CC BY
47УДК 541.8.002
М.А. Илюшин1, И.В. Целинский2, А.В. Смирнов3, И.В. Бачурина4
Лазерное инициирование - относительно новый способ подрыва взрывчатых веществ (ВВ), отличающийся повышенной безопасностью. При лазерном инициировании обеспечивается высокий уровень изоляции светодетонатора от ложного импульса, поскольку в оптическом диапазоне отсутствуют случайные источники с мощностью, достаточной для подрыва детонатора. Светодетонаторы нечувствительны к электромагнитным наводкам и зарядам статического электричества [1-3].
Лазерное инициирование может успешно использоваться во многих взрывных технологиях, которые требуют индивидуального подхода при разработке систем подрыва, например [1]:
- взрывные сварка, штамповка, упрочнение, компактирование, синтез новых материалов могут быть осуществлены при оптоволоконном инициировании одного или нескольких светодетонаторов;
- горно-взрывные работы требуют одновременного или короткозамедленного инициирования большого количества светодетонаторов через оптоволоконные линии связи;
- взрывная технология разового действия, используемая, например, в системах пироавтомати-ки космических кораблей, нуждается в нескольких десятках волоконно-оптических каналов, одновременно передающих сигнал к светодетонаторам от бортового импульсного лазера ограниченной мощности;
- при перфорации глубоких нефтяных и газовых скважин должны использоваться термостойкие оптоволоконные светодетонаторы с высокой восприимчивостью к лазерному импульсу, обеспечивающие надежное инициирование до 100 кумулятивных зарядов бризантных ВВ.
В большинстве работ, посвященных лазерному инициированию светочувствительных веществ, в качестве источника импульсного излучения используются квантовые генераторы, работающие в режиме свободной генерации (одиночного импульса) или в режиме модулированной добротности резонатора (моноимпульса или гигантского импульса).
СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫЕ МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСЫ И ИХ ЛАЗЕРНОЕ ИНИЦИИРОВАНИЕ
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
Статья посвящена синтезу и изучению свойств металлокомплексов 5-гидразинотетразола. Показано, что комплексный перхлорат ртути является светочувствительным веществом и может быть рекомендован для снаряжения оптических средств инициирования.
Ключевые слова: лазерное инициирование, комплексный перхлорат ртути с 5-гидразинотетразолом как лигандом.
Одними из основных элементов цепи лазерного инициирования являются светочувствительные энергонасыщенные вещества. Для решения конкретных задач в качестве светочувствительных ВВ для свето-детонаторов были предложены энергонасыщенные металлокомплексы с различными значениями порогов инициирования лазерным моноимпульсом или одиночным импульсом. Перхлорат тетрааммин-цис-бис(5-нитро-2Н-тетразолато-1\12) кобальта (III) (БМСР, I) впервые был описан в 1986 г. как одно из наиболее эффективных взрывчатых веществ для средств инициирования.
Оо(МИз)4
ClO,
Перхлорат тетрааммин-цис-бис(5-нитро-2Н-тетразолато-N2) кобальта (III) (BNCP, 1)
Заряды BNCP в капсюлях-детонаторах при инициировании распадаются в режиме перехода горения в детонацию (ПГД) и выполняют роль как первичного, инициирующего, так и вторичного, бризантного ВВ [4].
Плотность монокристаллов BNCP 2.05 г/см3, температура начала интенсивного разложения 2690С, время ПГД ~10 мкс, теплота термического разложения 3319 Дж/г [3]. К удару на копре комплекс (1) менее чувствителен, чем бризантное ВВ тетранитрат пентаэритрита (ТЭН). При этом чувствительность к удару комплекса (1) падает с уменьшением размера частиц.
В СПбГТИ(ТУ) были оптимизированы условия синтеза соединения (1) и было показано, что заряды BNCP стабильно воспламеняются со свободной поверхности при действии луча неодимового лазера (длина волны 1,06 мкм, время импульса ~2 мс, диаметр луча ~0,5 мм) с энергией -1,5 Дж [5]. Время задержки инициирования BNCP лазерным моноимпульсом в зависимости от размера кристаллов образца составляло от ~ 320 мкс до ~ 500 мкс (таблица!) [6].
