Устройство снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излучения инициирования взрывчатых веществ

Полезная модель относится к области использования в горном деле, строительстве, геофизике, взрывообработке металлов и т.д. Она используется для снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излучения при инициировании взрывчатых веществ в 23 раза, снижения стоимости изготовления взрывного устройства, низкой трудоемкости в использовании.

Устройство содержит цилиндрическую емкость с размещенным в ней взрывчатым зарядом, оптический взрыватель фокусирующего поток лазерного излучения, связный с лазерным источником света через световод с импульсом воздействия. На продольной оси внешней поверхности взрывчатого заряда имеется коническое углубление. Заглубление фокусного пятна оптического взрывателя составляет незначительную величину.

Полезная модель относится к области взрывных технологий и может быть использовано в горном деле, строительстве, геофизике, взрывообработке металлов и т.д.

Известно следующее взрывное устройство высокой производительности [1]. Изобретение относится к взрывным устройствам для дробления и выброса грунта. Взрывное устройство содержит корпус, взрыватель, заряд, преобразователь, лазер, световоды, источник электропитания и пульт управления. Для увеличения производительное и устройства - (величины отношения мощности взрыва к объему взрывною устройства), взрыватель выполнен в виде пяти твердотельных конусов. наполненных газом гелий-3, имеющих отверстие в вершине каждого конуса. При этом четыре конуса расположены с попарно взаимно перпендикулярными осями и перпендикулярно оси корпуса, а пятый - вдоль оси корпуса, примыкая к вершине заряда. Заряд выполнен в виде шарового сектора, заключенного в полимерную оболочку и наполненного газом гелий-3 под давлением. Преобразователь выполнен в виде шарового слоя из волокнистого композита и примыкает к шаровой поверхности заряда, при этом волокна ориентированы под различными углами, а лазер выполнен в виде решетки инжекционных полупроводниковых лазеров с накачкой импульсным током.

Недостатками данного устройства является сложность в формировании взрывателя и заряда и дороговизна его изготовления за счет наличия большого числа элементов и их компоновки, стоимость компонентов прибора достигает 70 тыс. рублей, т.к. основной вклад в нее вносят инжекционные лазеры и их блоки питания, а так же используется дорогой и редкий газ - гелий-3.

Известно взрывное устройство [2], которое относится к области промышленного использования энергии взрыва. Повышение эффективности в работе устройства достигается за счет изменения степени фокусировки лазерного излучения на прозрачной перегородке. Взрывное устройство включает лазер, коммутирующий элемент световоды, оптический взрыватель с фокусирующими линзами, аксикон, прозрачную перегородку и подрывной заряд. Наличие во взрывном устройстве дополнительного аксикона дает возможность фокусировать лазерное излучение в виде кольца, а не в виде точки, что существенно снижает тепловую нагрузку на элементы устройства и за счет этого повышает эффективность его в работе.

Недостатками данного устройства является сложность юстировки системы и дороговизна изготовления его за счет наличия большого числа элементов и их компоновки из-за наличия в системе оптических элементов взрывного устройства стоимость возрастает на 5 тыс. рублей.

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели было выбрано устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [3]. Взрывание групп оптических детонаторов в заданной последовательности при минимальной длине световодов. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам включает подрывные элементы с оптическими детонаторами. Они связаны через световоды с источником лазерного излучения, выполненным в виде импульсного твердотельного или полупроводникового лазера. Устройство снабжено котировочным газовым лазером, оптической трубой и коммутирующим устройством, состоящим из прямоугольной призмы с механизмом ее вращения с заданной частотой. Оно также включает блоки контроля и регулирования частоты вращения прямоугольной призмы и оптических линз. При этом котировочный газовый лазер оптически связан с прямоугольной призмой через активный элемент твердотельного лазера, а в фокусе оптических линз размещены входные торцы световодов от оптических детонаторов подрывных элементов. Данное выполнение устройства позволяет посылать импульсы от твердотельного лазера к определенным группам оптических детонаторов через заданные промежутки времени. За счет наличия воздушного промежутка между прямоугольной призмой и оптическими линзами существенно сокращается длина световодов.

