СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЫ Российский патент 1997 года по МПК H05H1/24 

Изобретение может применяться в различных задачах, связанных с получением и использованием плазмы, например для реализации безосколочной точечной перфорации стандартных металлических конструкционных элементов.

Аналогом может служить кумулятивный источник света (Герасимов С.И. Мешков Е. Е. и др. заявка 5061043 от 22.07.94; Герасимов С.И. и др. ВАНТ сер. теор. и прик. Физ, N1, 12, 93), который позволяет получать плазму в неметаллической камере-сегменте за счет сжатия газа в остроугольной геометрии при движении в камере пластины, метаемой продуктами взрыва. Технический результат увеличение энергии струи плазмы без изменения массы ВВ. Основной недостаток применительно к задачам перфорации малая масса плазмы, что объясняется ее получением из газовой фазы. Более эффективным способом получения плазмы применительно к перфорации является принимаемый за прототип способ кумуляции энергии(монография М.А.Цикулина и Е.Г.Попова. Излучательные свойства ударных волн в газах. М. Наука, 1977, с. 35, рис. 16). В данном способе осесимметричный заряд ВВ инициировался на оси на торце. Встречая линзовую вставку в заряде, фронт детонационной волны искривлялся таким образом, чтобы создавать в газе, примыкающем к другому торцу заряда начальную ударную волну (УВ) с приблизительно сферическим фронтом. Изучались вопросы усиления УВ в сужающемся коническом канале, в частности близость динамики УВ в эксперименте к известному автомодельному решению для сферической сходящейся волны. Недостатком применительно к перфорации является малая удельная энергия струи, формируемой из продуктов детонации вследствие их "расфокусировки", что объясняется спецификой задачи.

Отметим, что для данного способа кумуляции, направленного на достижение максимальной амплитуды УВ, существенным являлось: наличие газовой среды в конусе, "малый" угол раствора конуса, большая масса ВВ (в противном случае нет "постоянного" подпора от "поршня", что недопустимо для моделирования данной автомодельной задачи).

Цель настоящего изобретения состоит в увеличении удельной энергии плазменной струи, образованной из разлетающихся в сужающейся конической камере продуктов детонации осесимметричного заряда ВВ. Предлагаемый способ отличается тем, что заряд ВВ инициируется с помощью вспомогательного ВВ так, что инициирование происходит одновременно по периметру сечения заряда нормального к оси. Вдоль торца заряда, обращенного к камере, располагается тонкий слой инертного материала, который увеличивает энергию струи, используемую для перфорации. Одновременное инициирование по периметру сечения заряда необходимо для получения устойчивой сходящейся детонационной волны.

При данном способе инициирования продукты детонации (ПД) при разлете формируют кумулятивную струю за счет того, что на границе заряда происходит уменьшение угла между подходящим детонационным фронтом и плоскостью границы заряда. Максимум энергии разлетающихся ПД "излучается" внутри достаточно малого телесного угла, который в процессе разлета разворачивается к оси заряда. При одновременном усилении радиальной составляющей детонационной волны происходит формирование кумулятивной струи, имеющей фокусное расстояние в зависимости от типа ВВ и его размеров. При распространении в камере с плавно уменьшающимся сечением пробивное действия такой струи увеличивается за счет схождения периферийных зон разлета ПД, т. е. за счет увеличения энергии струи.

Если камера выполнена из материала, который имеет малое значение температуры плавления, то при небольших массах ВВ исключен разлет осколков камеры и возможно увеличение энергии струи, а следовательно и эффекта пробивания за счет поступления паров материала камеры в струю. Тонкий слой инертного материла на торце заряда увеличивает энергию образующейся струи плазмы, что также увеличивает пробивной эффект без запреградного действия струи.

На чертеже изображено устройство, с помощью которого экспериментально показана осуществимость способа. Способ реализуется следующим образом.

Осесимметричный заряд 2 подрывается с помощью вспомогательного заряда 1 таким образом, чтобы одновременно детонация развивалась по периметру сечения заряда нормального к его оси. Приобретая скорость в направлении оси за счет уменьшения угла между нормалями подходящего к границе заряда 2 фронта детонации и плоскостью границы заряда 2, продукты заряда формируют кумулятивную струю, в которую вовлекается сжатое продуктами детонации инертное вещество 3. Распространяясь в конической сужающейся к выходному сечению камере 4, струя плазмы усиливается за счет поступления периферийных зон разлета ПД, которые, отражаясь от стенки, приобретают вектор скорости в направлении оси. Формируемая таким образом струя плазмы воздействует на перфорируемую преграду 5.

Указанный способ проверен в экспериментах. При массе пластического ВВ 3 г в пластине из Ст-3 толщиной 10,5 мм при использовании полиэтиленовой конической камеры получаются сквозные отверстия со средним диаметром на входе 16 мм и на выходе 11 мм. Полученные результаты актуальны при решении оперативных задач по линии МЧС в условиях, когда безопасное расстояние от места подрыва ограничено диаметром порядка одного метра.

Использование: в процессах, связанных с получением плазмы, для безосколочной перфорации стандартных преград. Способ получения плазмы заключается в одновременном инициировании конденсированного заряда взрывчатого вещества по периметру его сечения, нормального к оси симметрии, с последующим разлетом продуктов детонации в осесимметричной камере с сужающимся сечением по направлению к ее выходу. Струя плазмы дополнительно содержит сжатое инертное вещество, в начальный момент расположенное тонким слоем на обращенной к камере поверхности заряда. 1 ил.

Способ получения плазмы, включающий разлет продуктов детонации конденсированного осесимметричного заряда в сужающейся конической камере, отличающийся тем, что инициирование заряда производится одновременно по периметру сечения заряда, нормального к его оси, а в рабочий газ добавляется струя инертного вещества, образующаяся в процессе разлета продуктов детонации.