1 Илюшин Михаил Алексеевич, д-р хим. наук, профессор каф. химии и технологии органических соединений азота, e-mail: ilyushin@lti-gti.ru
2 Целинский Игорь Васильевич, д-р хим. наук, профессор, заведующий каф. химии и технологии органических соединений азота, e-mail: ivts@lti-
3 Смирнов Андрей Вячеславович, канд. хим. наук, ст. науч. сотр. каф. химии и технологии органических соединений азота, e-mail: smirnov157@yandex.ru
4 Бачурина Ирина Викторовна, канд. хим. наук, мл. науч. сотр. каф. химии и технологии органических соединений азота, e-mail: toffee2@rambler.ru
N-N
Таблица.1. Время задержки инициирования BNCP (1)
Размер частиц, мкм 77.29 23.42 11.71 2.29 0.85
Задержка, мкс 505.8 521.9 377.4 350.6 326.7
Довольно длительный период задержки перехода горения в детонацию при импульсном лазерном инициировании является недостатком Б№Р. Следовательно, актуальным представляется поиск металлокомплексов, имеющих более короткий период задержки зажигания и меньший порог инициирования, чем Б№Р .
В работах [7-8] были получены и исследованы комплексные перхлораты тяжелых и переходных металлов с гидразиноазолами как светочувствительные энергонасыщенные соединения. Выбор ме-таллокомплексов обусловлен положительной энтальпией образования гидразиноазолов, мощной окислительной способностью перхлорат-иона, высоким потенциалом ионизации катионов металлов, что должно было привести к получению светочувствительных энергонасыщенных соединений с коротким участком перехода горения в детонацию. Было показано, что перхлоратные комплексы ^металлов с 5-гидразинотетразолом-1Н обладают способностью к инициированию лазерным импульсом [9]. Синтез комплексных соединений ^металлов проводили по схеме:
N—N
M(NÜ3)2
H
N-N
NH2
) 2
H
(CÜ4)2+ 2 HNÜ3
где M = Cu2+(2); Co2+(3); Ni2+(4
Исследование термической стабильности соединений (2-4) показало, что термораспад этих соединений происходит в две стадии. На первой стадии при температуре 245, 200, 1900С соответственно для комплексов (2-4) наблюдали экзотермический эффект. Убыль массы образца составила 41,7%, 42,1% и 42,5%, что соответствовало окислению одного лиганда одним внешнесферным перхлорат-ионом. На второй экзотермической стадии при температуре 290, 315 и 3300С соответственно происходило окисление второго лиганда оставшимся перхлорат-ионом. Соли (2-4) представляют собой инициирующие взрывчатые вещества. Их минимальный заряд по гексогену в гильзе от капсюль-детонатора №8 не превышает 0,12 г. Заряды солей, запрессованные в медные колпачки диаметром 5 мм и высотой 2 мм под давлением 40 МПа, безотказно инициировались лучом импульсного неодимового лазера (W 0,2 Дж, X 1,06 мкм, Tq 2 мкс, диаметр луча d 1мм). Экстремально высокую восприимчивость к лазерному моноимпульсу продемонстрировал перхлорат (5-гидразинотетразол-1Н)ртути (II) (5). Для комплекса (5) порог инициирования неодимовым лазером (длина волны X 1,06 мкм, длительность импульса tq 30 нс) составил около 5 мДж/см-2.
Синтез комплексного перхлората (5) проводили по схеме [10]:
Hg(CH3COOb + >WNH2 2HCÜ
N H
N-N
Hg n-n^N'
HN H
NH2
(CIO4)2+2CH3COOH
Соль (5) представляет собой белое кристаллическое вещество, имеющее следующие характеристики [5, 11]:
Таблица 2. Свойства перхлоратного комплекса (5).
