ДЕТОНАТОР НА ОСНОВЕ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 2011 года по МПК F42B3/113 

Изобретение относится к области взрывных устройств и может быть использовано для изготовления детонаторов на основе светочувствительных ВВ.

Известен оптический детонатор на основе светочувствительного ВВ (патент Украины №49732, МПК F42B 3/02, публ. 16.09.2002 г., БИ №9/02), содержащий в металлическом корпусе светочувствительное ВВ, в состав которого входит цилиндрический корпус, смесь комплексного перхлората ртути и полимера, вторичное ВВ, световод.

Недостатком известного оптического детонатора является низкая экологичность за счет наличия ртути в составе ВВ, наличие дорогостоящих веществ в конструкции детонатора и высокая сложность процесса изготовления заряда светочувствительного ВВ.

Известен из патента РФ №2202097, МПК F42B 3/113, публ. 10.04.2003 г. детонатор на основе светочувствительного ВВ, в качестве прототипа заявляемого, содержащий светочувствительное ВВ, источник светового импульса, источник электрического импульса.

К недостаткам прототипа относится недостаточно низкий порог срабатывания от импульса светового излучения, недостаточно высокая безопасность эксплуатации за счет восприимчивости к электромагнитным импульсам, что может привести к несанкционированному задействованию заряда, продолжительное время срабатывания детонатора.

Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка детонатора на основе светочувствительных ВВ, обеспечивающего минимизацию энергетических, временных и массогабаритных характеристик детонатора.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого детонатора на основе светочувствительного ВВ, заключается в обеспечении снижения порога срабатывания детонатора от импульса лазерного излучения, упрощении конструкции и процесса изготовления (в ~10 р.), минимизации временных и масс-габаритных характеристик детонатора по сравнению с прототипом.

Дополнительный технический результат заключается в снижении порога срабатывания детонатора от импульса лазерного излучения, обеспечении возможности его инициирования как с оптическим подпором, так и без него.

Указанные задача и новые технические результаты достигаются тем, что в известном детонаторе на основе светочувствительного ВВ, состоящем из металлической оболочки, в которой размещены смесевое светочувствительное ВВ и вторичное ВВ, согласно изобретению в металлической оболочке дополнительно установлен оптический подпор, выполненный из оптического стекла, размещено смесевое светочувствительное ВВ в виде запрессованного до плотности 0,9-1,1 г/см³ материала из смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 4000-20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более ~60 нм, при следующем соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5, соответственно.

Кроме того, в детонаторе на основе светочувствительных ВВ в металлической оболочке размещено ВВ, выполненное в виде двух прессованных элементов, один из которых выполнен из запрессованного до плотности 1,2-1,8 г/см³ смесевого светочувствительного ВВ следующего состава: комплексный перхлорат меди и оптически прозрачный полимер при соотношении от 75:15 до 95:5 (массовые доли), соответственно, а второй элемент - из запрессованного до плотности 1,1-1,6 г/см³ вторичного ВВ - бензотрифуроксана или ТЭНа со средним размером частиц в диапазоне 0,25-0,5 мкм.

Предлагаемый детонатор на основе светочувствительных ВВ поясняется следующим образом.

Для изготовления детонатора предварительно готовилась смесь светочувствительного ВВ путем смешения компонентов в заданных пределах их соотношений, а именно материала из смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 4000-20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5, соответственно. Затем в металлической оболочке фиксируется подпор, выполненный из оптического стекла, после чего в нее засыпается навеска светочувствительного ВВ. Важно отметить, что подпор должен быть установлен герметично и жестко так, чтобы не допустить снижения давления продуктов взрыва при взрыве ВВ.

Навеску подпрессовывают до необходимой плотности, что в условиях предлагаемого детонатора составляет 0,9-1,1 г/см³.

