ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК F42B3/113 

Изобретение относится к использованию энергии взрыва в народном хозяйстве и может быть применено в горном деле, строительстве, взрывообработке металлов и т.д.

Известно взрывное устройство, содержащее подрывные заряды с оптическими взрывателями, соединенными с источником света через световоды и источники питания, в котором источники светы выполнены в виде последовательно включенных однотипных газоразрядных ламп, зашунтированных резисторами и подключенных к источнику питания через ограничивающий резистор, параллельно которому подключен коммутирующий элемент, включающий устройство в режиме "взрыв" /1/. Импульс светового излучения, поступающий по световоду, фокусируют линзой на взрывчатый состав, происходит взрыв этого состава, возбуждающий детонацию заряда ВВ.

Недостатком этого взрывного устройства является наличие в оптическом взрывателе ВВ в качестве инициатора детонации, что повышает опасность в обращении.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является фотопиротехнический взрыватель и устройство с таким взрывателем для пороховых зарядов, в котором пороховой заряд, инициируемый с помощью лазерного луча, помещен в прочный корпус. Лазерный луч распространяется по волоконному световоду, проходящему через соединительный элемент в корпусе. Расходящийся при выходе из волоконного световода луч после прохождения через первую линзу становится параллельным. Смонтированная в корпусе вторая линза вместе с прозрачной перегородкой, герметизирующей заряд, собирают этот луч и фокусируют его в заданном месте заряда /2/.

Недостатком устройства, принятого за прототип предлагаемого взрывного устройства, является возможность прожигания прозрачной перегородки при фокусировании на нее мощного лазерного импульса, что приведет к газодинамической разгрузке с поверхности облучаемого ВВ и неработоспособности оптического взрывателя.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет изменения степени фокусировки лазерного излучения на прозрачной перегородке.

Поставленная цель достигается тем, что во взрывном устройстве, включающем волоконный световод, подрывной заряд с оптическим взрывателем, который имеет корпус с двумя фокусирующими линзами и прозрачной перегородкой, в оптическом взрывателе между фокусирующими линзами дополнительно размещен аксикон.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что данное взрывное устройство отличается от известного наличием аксикона, установленного между фокусирующими линзами. За счет этого лазерный луч фокусируется на прозрачной перегородке в виде кольца, а не точки, что позволяет на несколько порядков снизить тепловую нагрузку на перегородку.

Таким образом, предлагаемое техническое решение имеет новизну и существенные отличия.

На фиг. 1 дана общая схема устройства; на фиг. 2 ход лазерного луча в оптическом взрывателе; на фиг. 3 кольцевая картина луча в фокальной плоскости линзы.

Взрывное устройство (см. фиг. 1) включает лазер 1, коммутирующий элемент 2, световоды 3, оптический взрыватель 4 с фокусирующей линзой 5, аксиконом 6, фокусирующей линзой 7, прозрачной перегородкой 8, выполненной из оптически прозрачного стекла типа К-8, фотостекла, и подрывной заряд 9, выполненный, например, из тэна.

Взрывное устройство работает следующим образом.

В оптический взрыватель 4 закрепляют волоконный световод 3 такой длины, чтобы соединить данный заряд с коммутирующим элементом 2, оптический взрыватель 4 помещают в подрывной заряд 9 так, чтобы прозрачная перегородка 8 плотно прилегала к поверхности ВВ подрывного заряда 9. Затем собранное взрывное устройство помещают в заряд ВВ, который надо инициировать, например, скважинный заряд для дробления горных пород. От лазера 1 поступает инициирующий импульс, который в виде луча 10 проходит через коммутирующий элемент 2 и световод 3 в оптический взрыватель 4. Здесь луч 10 (см. фиг. 2), расходящийся под углом ≥10 ^oC при выходе из световода 3, собирается линзой 5 и параллельным пучком направляется на аксикон 6 (оптический конус). Аксикон 6 преломляет луч 10 на фокусирующую линзу 7 и в ее фокальной плоскости, расположенной, например, на границе прозрачной перегородки 8 и поверхности подрывного заряда 9, возбуждается кольцевая акустическая волна 11 в ВВ подрывного заряда 9. Использование оптически прозрачно перегородки 8 позволяет более чем в 40 раз снизить энергию инициирующего лазерного излучения за счет исключения газодинамической разгрузки с поверхности ВВ.

Учитывая тот факт, что механизм зажигания вторичных ВВ носит очаговый характер, диаметр пятна облучения должен быть не ниже некоторого критического размера для каждого ВВ. Например, для флегматизированного тэна диаметр пятна облучения должен быть в пределах 0,5-1,0 мм. Поэтому подбор диаметра пятна облучения ВВ имеет принципиально важный характер для каждого типа ВВ и использование для инициирования ВВ не точечной, а кольцевой фокусировки лазерного луча позволяет использовать для подрывного заряда 9 различные типы вторичных ВВ без перестройки оптической системы. После возбуждения кольцевой акустической волны в ВВ она распадается на две волны: сходящуюся и расходящуюся. За счет первой волны кольцо 11 выродится в точку, где произойдет значительный объемный всплеск акустической энергии, вызывающий, в свою очередь, всплеск давления и температуры, достаточных для зажигания ВВ. Причем для каждого типа ВВ это произойдет при своей величине уменьшения размеров кольцевой волны 11. А внешняя, расходящаяся, волна создаст "горячие точки" за счет сжатия некоторого объема ВВ и облегчит процесс перехода в детонацию возникающего от сходящейся волны горения ВВ.

Таким образом, применение в оптическом взрывателе с прозрачной перегородкой дополнительного аксикона расширяет возможность инициирования различных типов ВВ без точной фокусировки лазерного луча на поверхность ВВ. Это в свою очередь снижает тепловые нагрузки на прозрачную перегородку и уменьшает вероятность ее прожигания мощным лазерным импульсом. Кроме того, можно снизить мощность лазерного импульса и уменьшить тем самым нагрузку на световод и облегчить ввод лазерного излучения в световод.

Использование: горное дело, строительство, взрывообработка металлов. Сущность изобретения: взрывное устройство включает волоконный световод и подрывной заряд с оптическим взрывателем, в корпусе которого размещены две фокусирующие линзы и прозрачная перегородка. Для фокусировки лазерного излучения в виде кольца в оптическом взрывателе между фиксирующими линзами размещен аксикон. 3 ил.

Взрывное устройство, включающее подрывной заряд с оптическим взрывателем, в корпусе которого размещены две фокусирующие линзы и прозрачная перегородка, волоконный световод, отличающееся тем, что в оптическом взрывателе между фокусирующими линзами дополнительно размещен аксикон.