Характеристика Значение
Молекулярная масса 499.571
Плотность монокристалла, г/см3(расчет.) 3.45
Кислородный баланс, % +12.8
Кислородный коэффициент, % 180
Температура вспышки, 0С 1 186
Температура начала разложения, 0С 2 165
Температура начала интенсивного разложения, 0С 2 175
Чувствительность к удару (копер Веле-ра) (нижний предел/верхний предел), мм 60 /125
Чувствительность к лучу огня огнепроводного шнура, мм (100 % воспламенения/ 100 % отказа) 60 /150
Скорость детонации при плотности 3.4 г/см3 , км/с (расчет.) 6.0
1 при пятисекундной задержке , 2 при скорости нагрева 50С/мин
Координационное соединение (5) негигроскопично, нерастворимо в воде, спирте, ацетоне, алифатических, хлорированных и ароматических углеводородах, растворимо в диметилсульфоксиде, окисляется щелочным раствором перманганата калия до невзрывчатых соединений. Соль (5) имеет минимальный заряд по гексогену в капсюле-детонаторе № 8 ~ 0,015 г.
Дисперсионный анализ полидисперсного порошка комплекса (5) показал, что соль представляет собой смесь крупных и мелких кристаллов (таблица 3, рисунки 1-4):
Рис. 1. Полидисперсные кристаллы комплекса 5. Увеличение Х2000
Рис. 2. Крупные и мелкие кристаллы соли 5. Увеличение Х3000
00 1.0 3-0 3.0 4.0 5.0 §0 ТО ВО
Рис. 3. Интегральное распределение кристаллов комплекса 5 по размерам
Рис. 4. Данные цифровой обработки снимков комплекса 5
Таблица 3. Распределение частиц порошка комплекса (5) по размерам
N мкм (( 1ГПП - (( тах
935 1.1 ±0.8 0.5-8.1
N - статистический массив, d - средний размер частиц
Анализ кристаллов комплекса (5) проводили на растровом электронном микроскопе JSM-35CF фирмы JEOL (Япония). Из приведенных данных следует, что средний размер частиц комплекса (5) ~ 1.1 мкм близок к длине волны импульсного неоди-мового лазера, 1.06 мкм, использованного в данной работе.
Непосредственное применение соединения (5) в качестве светочувствительного ВВ затруднено из-за его повышенной чувствительности к механическим воздействиям. Для решения проблемы стабилизации супердисперсных энергоемких веществ часто применяется подход, связанный с получением композитных материалов, то есть субмикронных частиц, заключенных в химически инертную матри-
цу, что позволяет избежать как агрегации, так и защитить частицы от внешних воздействий (тем самым повысить безопасность в обращении). В качестве инертной матрицы был использован оптически прозрачный полимер PVMT. Введение в комплексный перхлорат ртути (5) полимера PVMT позволяет избежать агрегации субмикронных частиц.
сн3
(-сн2-сн-)п(-сн2-с --)т соон
Кч ,К-снз N
PVMT
Чувствительность полученных взрывчатых составов (ВС-2) к механическим воздействиям снижается до уровня мощных бризантных ВВ, что делает их относительно безопасными при транспортировке, хранении и применении.
Известно, что процесс инициирования ВВ, в том числе и лазерным излучением, тесно связан с характером терморазложения соединения. Для определения характера влияния полимера PVMT на процесс термораспада соли (5) в композициях ВС-2 были проведены термогравиметрические (TG/DTA) исследования. Результаты приведены в таблице 4.
