia súng ống thời Trung cổ, ít nhất là ở một số khía cạnh. Họ có hiểu biết về các yếu tố ảnh hưởng đến lượng năng lượng tạo ra từ thuốc súng, trong đó có độ tinh khiết của nguyên liệu, loại than, độ mịn và phương pháp trộn. Ví dụ, họ hiểu rằng đạn được bắn ra bằng áp lực khí, không phải do ngọn lửa, hay than từ cây liễu được tạo ra trong thùng kín có chất lượng tốt hơn than gỗ sồi làm bằng phương pháp truyền thống”, nhóm tác giả cho biết.
Tuy nhiên, Riegner và các cộng sự cũng nhấn mạnh rằng quá trình phát triển để tìm ra tỉ lệ nguyên liệu lý tưởng diễn ra khá chậm, đôi lúc còn đi thụt lùi. Nhóm nghiên cứu cho rằng nguyên nhân là do các khẩu súng có sự thay đổi về đặc điểm vật lý trong cùng thời kỳ (như kích thước nòng, loại súng và cách sử dụng thuốc súng)
Theo các nhà nghiên cứu, họ sẽ cần phải nghiên cứu thêm để xác định đâu là công thức thuốc súng tốt nhất theo từng bối cảnh lịch sử cụ thể. Các nhà khoa học dự định tiến hành nghiên cứu sâu hơn với các kỹ thuật khác để giúp họ so sánh diện tích bề mặt và không gian giữa nguyên liệu trong các công thức khác nhau. Nghiên cứu sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các phương pháp chế tạo thuốc súng thời Trung cổ, đặc biệt là phương pháp “corning”.
Theo arsTechnica
Một nhóm các nhà hóa học và sử học mong muốn nghiên cứu sâu hơn về các công thức thuốc súng. Những công thức này đã được phát triển qua hàng thế kỷ bởi các chuyên gia về thuốc súng bằng cách chỉnh sửa từng thành phần cơ bản để mang lại hiệu quả tốt hơn. Các nhà nghiên cứu đã mô tả lại những phát hiện trong bài đăng trên Tạp chí ACS Omega. Thậm chí, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm một số công thức bằng cách sử dụng một khẩu súng thần công từ thế kỷ 15 tại trường bắn West Point – tất nhiên là vì khoa học thôi nhé (không phải vì nó vui đâu).
Về mặt hóa học, thuốc súng, hay bột đen, khá đơn giản. Đây là một hỗn hợp gồm lưu huỳnh và than (carbon) đóng vai trò là nhiên liệu, cùng với kali nitrat (KNO3), một chất oxi hóa còn được gọi là diêm tiêu. Thuốc súng được sử dụng lần đầu trong chiến tranh vào khoảng năm 904 ở Trung Quốc, đến cuối thế kỷ 13, nó đã được sử dụng rộng rãi trên khắp Châu Á và Châu Âu. Công thức thuốc súng hiện đại chứa 75% diêm tiêu, 15% than và 10% lưu huỳnh. Nhưng các bậc thầy thuốc súng đã tạo ra nhiều công thức khác nhau trong nhiều thế kỷ, nhiều công thức có chứa các chất phụ gia như long não, dầu bóng hoặc rượu mạnh – nhưng mục đích để làm gì thì vẫn chưa được biết đến.
Cuối thế kỷ 14, các nhà sản xuất đã phát hiện ra một phương pháp giúp cải thiện hiệu quả của thuốc súng là quy trình nghiền ướt có tên “corning”. Một số loại chất lỏng (thường là rượu chưng cất) sẽ được thêm vào khi các thành phần đang được nghiền với nhau để tạo ra một hỗn hợp nhão. Hỗn hợp này sẽ được vo thành từng viên tròn và phơi khô. Sau đó, các viên thuốc súng sẽ được xạ thủ nghiền trong một chiếc cối ngay tại chiến trường trước khi bắn.
Trong suốt thế kỷ 15, hỗn hợp thuốc súng khô được sử dụng phổ biến ở Châu Âu. Quy trình thông thường là nghiền các nguyên liệu thành phần bằng cối và chày, và quá trình nghiền đến khi thành bột mịn có thể mất đến 24 giờ. Bột thuốc súng càng mịn, hạt càng nhỏ thì nó đốt cháy càng nhanh và hiệu quả càng cao.
