Численное моделирование зажигания органических взрывчатых веществ импульсным пучком электронов

• Автор: Иванов, Георгий Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО ИНИЦИИРОВАНИЮ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ПУЧКОМ ЭЛЕКТРОНОВ
1.1. Характеристики органических взрывчатых веществ
1.1.1. Общая характеристика ТЭНа
1.1.2. Общая характеристика гексогена
1.1.3. Общая характеристика октогена
1.1.4. Общая характеристика ТАТЬ
1.2. Инициирование ВВ электронным импульсом
ГЛАВА 2. ТЕПЛОВОЙ МЕХАНИЗМ ЗАЖИГАНИЯ
ОРГАНИЧЕСКИХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ПУЧКОМ
ЭЛЕКТРОНОВ
2.1. Введение
2.2. Постановка задачи
2.3. Оценка эффективной длины пробега электронов в органических взрывчатых веществах
2.4. Критерий зажигания конденсированных взрывчатых веществ коротким электронным импульсом
2.5. Оценка давления плазмы при детонации ТЭНа
2.6. Результаты численных расчетов и их обсуждение
2.7. Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ТЕРМОУПРУГИХ НАПАРЯЖЕНИЙ НА ЗАЖИГАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ИМПУЛЬСНЫМ ПУЧКОМ ЭЛЕКТРОНОВ
3.1. Введение
3.2. Постановка задачи
3.3. Численное моделирование зажигания ТЭНа пучком электронов
3.4. Численное моделирование зажигания гексогена, октогена и
ТАТБ пучком электронов
3.5. Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ИНИЦИИРОВАНИЯ ТЭНА В ОБЛАСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ
ПУЧКА ЭЛЕКТРОНОВ НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
4.1. Введение
4.2. Постановка задачи
4.3. Результаты численных расчетов и их обсуждение
4.4. Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. С созданием первых генераторов импульсных пучков электронов возник интерес к экспериментальному изучению инициирования конденсированных взрывчатых веществ (ВВ) и твердых топлив сильноточными пучками электронов. Первые эксперименты по детонации ВВ импульсными пучками электронов микро и наносекундной длительностями были выполнены для инициирующих (первичных) ВВ, например таких как азиды тяжелых металлов, фульминат ртути, стифнат свинца и тетразен [1-5]. Однако в последнее десятилетие началось интенсивное изучение возможности зажигания и детонации вторичных взрывчатых веществ сильноточными пучками электронов наносекундной длительности. Этот научный интерес возник, во-первых, в связи с возросшими возможностями современной аппаратуры для регистрации и получения информации о быстропротекающих процессах, происходящих в энергетических материалах, таких например, как импульсная люминесценция и акустический сигнал [6-16]. Эти данные необходимы для обоснования механизма инициирования вторичных ВВ импульсным пучком электронов. Во вторых данные исследования необходимы для оценки чувствительности вторичных ВВ к большим потокам электронов, которые образуются, например при поглощении жесткого рентгеновского излучения [14], а также возможностью применения импульсных ускорителей для инициирования энергетических материалов в глубоком вакууме (космосе) [16].
Наиболее интенсивно в данное десятилетие изучалось инициирование тетранитропентаэритрита (ТЭН) сильноточными электронными пучками в научных лабораториях Кемеровского государственного университета, Томского политехнического университета и Санкт-Петербургского государственного университета. Появились первые данные о применении импульсных сильноточных пучков электронов для инициирования фуразанотетразиндиоксида (РТОО) [12] и гексогена [15].

(воск и парафин), авторы делают выводы, что возбудить детонацию в ТЭНе только с помощью импульсного электронного пучка не удается.
В работе [14, 49] проводилось исследование влияния геометрических характеристик образцов и добавок нанопорошков в вещество при инициировании СЭП. Показано, что добавки в высокодисперсное малочувствительное взрывчатое вещество типа БОХ-7 нанопорошка меди с размерами частиц 50-70 нм в количестве (15-20)% от массы заряда резко повышают чувствительность смеси к воздействию высоковольтного электрического разряда и способствуют возбуждению в нем детонации.
Также авторами работы [49] предложена перколяционная модель распространения электрического пробоя в порошковых смесях с нанодисперсными инертными добавками. Добавление в порошкообразное ВВ нанопорошков приводит к образованию каналов с повышенной электропроводностью, по которым проходит электрический разряд. Такие каналы могут быть образованы только контактирующими частицами инертных добавок, и они должны быть достаточно протяженными, чтобы пронизывать по крайней мере межэлектродное пространство. Иными словами, в смеси ВВ с нанопорошком должны возникать перколяционные кластеры, состоящие из контактирующих наночастиц.
В работе [16] авторы привели результаты экспериментов по инициированию воспламенения энергетических составов с широким диапазоном физико-химических параметров сильноточным электронным пучком наносекундной длительности. Показали возможность инициирования таких составов даже при низких энергетических параметрах пучка, при условии, что температура воспламенения состава не превышает 200°С.
Таким образом в настоящее время существует три точки зрения на начало процесса инициирования вторичных ВВ электронным импульсом: развитие экзотермической реакции в канале электрического пробоя [11, 34], тепловой взрыв в области поглощения пучка электронов [9, 17-20,45-47] и факельный механизм совместно с тепловым механизмом в области