Таблица 4. Результаты TG/DTA анализа
Вещество (состав) № пика Температурный интервал эффекта, оС Темпера-тура пика эффекта, оС Убыль массы, % Характер Эффекта
Комплекс(5) 1 170-195 186 30 Экзо
2 195-260 200 40 Экзо
Полимер РУИТ 1 220-310 275 40 Экзо
Комплекс(5) -90% + Полимер РУИТ- 10% (Состав ВС- 2) 1 170-195 186 30 Экзо
2 195-270 200 70 Экзо
Как видно из таблицы 4, распад комплексного перхлората (5) протекает в две экзотермические стадии, на первой стадии происходит внутримолекулярное окисление органического лиганда, на второй стадии - полная деструкция молекулы. Разложение полимера PVMT происходит в одну экзотермическую стадию, которая включает деструкцию тетра-зольного цикла. Введение полимера PVMT не влияет на общую картину разложения комплекса (5) (состав ВС-2) (количество и характер стадий разложения не меняются, температура начала разложения соли (5) остается постоянной). Следовательно, полимер PVMT термодинамически совместим с комплексом (5). За счет приближения кислородного баланса состава ВС-2 к нулю происходит его полное разложение до газообразных продуктов с выделением большого количества энергии.
Состав ВС-2 имеет экстремально высокую восприимчивость к лазерному моноимпульсу. Экспериментально зафиксированный минимальный порог инициирования состава ВС-2 меньше, чем у прессованных зарядов азида свинца и составляет 2,3 мДж/см2 (Л 1.06 мкм, тимп. 30 нс, ^уча 4 мм), [5]. Влияние параметров лазерного излучения на восприимчивость состава ВС-2 исследовали на образцах с толщиной пленки ~ 1.5 мм, диаметром 5 мм. Ла-
зерным лучом экспонировалась центральная часть заряда. Для получения коротких импульсов (Л 1.06 мкм, Ти 30 нс, ^уча 4 мм), использовали твердотельный лазер на неодимовом стекле. Режим модулированной добротности обеспечивал оптико-механический затвор на основе вращающейся призмы. Исследования в режиме свободной генерации (Л 1.06 мкм, Ти 30 мкс) проводили с использованием лазера с активным элементом из неодимсодержаще-го кристалла калий-гадолиниевого вольфрамата. Длина волны излучения обоих источников составляла 1.06 мкм.
Результаты экспериментов по изучению зависимости величины порога инициирования зарядов ВС-2 от размера зоны воздействия, от длительности импульса, а также времени задержки воспламенения от плотности энергии излучения в режиме свободной генерации представлены в таблицах 5, 6 и 7.
Таблица 5. Зависимость чувствительности состава ВС-2 от
длительности импульса (режима генерации)
Длитель- Диаметр Энергия Плотность энер-
ность зоны облу- иниции- гии инициирова-
импульса, чения, рования, ния, Екр.,
нс мм Ш, мДж мДж/см2
30 0.48 1.8 * 10"2 10.1
30*103 1.02 2.52 308.4
Таблица 6. Зависимость времени задержки воспламенения состава ВС-2 от плотности энергии излучения в режиме __свободной генерации.
Плотность энергии излучения, Е, Дж/см2 Время задержки воспламенения, т, мкс
0.26 15.0
0.35 14.5
1.10 11.5
3.06 1.0
Таблица 7. Влияние размера зоны воздействия лазерного излучения _на чувствительность ВС-2 (тимп, 30 нс)
Диаметр лазерного луча, ^ мм Критическая энергия инициирования Wo, мДж Критическая плотность энергии инициирования Ео,, мДж/см2
0.48 1.8 * 10-2 ~10.1
3.18 0.6 7.5
9.52 1.8 2.6
Время задержки вспышки, отсчитываемое от начала генерации, даже вблизи порога инициирования было всегда меньше длительности цуга световых импульсов и с увеличением энергии падающего излучения в целом наблюдалась тенденция к его снижению (см. табл. 6).
Инициирование состава ВС-2 лазерным импульсом в режиме свободной генерации требовало больше энергии, чем в режиме моноимпульса (таблица 5).