Кроме того, для изготовления детонатора предварительно готовилась в хлороформе (для лучшей гомогенизации) смесь светочувствительного ВВ путем смешения компонентов в заданных пределах их соотношений, а именно смесь из комплексного перхлората меди и оптически прозрачного полимера при соотношении от 75:15 до 95:5 (массовые доли), соответственно. Затем в металлической оболочке фиксируется подпор, выполненный из оптического стекла, после чего в нее засыпается навеска светочувствительного ВВ. Важно отметить, что подпор должен быть установлен герметично и жестко так, чтобы не допустить снижения давления продуктов взрыва при взрыве ВВ.

Навеску подпрессовывают до необходимой плотности, что в условиях предлагаемого детонатора составляет 1,2 1,8 г/см³.

Далее в металлическую оболочку с подпором (или без него) и зарядом из светочувствительного ВВ засыпают навеску вторичного ВВ бензотрифуроксана или ТЭНа со средним размером частиц в диапазоне 0,25-0,5 мкм. Навеску вторичного ВВ подпрессовывают до необходимой плотности, что в условиях предлагаемого детонатора составляет 1,1 1,6 г/см³.

На чертежах представлены конструкции детонатора на основе светочувствительного ВВ.

На фиг.1 изображен вид детонатора, содержащий металлическую оболочку, оптический подпор, заряд с плотностью 0,95 г/см³ из светочувствительного ВВ, выполненного из смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 9000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5, соответственно.

На фиг.2 изображен вид детонатора, содержащий металлическую оболочку, оптический подпор, заряд с плотностью 0,95 г/см³ из светочувствительного ВВ, выполненного из смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5, соответственно.

На фиг.3 изображен вид детонатора, содержащий металлическую оболочку, оптический подпор, заряд с плотностью 1,4 г/см³ из светочувствительного ВВ, выполненного из смеси комплексного перхлората меди и оптически прозрачного полимера при соотношении ингредиентов в нем 90:10 (массовые доли), соответственно, заряд с плотностью 1,4 г/см³ из вторичного ВВ - бензотрифуроксана или ТЭНа со средним размером частиц в диапазоне 0,25-0,5 мкм.

На фиг.4 изображен вид детонатора, содержащий металлическую оболочку, заряд с плотностью 1,4 г/см³ из светочувствительного ВВ, выполненного из смеси комплексного перхлората меди и оптически прозрачного полимера при соотношении ингредиентов в нем 90:10 (массовые доли), соответственно, заряд с плотностью 1,4 г/см³ из вторичного ВВ - бензотрифуроксана или ТЭНа со средним размером частиц в диапазоне 0,25-0,5 мкм.

Выбор необходимых соотношений ингредиентов в составе элементов детонатора используемых смесевых ВВ продиктован следующими соображениями:

- при снижении содержания в смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 4000-20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5 соответственно ниже указанного предела соотношений не обеспечивается требуемая чувствительность детонатора к лазерному импульсу;

- при превышении содержаний в смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 4000-20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5 соответственно выше указанного предела не обеспечивается требуемая чувствительность детонатора к лазерному импульсу;

- уменьшение предела ограничения в предлагаемом детонаторе по дисперсности наноалюминия ниже заявляемой в лабораторных условиях достигнуть проблематично из-за отсутствия необходимой технологии;

- дисперсность ТЭНа выбрана из соображений обеспечения требуемой чувствительности детонатора к лазерному импульсу; снижение ограничения по дисперсности ТЭНа приведет к повышению порога срабатывания детонатора от импульса лазерного излучения, превышение - не даст заметного выигрыша по снижению порога.

- при снижении соотношений перхлората меди и оптически прозрачного полимера при соотношении ингредиентов в нем 75:15 (массовые доли) ниже заявляемого предела не обеспечивается требуемая чувствительность детонатора к лазерному импульсу;

- при превышении соотношений перхлората меди и оптически прозрачного полимера 75:15 (массовые доли) сверх заявляемых значений не обеспечивается требуемая чувствительность детонатора к лазерному импульсу.

