エアバッグ：「爆発」は命を救うことができるのか？

著者: 薛斌

爆発について考えるとき、人々は危険な状況、あるいは生命を脅かす状況を思い浮かべることが多いです。しかし、どんなコインにも表と裏がある。爆発性化学物質は適切に使用すれば、人類に利益をもたらすこともできます。例えば、自動車のエアバッグの作動過程は「人命救助爆発」と呼ばれています。

交通事故から得たインスピレーション

自動車がもたらした効率性と利便性は人々の生活様式を変えました。しかし、自動車のパワーやスピードの向上、高速道路の普及に伴い、交通安全事故はますます頻繁に発生しています。この点では、自動車事故が発生したときに人身傷害を減らす方法を考慮する必要があります。

1950年代、アメリカのエンジニア、ジョン・W・ヘトリックは、自動車事故を経験した後、自動車が衝突されたときに発生する巨大な衝撃力によって運転手と乗客に与えられるダメージを軽減するために、自動車にエアバッグを取り付けるというアイデアを思いつきました。当時彼が提案した解決策は、圧縮空気を緩衝材として利用する、つまり圧縮空気を充填したシリンダーを車に設置し、自動車事故が発生したときにその空気をエアバッグに放出してクッションとして機能させるというものでした。

しかし、このエアバッグの欠陥は明らかです。圧縮空気シリンダーはスペースを占有し、車の重量を増加させるだけでなく、爆発の危険性ももたらします。さらに重要なのは、圧縮された空気をすぐに放出できないことです。

スペースを取らず、激しい衝突が発生したときにのみ膨らむエアバッグはありますか?

爆発ファミリーの「少しだけ温和な」メンバー

調査の結果、自動車エンジニアたちは化学物質のアジ化ナトリウム (NaN3) に注目しました。アジ化ナトリウムは、正に帯電したナトリウムイオンと負に帯電したアジ化物イオンから構成されるアジ化塩です。そのうち、アジ化物イオンは、3つの窒素原子が鎖状につながって、まるで人が積み重なったような構造をしているため、「アジド」と名付けられました。アジ化塩には共通点が 1 つあります。それは、性質が激しいことです。熱、衝撃、強い光などの刺激を受けると爆発しやすく、窒素や金属に変化します。

アジ化ナトリウムは白色の結晶固体です。これはアジ化塩の中では「やや性質がよい」メンバーであり、比較的安定しています。制御された条件下では金属ナトリウムと窒素に分解できるため、エアバッグの起爆物質として選ばれました。統計によると、平均的な車には300グラムのアジ化ナトリウムが搭載されており、エアバッグを満たすのに十分な155リットルの窒素を放出する可能性があります。

しかし、窒素は無害なガスですが、金属ナトリウムは非常に反応性が高いです。特に水に触れると激しい化学反応を起こし、腐食性の水酸化ナトリウムを生成し、車内の人に二次被害を与える可能性があります。この問題を解決するために、技術者はアジ化ナトリウムに硝酸カリウムと二酸化ケイ素を加えました。アジ化ナトリウムの爆発分解により生成された金属ナトリウムは、硝酸カリウムおよび二酸化ケイ素と化学反応を起こし、安全で無害なケイ酸ナトリウムおよびケイ酸カリウムを生成するため、エアバッグの安全性が向上します。

さらに、エアバッグシステムには、衝突センサー、制御システム、点火要素、ナイロンエアバッグなどの部品も含まれます。通常、エアバッグ全体は折りたたまれた状態でステアリングホイールのライニングと副操縦席の反対側のダッシュボード内に配置されます。一部の車両には、ルーフ、ドア、シートなどにエアバッグが組み込まれています。

あなたの命を救う0.03秒

アジ化ナトリウムを含むエアバッグシステムはどのように機能するのでしょうか?

事故が発生すると、車両前部の左右端にある衝突センサーが車両の失速状態を感知し、制御システムを通じて電気信号を送信します。点火要素は送信された電気信号を受信すると、電気加熱プログラムを開始し、その中のアジ化ナトリウムは加熱されてわずか0.03秒で爆発します。

爆発後に放出された窒素はすぐに膨張して充填され、折りたたまれたエアバッグを排出し、ハンドル、ダッシュボード、運転手、助手席の乗員を塞ぎます。それだけでなく、エアバッグには小さな孔があり、エアバッグ内の窒素を徐々に放出することで、人の活動に影響を与えることなく、クッションの役割を十分に果たすことができます。

研究によると、自動車事故の際にエアバッグが正しく使用されれば、運転手の死亡率は29％、乗客の死亡率は32％減少する可能性があるという。まさに「爆発は人命を救う」と言えるでしょう！

自動車のエアバッグシステムは多くの改良を経て、最終的には激しい化学反応を巧みに利用することで効果的な安全保護を実現しました。それは科学技術が人類にもたらした恩恵の縮図です。もしあなたが自動車エンジニアだったら、すべての人を守るためにどんなシステムを発明しますか?

（著者所属：上海海洋大学）

担当編集：胡慧文