Экспериментально установлено, что время задержки инициирования состава ВС-2 в режиме моноимпульса составляло менее 1 мкс, вследствие этого удавалось зафиксировать лишь выброс разогретых продуктов реакции [5]. Проблема оценки времени задержки инициирования состава ВС-2 лазерным моноимпульсом была решена в работах [12, 13], в которых светимость продуктов горения и детонации состава ВС-2 регистрировалась при помощи стрик-камеры «Взгляд-1» [14]. Экспериментальные образцы представляли собой пленочные заряды ВС-2, помещенные в металлическую оболочку (рисунок 5). Диаметр оболочки составлял 5 мм, высота заряда ~ 2 мм. Были получены микрофотографии распространения фронта реакции, инициированной лазерным моноимпульсом (рисунки 6-8).
Рис. 5. Внешний вид экспериментальных образцов состава ВС-2
Рис. 6. Микрофотография колпачка при инициировании лазерным излучением с длиной волны 1060 нм, полустатический режим, развертка 200 нс
Рис. 7. Микрофотография колпачка при инициировании лазерным излучением с длиной волны 538 нм, полустатический режим, развертка 1 мкс, время выдержки в статическом режиме 400 нс
Рис. 8. Микрофотография колпачка при инициировании лазерным излучением с длиной волны 1060 нм, статический режим, время выдержки 2 мкс.
Как видно из микрофотографии (рисунок 6), время задержки инициирования заряда (7) превышает 200 нс. При экспозиции, равной 400 нс, отчетливо видно распространение реакции (рисунок 7), причем скорость процесса (таблица 8) составляет 475 м/с. Это свидетельствует о том, что инициирование происходит в режиме дефлаграции (V), который затем переходит в детонацию. При времени экспозиции, равном 2 мкс (рисунок 8), скорость процесса составляет 610 м/с, при этом на микрофотографии отчетливо видно свечение продуктов, что свидетельствует о начале перехода высокоскоростного горения в детонацию.
Таблица 8. Параметры процесса инициирования
№ п/п L 106, м 107"9, с V, м/с А, нм W, мДж Примечание
1 - 200 - 1060 5 ~ время задержки инициирования
2 190 400 475 538 1 Время выдержки в статическом режиме ~400 нс.
3 1220 2000 610 1060 5 Время выдержки в статическом режиме — 2 мкс.
Важнейшей эксплуатационной характеристикой светочувствительных составов является зависимость изменения давления продуктов взрыва от толщины заряда. Знание этой зависимости важно при исследовании, например, поведения материалов и конструкций, воспринимающих импульсные нагрузки ударного и взрывного типа.
Для определения импульса продуктов взрыва пленочных зарядов ВС-2 р5) был использован метод баллистического маятника. На стальном диске маятника закрепляли пленочные заряды ВС-2 диаметром 1 см, нанесенные на алюминиевую фольгу размером 20х20 мм и толщиной 0.1мм. В процессе экспериментов изменяли толщину зарядов ВС-2, которую оценивали по величине поверхностной плотности массы (т5, мг/см2). Диапазон исследованных толщин зарядов ВС-2 составлял 25-310 мг/см2. Импульсный твердотельный лазер Г0С-30 в режиме моноимпульса (тимп.=30 нс) служил в качестве источника инициирования. Лазерный пучок перед мишенью расширялся таким образом, чтобы плотность энергии в центре пучка не превышала более чем на 20%
плотность энергии на периферии заряда. Кроме того, средняя плотность энергии излучения на образце в 2 раза превышала критическое значение порога инициирования. В этом случае реализовался плоский подрыв образцов ВС-2. На рисунке 9 приведена зависимость ^(т5) для состава ВС-2.
юо гоо «,. ИГ/М4
Рис. 9. Зависимость плотности импульса продуктов взрыва (Js) от поверхностной плотности массы (ms) пленки ВС-2
Экспериментальные данные аппроксимировали полиномом первой степени. Из рисунка 9 видно, что при уменьшении толщины заряда плотность импульса снижается по линейному закону. Однако получить сколь угодно малые импульсы не представляется возможным, так как, начиная с некоторой толщины заряда, не удается вызвать подрыв ВС-2 при плотностях энергии лазерного излучения, соответствующих критическим значениям подрыва образцов большей толщины. Минимальное значение Js = 0.08 кПа^с получено при подрыве покрытия из ВС-2 с поверхностной плотностью ms 30 мг/см2. Дальнейшее уменьшение Js возможно только при увеличении плотности энергии инициирующего лазерного импульса.
