Лазерное инициирование бронированного тетранитрата пентаэритрита моноимпульсным излучением

• Автор: Скрипин, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Анализ представлений о лазерном инициировании

взрывчатых веществ

1.1 Накопление экспериментальных данных (50 - 80-е гг.)

1.2 Тепловые гипотезы очагового инициирования (80-е гг.)

1.3 Современные гипотезы лазерного инициирования

2 Инициирование тэна под давлением, превышающим

предел прочности

2.1 Описание и подготовка эксперимента

2.2 Инициирование тэна при различных давлениях прессования

2.3 Обсуждение результатов эксперимента
Выводы по главе 2
3 Инициирование тэна, имеющего различные
коэффициенты поглощения
3.1 Инициирование тэна гармониками неодимового лазера
3.2. Инициирование тэна с поглощающей примесью (УДП сажи)
3.3 Обсуждение результатов эксперимента
Выводы по главе 3
Заключение
Список использованных источников

Введение
Актуальность работы. Лазерное инициирование горения и взрыва является в настоящее время стандартным лабораторным способом подрыва взрывчатых и горючих веществ. С помощью лазерного излучения, благодаря его высокой яркости, можно осуществить подрыв любого ВВ — твердого, жидкого, взрывоопасной газовой смеси.
Несмотря на достаточно долгую историю (первый подрыв ВВ лазерным излучением в СССР был осуществлен в 1966 г. [1]; о зарубежных исследованиях аналогичная информация неизвестна) настоящий способ инициирования не получил пока практического применения. По настоящее время обсуждаются перспективы его реализации в оптоволоконных лазерных детонаторах и системах запуска [2, 3], имеется информация о разработке лазерных систем зажигания в бензиновых и газовых двигателях [4, 5].
Оптоволоконные детонаторы обсуждаются в открытой научной печати более 10 лет [2, 6, 7]. Общие принципы их построения выглядят простыми: лазерное излучение доставляется к заряду ВВ по оптическому волокну и облучает его поверхность сквозь тонкую стеклянную пластину, либо фокусируется микролинзой. С конца 60-х годов разрабатываются и патентуются конструкции детонаторов [8, 9], микролазеров [10], узлов их состыковки [11, 12].
Понятны преимущества таких систем над электрическими. В первую очередь, это отсутствие непосредственного контакта системы подвода энергии со взрывчатым веществом. В электроразрядных и мостиковых детонаторах [13 — 15] существует необходимость погрузить оголенные провода в заряд, после чего осуществить запрессовку и завальцовку изделия. На этом этапе возникает вероятность несанкционированного срабатывания (за счет высокой скорости прессования [16]), излома проводов и выходу системы из строя. Также опасность представляет несанкционированное

срабатывание электродетонатора от наведенных ЭМ помех или статического электричества.
Защита от помех с помощью экранирующих сеток, подбора материала и увеличения толщины изоляции проводов возможна, однако она неизбежно приведет к увеличению массогабаритных характеристик системы. Кроме того нужно учесть, что популярные в настоящее время цифровые схемы управления в большей степени подвержены этим помехам за счет малых размеров элементов и малых управляющих напряжений.
Светодетонаторы принципиально свободны от описанных проблем. Принцип работы оптического волокна — полное внутреннее отражение — исключает возможность улавливания внешних «помех». Кроме того, высокая оптическая прочность современных волокон позволяет передавать плотности потоков »500 кВт/см2. Это позволяет увеличивать быстродействие систем (чем больше энергии сообщено заряду, тем быстрее разовьется взрыв), создавать многоканальные системы инициирования, системы с большим запасом работы по энергиям (устойчивая работа при разъюстировке и даже повреждении оптоволокна).
Сборка светодетонатора (большинство конструкций) подразумевают отдельное производство всесторонне бронированного детонатора с прозрачным входным окном, являющимся защитной пластиной, градиентной линзой или фоконом. Оптическое волокно пристыковывается к входному окну и непосредственно с зарядом ВВ не контактирует.
При всей этой простоте имеются лишь единичные сведения о практической реализации таких систем — военная артиллерия [17, 18], космические стартовые системы [7, 19], и горнодобывающая
промышленность [20]. Причина такого положения, по-видимому, кроется не только в трудоемкости перехода на принципиально новые устройства, но и в отсутствии сведений о быстродействии штатных и перспективных ВВ к лазерному излучению в этих условиях.

Расчеты демонстрировали удовлетворительное соответствие полученным данных экспериментальным. Однако в целом расчеты [72] показывали, что при уменьшении размера частиц энергия инициирования уменьшается до нуля. Было высказано предположение, что причиной этого является неучет выгорания, восполненный в [73]. Учет выгорания показал, что при сколь угодно малом размере частицы количество энергии, необходимо для взрыва, имеет конечную величину, определяемую теплофизическими и термокинетическими параметрами ВВ.
Такова суть микроочаговой теории лазерного инициирования. Нетрудно понять, что ее преимуществами является максимальная простота с сильная интегрированность в существующие представления о физике взрыва, причинах разрушения прозрачных диэлектриков и т. д. В дополнение следует отметить ее признанность и другими авторами (например, [74, 75]).
Параллельно с описанной гипотезой развивались иные. Из всех особое внимание следует уделить гипотезе инициирования тэна, развиваемая коллективом исследователей ВНИИ ТФ [63].
В работах коллектива [76] исследовались процессы, протекающие при лазерном инициировании тэна. В опытах тэн инициировался через защитное стекло различных толщин (0,1 - 1,7 мм). В ряде опытов, по словам авторов, на стекло со стороны, прижимаемой к тэну, наносился тонкий слой марганцевой пленки (30 нм), объяснения чему предоставлено не было. Можно предположить, что авторы изначально придерживались той же точки зрения, что и [32], а именно ударноволновой гипотезы инициирования вторичных ВВ.
Отметим, что по ходу дальнейшего описания и обсуждения результатов невозможно понять, в каких опытах использовалось марганцевое напыление. Используя современные базы данных (например, Ьйр://ге&асбуетс1ехлп1Ь/~) нетрудно оценить, что коэффициент поглощения марганцевой пленки такой толщины не превышает 20 % на длине волны 1,06 мкм. Таким образом, в зависимости от ее присутствия/отсутствия процессы,