Недостатком данного устройства является сложность юстировки системы и дороговизна изготовления его за счет наличия большого числа элементов и их компоновки. Стоимость взрывного устройства существенно возрастает из-за наличия в системе большого числа оптических элементов

Техническим результатом полезной модели является устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам, включающее подрывные элементы с оптическими детонаторами, соединенные с источником оптического излучения через световоды и коммутирующий элемент. Для снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излучения для инициирования взрывчатых веществ, снижения стоимости изготовления взрывного устройства, низкой трудоемкости использования источник лазерного излучения выполнен в виде импульсного твердотельного лазера. Коммутирующий элемент включает прямоугольную призму, механизм ее вращения с заданной частотой, блоки контроля и регулирования частоты вращения прямоугольной призмы и оптические линзы, в фокусе которых размещены входные торцы групп световодов от оптических детонаторов подрывных элементов.

На рисунке 1 представлено устройство снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излечения инициирования взрывчатых веществ. Оно состоит из цилиндрической емкости 1 и размещенным в ней взрывчатым зарядом 2, с оптическим взрывателем 3, фокусирующего поток лазерного излучения, связанного с лазерным источником через световод с импульсом воздействия, отличающееся тем, что на продольной оси внешней поверхности взрывчатого заряда 2 имеется коническое углубление диметром D₀ и углом a заглубление фокусного пятна оптического взрывателя составляет величину H.

Устройство снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излучения инициирования взрывчатых веществ работает следующим образом. Цилиндрическую емкость 1 с относительным диаметром H₀/D₀ >1,0 и размещенным в ней взрывчатым зарядом 2, с оптическим взрывателем 3, фокусирующего поток лазерного излучения с углом =4560°, связанный с лазерным источником через световод с импульсом воздействия менее 0,01 сек, имеет вдоль продольной оси внешней поверхности взрывчатого заряда 2 коническое углубление диаметром D₀/d=23 и углом /=23. При заглублении фокусного пятна оптическою взрывателя на величину Н=(0,10,2)d·arctg(/2) происходит увеличение площади поверхности инициирования в 23 раза. При этом увеличивается внутреннее давление и температура очага инициирования, что приводит к снижению величины критического объема и плотности инициирования взрывчатых веществ в 23 раза. Здесь обозначено: H₀ - высота емкости, D₀ - диаметр цилиндрической емкости, - угол фокусирующего потока, d - диаметр углубления, - угол конического углубления, Н - заглубление фокусного пятна оптического взрывателя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.Н.Ванин. Взрывное устройство высокой производительности [Текст] Ванин В.Н. Описание изобретения к патенту 2212624, МПК F42B 3/02, F42D 1/04 12.07.2001 - 7 с.

2. А.Н.Бондаренко. Взрывное устройство [Текст] Бондаренко А.Н.; Заявка на изобретение 93015095, МПК F42B 3/113, 23.03.1993 - 6 с.

3. А.Н.Бондаренко. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [Текст] Бондаренко А.Н., Шевкун Е.Б., Мирошников В.И., Леоненко Н.А. Заявка на изобретение 95108574, МПК F42B 3/02 25.05.1995 - 6 с.

Прототип:

А.Н.Бондаренко. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [Текст] Бондаренко А.Н., Шевкун Е.Б., Мирошников В.И., Леоненко Н.А. Заявка на изобретение 95108574, МПК F42B 3/02 25.05.1995 - 6 с.

Устройство снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излучения инициирования взрывчатых веществ, содержащее цилиндрическую емкость с относительным диаметром H ₀/D₀>1.0 и размещенным в ней взрывчатым зарядом, с оптическим взрывателем, фокусирующим поток лазерного излучения с углом =4560°, связанным с лазерным источником через световод с импульсом воздействия менее 0,01 с, отличающееся тем, что на продольной оси внешней поверхности взрывчатого заряда имеется коническое углубленнее диаметром D₀/d=23 и углом /=23, а заглубление фокусного пятна оптического взрывателя составляет H=(0,10,2)d·arctg(/2), где H₀ - высота емкости, D₀ - диаметр цилиндрической емкости, - угол фокусирующего потока, d - диаметр углубления, - угол конического заглубления взрывчатого заряда, H - заглубление фокусного пятна оптического взрывателя.