Известно, что мелкодисперсная сажа успешно применяется для увеличения восприимчивости энергетических материалов к одиночному импульсу инфракрасных лазеров. Добавка 5% сажи снизила порог инициирования прессованных зарядов комплекса (5) лучом полупроводникового лазера с ~ 972 мДж до ~2.56 мДж, то есть в ~380 раз [14]
В работе было исследовано влияние ультрадисперсной сажи (производство ЗАО «ИСР - Кеми-калс», продукт special black 4, размер частиц ~1 мкм), детонационных наноалмазов (ДНА, производство ЗАО «Алмазный центр», размер конгломератов частиц 40-60 нм), фуллеренов (C60/C70 - 80/20, производство ЗАО «Астрин», размер конгломератов частиц <100 нм), многостенных нанотрубок (размер конгломератов частиц <100 нм, производство ЗАО «Астрин») на порог инициирования светочувствительного состава ВС-2 моноимпульсом неодимового лазера (длина волны 1.06 мкм, время импульса 9 нс, диаметр луча 0.86 мм) [15].
Исследуемые образцы представляли собой медные колпачки диаметром 5 мм и высотой 2 мм, заполненные составом ВС-2 (рисунок 5). Точность измерения порога инициирования составляла ~10%. Было найдено, что сажа, фуллерены и нанотрубки повышают порог инициирования состава ВС-2, то есть являются флегматизаторами. Полученный результат можно объяснить повышением абсорбции излучения поверхностью заряда в присутствии этих добавок, диссипацией поглощенной мелкодисперсной сажей, фуллеренами и нанотрубками лазерной энергии с поверхности образца состава ВС-2, что
приводит к ухудшению условий формирования очага инициирования внутри слоя состава и повышению критической энергии зажигания (рисунок 10).
Е,икДж
0 12 3 4 5
Рис. 10. Влияние добавок аллотропных форм углерода на порог зажигания состава ВС-2
Действие ДНА на состав ВС-2 отличается от действия на него других аллотропных форм углерода. ДНА обладают высокой теплопроводностью и положительной энтальпией образования. Экспериментально определенное значение величины дН0 составляет 2560-2950 кДж/кг, что в 18 раз превышает табличное значение для алмаза. Расчетное значение, с учетом состояния решетки, дает величину дН0 3500 кДж/кг [16]. Такое состояние алмаза предопределило его сильное структурирующее воздействие на окружающую среду и адсорбционные свойства. Введение ДНА до 3% снижает порог инициирования состава ВС-2 моноимпульсом неодимо-вого лазера. Дальнейшее увеличение количества ДНА в составе приводит к снижению его восприимчивости к лазерному излучению. Полученный результат можно объяснить ростом объемной освещенности внутри заряда и улучшением условий формирования очага инициирования вследствие введения детонационных наноалмазов, обладающих значительно более высоким показателем преломления, чем исходный состав. Увеличение порога инициирования состава ВС-2, содержащего 5% ДНА, очевидно, является следствием отрицательного влияния разбавления светочувствительного состава инертной добавкой.
Таким образом, экспериментально показано, что в режиме свободной генерации сенсибилизирующее действие добавок микрочастиц углерода на порог инициирования соли (5) значительно больше, чем в режиме моноимпульса.
Экспериментальные исследования восприимчивости состава ВС-2 проводились с помощью YAG:Nd-лазера, функционирующего в режиме свободной генерации и модулированной добротности резонатора [17]. Длительность импульса YAG:Nd-лазера в режиме свободной генерации составляла 150 мкс. Моноимпульсный режим генерации достигался путем внесения в резонатор лазера пассивного затвора на основе UF с начальным пропусканием 30%, что позволило реализовать при длине резонатора лазера 50 см гигантский импульс с длительностью 50 нс и энергией 100 мДж. При длине резонатора 20 см длительность моноимпульса составила 20 нс.