Chúng ta đang nói về công thức thuốc súng, không phải đồ ăn
Hai đồng tác giả nghiên cứu, là nhà hóa học Dawn Riegner và nhà sử học Clifford Rogers tại Học viện Quân sự Hoa Kỳ (West Point), đã quyết định phân tích lượng năng lượng giải phóng ngay trước và trong quá trình đốt cháy các loại thuốc súng có công thức khác nhau từ thời Trung cổ. Cùng với các đồng tác giả khác, hai nhà nghiên cứu hy vọng họ sẽ hiểu hơn về mục đích đằng sau việc tạo ra nhiều loại công thức thuốc súng khác nhau và hiểu sâu hơn về kỹ thuật chế tạo thuốc súng thời kỳ đầu.Đầu tiên, các nhà khoa học xác định hơn 20 công thức khác nhau được ghi lại từ thời Trung cổ, từ năm 1336 đến năm 1449 sau Công nguyên, và dựa vào đó để tạo ra các mẫu thuốc súng. Riegner và các cộng sự đã thử cả hai loại thuốc súng khô và ướt bằng cách sử dụng bom nhiệt lượng (máy phân tích nhiệt lượng) để ghi lại nhiệt độ tương đối trong quá trình đốt cháy và phản ứng. Họ sử dụng máy quét nhiệt lượng vi sai để đo quá trình đốt cháy sớm và tốc độ lan của quá trình đốt cháy, cũng như phân tích dư lượng thuốc súng của mỗi công thức để xác định độ hiệu quả. Nhóm cũng so sánh các phương pháp chuẩn bị mẫu khác nhau, độ hiệu quả của các công thức có và không có phụ gia, cũng như thử nghiệm tầm bắn với một khẩu súng thần công “hàng xịn”.
“Tìm ra công thức an toàn là cần thiết”
“Có ý kiến cho rằng lý do công thức thuốc súng thay đổi theo thời gian là để chúng trở nên an toàn hơn cho các binh sĩ thời Trung cổ, hoặc để chúng không gây tổn hại đến những khẩu súng thần công”, nhóm tác giả viết. Trên thực tế, hai công thức lâu đời nhất được nhóm kiểm nghiệm cho ra lượng nhiệt đốt cháy lớn nhất và điều này ủng hộ cho giả thiết nói trên. “Các tay súng có lẽ đã ngừng sử dụng những công thức này vì chúng tạo ra nhiệt động lực quá cao”, nhóm tác giả cho biết thêm.Đối với các chất phụ gia, hầu hết chất phụ gia không làm tăng đáng kể lượng năng lượng tạo ra, ngoài trừ long não và amoni clorua. Nhóm tác giả cho rằng việc sử dụng nước hoặc rượu trong quá trình sản xuất có thể có mục đích riêng nào đó và họ sẽ cần phải nghiên cứu sâu hơn để tìm ra điều đó.
“Chúng ta thấy được sự phát triển rất rõ ràng của các chuyên gia súng ống thời Trung cổ, ít nhất là ở một số khía cạnh. Họ có hiểu biết về các yếu tố ảnh hưởng đến lượng năng lượng tạo ra từ thuốc súng, trong đó có độ tinh khiết của nguyên liệu, loại than, độ mịn và phương pháp trộn. Ví dụ, họ hiểu rằng đạn được bắn ra bằng áp lực khí, không phải do ngọn lửa, hay than từ cây liễu được tạo ra trong thùng kín có chất lượng tốt hơn than gỗ sồi làm bằng phương pháp truyền thống”, nhóm tác giả cho biết.
Tuy nhiên, Riegner và các cộng sự cũng nhấn mạnh rằng quá trình phát triển để tìm ra tỉ lệ nguyên liệu lý tưởng diễn ra khá chậm, đôi lúc còn đi thụt lùi. Nhóm nghiên cứu cho rằng nguyên nhân là do các khẩu súng có sự thay đổi về đặc điểm vật lý trong cùng thời kỳ (như kích thước nòng, loại súng và cách sử dụng thuốc súng)
Theo các nhà nghiên cứu, họ sẽ cần phải nghiên cứu thêm để xác định đâu là công thức thuốc súng tốt nhất theo từng bối cảnh lịch sử cụ thể. Các nhà khoa học dự định tiến hành nghiên cứu sâu hơn với các kỹ thuật khác để giúp họ so sánh diện tích bề mặt và không gian giữa nguyên liệu trong các công thức khác nhau. Nghiên cứu sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các phương pháp chế tạo thuốc súng thời Trung cổ, đặc biệt là phương pháp “corning”.
Theo arsTechnica