Изготовленные по указанным выше схемам детонаторы на основе светочувствительных ВВ подвергают воздействию импульса лазерного излучения (длина волны 1, 06 мкм, длительность импульса 6 нс).

Принцип действия детонатора заключается в следующем. При воздействии на заряд из светочувствительного ВВ импульса лазерного излучения с плотностью энергии, превышающей порог срабатывания детонатора от импульса излучения, происходит возбуждение взрывчатого превращения заряда, при этом энергии его взрыва достаточно для инициирования заряда из вторичных ВВ непосредственно (фиг.1 и 2) или через дополнительный заряд из ВВ бензотрифуроксана или ТЭНа (фиг.3 и 4).

Результаты испытаний детонатора на основе светочувствительного ВВ сведены в таблицу 1.

Таким образом, использование предлагаемого детонатора на основе светочувствительного ВВ обеспечивает существенное снижение порога чувствительности к импульсу лазерного излучения, упрощение конструкции и процесса изготовления (в ~10 р.), минимизацию временных и массогабаритных характеристик детонатора, повышение уровня безопасности за счет устойчивости к электромагнитным импульсам по сравнению с прототипом.

Дополнительный технический результат при использовании предлагаемого детонатора заключается в снижении порога инициирования детонатора, обеспечении возможности срабатывания его как с оптическим подпором, так и без него.

Возможность промышленного применения предлагаемого детонатора на основе светочувствительных ВВ подтверждается следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1.

В лабораторных условиях реализован детонатор на основе светочувствительных ВВ на опытном образце, выполненном в виде, изображенном на фиг.1, где:

1 - поток лазерного излучения (длина волны 1,06 мкм, длительность импульса 6 нс, диаметр области облучения модели ≈5 мм) от источника, 2 - металлическая оболочка из алюминия (внутренний диаметр ≈5 мм, толщина стенки 3 мм), 3 - оптический подпор из стекла марки К-8 (диаметр ≈5 мм, толщина ≈2 мм), 4 - прессованный заряд из светочувствительного смесевого ВВ: 87% высокодисперсного ТЭНа марки В (S=9000 см²/г) и 13% алюминия со средним размером частиц 50 нм (высота ≈7 мм, диаметр ≈5 мм, плотность ≈0,95 г/см³).

Пример 2.

В лабораторных условиях реализован детонатор на основе светочувствительных ВВ на опытном образце, выполненном в виде, изображенном на фиг.2, где:

1 - поток лазерного излучения (длина волны 1,06 мкм, длительность импульса 6 нс, диаметр области облучения модели ≈5 мм), 2 - металлическая оболочка из алюминия (внутренний диаметр ≈5 мм, толщина стенки 3 мм), 3 - оптический подпор из стекла марки К-8 (диаметр ≈5 мм, толщина ≈2 мм), 4 - прессованный заряд из светочувствительного смесевого ВВ: 87% высокодисперсного тэна марки В (S=20000 см²/г) и 13% алюминия со средним размером частиц 50 нм (высота ≈6-9 мм, диаметр ≈5 мм, плотность ≈0,95 г/см³). Результаты испытаний сведены в табл.1.

Пример 3.

В лабораторных условиях реализован детонатор на основе светочувствительного ВВ на опытном образце, выполненном в виде, изображенном на фиг.3, где:

1 - поток лазерного излучения (длина волны 1, 06 мкм, длительность импульса 6 нс, диаметр области облучения модели ≈5 мм), 2 - металлическая оболочка из алюминия (внутренний диаметр ≈5 мм, толщина стенки 3 мм), 3 - оптический подпор из стекла марки К-8 (диаметр ≈5 мм, толщина ≈2 мм), 4 - прессованный заряд из светочувствительного ВС из 90% комплексного перхлората меди и 10% оптически прозрачного полимера (высота ≈0,5-3 мм, диаметр ≈5 мм, плотность ≈1,3-1,6 г/см³), 5 - дополнительный прессованный заряд из вторичного ВВ - бензотрифуроксана или высокодисперсного ТЭНа марки В (S=20000 см²/г) со средним размером частиц в диапазоне 0,25-0,5 мкм (высота ≈4-6 мм, диаметр ≈5 мм, плотность ≈1,2-1,5 г/см³). Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 4.