Процесс взаимодействия моноимпульсной генерации со светочувствительным составом исследовался как на основной длине волны X 1.06 мкм, так и на удвоенной частоте X 0.53 мкм.
Пленочные заряды состава ВС-2 были помещены в латунную оболочку диаметром 5 мм и высотой 2 мм (рисунок 5). Капсюль с составом ВС-2 присоединялся непосредственно к выходному торцу стеклянного световолоконного тракта. Результаты экспериментальных исследований порогов инициирования состава ВС-2 приведены в таблицах 9 и 10.
Таблица 9. Результаты исследований порога инициирования состава ВС-2 _в режиме свободной генерации
№ Диаметр све- Энергия под- Плотность
товода, мкм рыва. энергии
Ш , мкДж подрыва, Е,
мДж/мм2
1 1000 5000 6.4
2 500 1900 6.4
3 300 800 11.4
Таблица 10. Результаты исследований порога инициирования состава ВС-2 _в режиме модулированной добротности
№ Диаметр Энергия Плотность Примечание
светово- подрыва. энергии
да, W , мкДж подрыва,
мкм Е, мДж/мм2
500 210 1.07 X 1.06 мкм, т 50 нс
500 210 1.07 X 1.06 мкм, т 20 нс
500 210 1.07 X 1.06 мкм, X 0.53 мкм, т 20 нс
300 90 1.3 X 1.06 мкм,т 50 нс
70 1.0 X 1.06 мкм,т 20 нс
50 0.7 X 1.06 мкм, т 20 нс
200 40 1.33 X 1.06 мкм, X 0.53 мкм, т 20 нс
200 40 1.33 X 1.06 мкм, т 20 нс
Анализ результатов экспериментальных исследований позволяет сделать следующие выводы:
1. Плотность энергии в режиме моноимпульсной генерации, необходимая для подрыва ВВ, примерно в 10 раз ниже по сравнению с режимом свободной генерации (при одном и том же диаметре световолокна).
2. В лазерных средствах инициирования, очевидно, целесообразно использовать лазерный источник, работающий в режиме моноимпульсной генерации с длительностью импульса не более 20 нс, обеспечивающий совместно с оптической системой плотность энергии на поверхности состава ВС-2 в соответствии с данными таблицы 10.
Состав ВС-2 нашел практическое применение при выполнении ряда научно-исследовательских работ [5]. Так, был разработан макет оптического детонатора (ОД), в котором ВС-2 с целью повышения безопасности был отделен от навески бризантного ВВ металлической чашкой (рисунок 11).
уплотнительное кольцо; 3 - прозрачный защитный слой; 4 - заряд ВС-2; 5 - заряд бризантного ВВ)
Инициирование ОД осуществляли через световод, что во всех случаях приводило к передаче детонации от ВС-2 к взрывчатому веществу, размещенному под чашкой. В результате удалось инициировать такие бризантные Вв как ТЭН и гексоген.
Таким образом, был разработан и успешно испытан макет безопасного ОД нового поколения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства образования РФ, межвузовская аналитическая целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы» на 20092010 гг. Проекты 2.1.1/2908 и 2.1.2/1581.
Литература
1. Таржанов В.И., Литвинов Б.В., Зинченко А.Д. [и др.]. Лазерное инициирование ВВ. Перспективы повышения безопасности взрывных технологий. // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1999. № 910. C. 94-98.
2. Чернай А.В., Соболев В.В., Чернай В.А., [и др.]. Зажигание взрывчатых веществ импульсным лазерным излучением. Глава 11. Физика импульсной обработки материалов / Под ред. В.В.Соболева. Днепропетровск: Арт-Пресс, 2003. С. 267-314.
