Emission of gas and dust from small arms

Abstract

The background for this investigation is the health related problems experienced by some units of the Norwegian Armed Forces after the introduction of so-called “non-leaded” ammunition for small arms. These problems were relatively rare, but still they created a major problem for those persons and the units involved. The health problems correspond to symptoms typical for metal fever. The symptoms experienced were nausea, sore throat, joint pains, headache, flu symptoms, dizziness, chills, light fever, laxity, etc. The user of the weapon would typically experience the problems a few hours after finishing the firing. The symptoms lasted for some hours, but would then cease without leaving any long term effects. Usually the user was quite fit on the morning after the firing. Metal fever would indicate that the reason for the problems is the metallic content in the dust that is emitted from the weapon. However, it could not be excluded that some gases in the propellant combustion products could contribute to the problems. Thus, both metals and a few poisonous gases were subject to analyses. The compounds emitted from the weapon are not exclusively coming from the muzzle. Some gas and dust may also be emitted through the chamber opening and the reloading mechanism in an automatic or semiautomatic weapon. This report is a documentation of those tests in the program that can be rated as unclassified. Thus, only tests with commercially available ammunition are mentioned here. In addition, some tests on unqualified and experimental ammunition were also made. These tests eventually led to the development of modified ammunition, which significantly reduced the rate of emission. These results are documented in a classified Norwegian report. This unclassified report is made for the ERM project (Environmentally Responsible Munitions) of the European Defence Agency.

Denne rapporten er en dokumentasjon av de støv- og avgassmålinger som ble gjort i forbindelse med prosjekt 1204 Ny miljøammunisjon. Bakgrunnen for dette prosjektet var de problemene som var oppstått ved bruk av den blyfrie 5,56 mm ammunisjonen NM229 i form av helseplager blant brukerne. Alle målingene ble gjort i en dertil laget beholder som fanger opp alle gasser og alt støv som kommer ut av våpenet, det vil si fra munning, fra det gassdrevne ladesystemet og fra utkasteråpningen. De gassene som ble målt, var kullos/karbonmonoksid (CO), ammoniakk (NH3) og blåsyregass/hydrogencyanid (HCN). Disse tre gassene, som alle har en viss giftighet, ble ansett som de alvorligste. Andre gasser slippes også ut, men er enten ufarlige eller antas å finnes i ubetydelige mengder. De fleste målingene ble gjort med 5,56 mm kaliber, men det er også gjort en del målinger for 7,62 mm, 9 mm og 4,6 mm. På bakgrunn av disse målingene ble geometrien til ammunisjonen modifisert av NAMMO, og en ny standardammunisjon, kalt NM255, ble innført. Denne ammunisjon har mindre utslipp av NH3 og HCN på grunn av et nytt krutt, og et utslipp av kopper og sink som er kun litt høyere enn utslippet fra tradisjonell blyholdig ammunisjon. Dog er utslippet av kopper fremdeles betydelig, hvilket det også har vært for blyholdig ammunisjon. Det siste kapitlet i rapporten er et bidrag til en forklaringsmodell for utslippet. Her trekkes det sammenligninger mellom utslippet av metall for forskjellige våpen med 5,56 mm kaliber. Løpsprofilen for slike våpen ble målt, og det kan påvises en korrelasjon mellom utslippsmengden og hvor trangt løpet er. Rapporten gir resultatene fra målinger gjort med kommersielt tilgjengelig ammunisjon. Disse og øvrige resultater fra måleseriene er presentert i en gradert FFI-rapport.