В лабораторных условиях реализован детонатор на основе светочувствительных ВВ на опытном образце, выполненном в виде, изображенном на фиг.2, где:

1 - поток лазерного излучения (длина волны 1, 06 мкм, длительность импульса 6 нс, диаметр области облучения модели ≈5 мм), 2 - металлическая оболочка из алюминия (внутренний диаметр ≈5 мм, толщина стенки 3 мм), 3 - прессованный заряд из светочувствительного ВВ состава: 90% комплексного перхлората меди и 10% оптически прозрачного полимера (высота ≈0,5-3 мм, диаметр ≈5 мм, плотность ≈1,43-1,6 г/см), 4 - дополнительный прессованный заряд из вторичного ВВ - бензотрифуроксана или ТЭНа со средним размером частиц в диапазоне 0,25-0,5 мкм (высота ≈4-6 мм, диаметр ≈5 мм, плотность ≈1,2-1,5 г/см³). Результаты испытаний сведены в табл.1.

Предварительно готовились смеси светочувствительных ВВ; изготавливали:

- фиг.1: механическим смешением компонентов в необходимой пропорции;

- фиг.2: смешением в хлороформе компонентов в необходимой пропорции.

Порог срабатывания детонатора от импульса лазерного излучения составляет:

- фиг.1 и 2 - ~60 мДж/см²;

- фиг.3 - ~16 мДж/см²;

- фиг.3 - ~25 мДж/см².

Подготовленные образцы подвергают контрольным испытаниям, результаты которых сведены в таблицу 1.

Как показали эксперименты, использование предлагаемого детонатора и материалов для него в заявляемых пределах соотношений и плотности, дисперсности, обеспечивает повышенные показатели безопасности, энергетических, временных и массогабаритных характеристик.

Изобретение может быть использовано для изготовления детонаторов на основе светочувствительных взрывчатых веществ (ВВ). Детонатор на основе светочувствительного ВВ состоит из металлической оболочки, в которой размещено смесевое светочувствительное ВВ. В металлической оболочке дополнительно установлен оптический подпор, выполненный из оптического стекла, смесевое светочувствительное ВВ выполнено в виде запрессованного до плотности 0,9-1,1 г/см³ материала из смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 4000-20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5, соответственно. Обеспечивается упрощение конструкции и процесса изготовления детонатора. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Детонатор на основе светочувствительного взрывчатого вещества, состоящий из металлической оболочки, в которой размещено смесевое светочувствительное взрывчатое вещество, отличающийся тем, что в металлической оболочке дополнительно установлен оптический подпор, выполненный из оптического стекла, смесевое светочувствительное взрывчатое вещество выполнено в виде запрессованного до плотности 0,9-1,1 г/см³ материала из смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 4000-20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (мас.ч.) от 75:15 до 95:5 соответственно.

2. Детонатор по п.1, отличающийся тем, что в металлической оболочке размещено взрывчатое вещество, выполненное в виде двух прессованных элементов, первый элемент выполнен из запрессованного до плотности 1,2-1,8 г/см³ смесевого светочувствительного взрывчатого вещества следующего состава: комплексный перхлорат меди и оптически прозрачный полимер при соотношении от 75:15 до 95:5 (мас.ч.) соответственно, а второй элемент - из запрессованного до плотности 1,1-1,6 г/см³ вторичного взрывчатого вещества - бензотрифуроксана или ТЭНа со средним размером частиц в диапазоне 0,25-0,5 мкм.