3. Дудырев А.С., Целинский И.В., Илюшин М.А. Технология энергонасыщенных соединений и продуктов на их основе. Глава 6. Химические технологии / Под ред. П.Д. Саркисова. М.: Минобразования РФ, РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2003. С. 403-488.
4. Жилин А.Ю., Илюшин М.А., Целинский И.В. Перхлорат тетрааммин-цис-бис-(5-нитротеразолато-И2)кобальта (III) - ВВ для безопасных средств инициирования. // Химическая физика. 2002. Т. 21. № 8. С. 53-56.
5. Илюшин М.А., Целинский И.В., Судариков А.М. Разработка компонентов высокоэнергетических композиций / Под ред. И.В. Целинского. СПб.: ЛГУ им. А.С. Пушкина, 2006. 148 с.
6. Chen L. Sheng D., Ma F. Effect of particle size of BNCP on the laser initiation sensityvyty and delay time // Chinese Journal of Energetic Materials. 2007. Vol. 15. N 3. P. 217-219.
7. Угрюмов И.А., Илюшин М.А., Целинский И.В., [и др.]. Синтез и свойства светочувствителных комплексных перхлоратов d-металлов с 3(5)-гидразино-4-амино-1,2,4-триазолом в качестве ли-ганда // Журн. прикл. химии. 2003. Т. 76. Вып.3. С. 454-456
8. Чернай А.В., Соболев В.В., Чернай В.А., [и др.]. Лазерное инициирование взрывчатых составов на основе ди(3-гидразино- 4-амино-1,2,4-триазол)медь (II) перхлората // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39. № 3. С. 105-110
9. Угрюмов И.А., Козлов А.С., Илюшин М.А., [и др.]. Энергоемкие светочувствительные вещества для лазерных систем инициирования // Космiчна наука i технолопя. 2005. Т. 11. № 1. С. 58-60.
10. Илюшин М.А., Целинский И.В. Способ получения перхлората 5-гидразинотетразолртути (II): пат. 2225840 Рос. Федерация. № 20022113197/15; заявл. 20.05.02; опубл. 20.03.04.
11. Ilyushin M.A., TselinskyI.V., UgryumovI.A., [et al.]. Study of Submicron Structured Energetic Coordination Metal Complexes for Laser Initiation Systems // Central European Journal of Energetic Materials. 2005. Vol. 2. N 1. P. 21-33.
12. Дудырев А.С., Илюшин М.А., Осташев В.Б., [и др.]. Исследование процесса детонации при инициировании лазерным излучением: тезисы докладов // XIX Симпозиум «Современная химическая физика». 22 сентября-3 октября 2007.г. Туапсе: ИПХФ РАН, 2007. С. 309-310
13. В.Б. Осташев, Д.В.Королев, В.Н. Гудилин, [и др.]. Исследование ранних стадий процесса детонации зарядов при инициировании лазерным излучением: сб. докладов // XIII Вишняковские чтения 24 марта 2010 г. Бокситогорск: ЛГУ им А.С. Пушкина, 2010. С. 274-279.
14. Zhu Ya., Sheng D., Yang B. Synthesis and properties of laser sensitivity of primary explosive 5-hydrazinotetrazole mercury perchlorate // Chinese Journal of Energetic Materials. 2009. Vol. 17. N 2. P. 169-172.
15. Илюшин М.А., Целинский И.В., Угрюмов И.А, [и др.]. Влияние добавок ультрадисперсных частиц углерода на порог лазерного инициирования полимерсодержащего светочувствительного взрывчатого состава // Химическая физика. 2005. Т. 24. № 10. С. 49-56.
16. Долматов В.Ю. Ультра дисперсные алмазы детонационного синтеза. Санкт- Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. 345 с.
17. Илюшин М.А., Смирнов А.В., Целинский И.В., [и др.]. Оценка перспективности применения лазерных систем инициирования при перфорировании скважин: сб. докладов // XIV Царскосельские чтения. 20-21 апреля 2010 г. СПб.: ЛГУ им А.С. Пушкина, 2010. т.2. с. 325-329
