Устройство лазерного инициирования детонации

Полезная модель относится к области взрывных технологий и может быть использована в горном деле, строительстве, геофизике, взрывообработке металлов и т.д. Цель разработки - снижение потерь энергии лазерного излучения для инициирования взрывчатых веществ, снижение себестоимости изготовления взрывного устройства с использованием маломощных полупроводниковых лазеров со встроенным оптоволокном и устранением оптических элементов, упрощение эксплуатации.

Устройство передает на значительные расстояния (2030 м) потоки лазерного излучения с плотностью мощности (100500 Вт/см²) в гильзу, в которой легко инициируемое вещество имеет коническую выемку и выполнено из комплексных соединений тяжелых металлов: НКТ, ЦИРКОН или ТЭН с добавлением 2,5% графита, а основное бризантное вещество выполняется из ТЭНа или ГЕКСОГЕНа при относительной плотности 0,750,78.

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

Известно устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [1]. Взрыв групп оптических детонаторов в заданной последовательности проводится при минимальной длине световодов. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам включает подрывные элементы с оптическими детонаторами, связанные через световоды с источником лазерного излучения. Он выполнен в виде импульсного твердотельного или полупроводникового лазера. Устройство снабжено котировочным газовым лазером, оптической трубой, а также коммутирующим устройством, состоящим из прямоугольной призмы с механизмом ее вращения с заданной частотой. Также имеются 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. 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 оптической системы, высокая стоимость его изготовления из-за наличия большого числа элементов и их юстировки при выполнении компоновки. Стоимость взрывного устройства существенно возрастает из-за наличия в системе одноразового использования большого числа оптических элементов.

В качестве прототипа предлагаемой модели было выбрано устройство лазерного инициирования детонации [2], работа которого осуществляется следующим образом. Оно включает блок питания лазерной системы, фокусирующую оптическую систему, устройство передачи энергии лазерного излучения к детонатору. Его отличие от ранее известных устройств состоит в том, что используется полупроводниковый лазер, запуск которого проводится через блок кодировки сигнала. Блок кодировки сигнала обеспечивает защиту устройства от несанкционированного инициирования взрыва. Блок питания лазерной системы обеспечивает работу полупроводникового лазера. Поток мощного импульсного лазерного излучения фокусируется оптической системой и поступает на устройство передачи энергии к детонатору или пиропатрону. Через входной участок оптоэлектронной системы излучение поступает в оптоволокно и достигает входного фокусирующего участка. Детонация воспламеняющегося вещества с повышенной чувствительностью к лазерному излучению, инициируется сфокусированным потоком излучения в корпусе детонатора или пиропатрона.

Однако данное устройство для инициирования детонации взрывчатого вещества излучением использует дорогостоящий мощный импульсный полупроводниковый лазер. Поток лазерного излучения проходит через одноразовую в использовании оптическую систему и оптоволокно с большой потерей величины мощности. Фокусировка излучения внутри детонатора или пиропатрона проводится с незначительной точностью фиксации фокального положения относительно поверхности вещества повышенной чувствительности к лазерному излучению.

Техническим результатом является снижение потерь энергии лазерного излучения для иницирования детонации взрывчатых высокоэнергетических веществ (ТЭНа, ГЕКСОГЕНа и др.), снижение себестоимости изготовления взрывного устройства при использовании маломощных полупроводниковых лазеров и устранении оптических элементов, упрощение эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что схема устройства лазерного иницирования детонации взрывчатых веществ имеет вид, представленный на рисунке 1.

Оно содержит: 1 - блок питания полупроводникового лазера, запуск которого проводится через блок кодировки сигнала, 2 - полупроводниковый лазер со встроенным оптоволокном 3, обеспечивающим передачу излучения на расстояние 3050 м плотностью мощности (1050 Вт/см²), 4 - комбинированную оптическую розетку, передающую поток излучения в отрезок оптоволокна 5 с плотностью мощности (100500 Вт/см²), конец оптоволокна соприкасается торцем с поверхностью инициируемой части заряда, 6 - гильзу, в которую помещены инициируемое 7, 8 - основное бризантное взрывчатое вещество и легко инициируемое 9 вещества, 10 - амортизатор, обеспечивающий точность фиксации оптоволокна повышенной плотности мощности без зазора.

Легко инициируемое вещество выполнено из комплексных соединений тяжелых металлов, например, «НКТ», «ЦИРКОН» или ТЭНа с добавлением 2,5% графита, а основное бризантное вещество выполнено из ТЭНа или ГЕКСОГЕНа при относительной плотности 0,750,78.

Техническим результатом наличия добавки графита является снижение потерь энергии лазерного излучения при воспламенении данных комплексных соединений за счет снижения их отражательных характеристик.

Комплексные соединения тяжелых металлов имеют, следующие виды [3]:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Таржанов, В.И. Предвзрывные явления при быстром инициировании бризантных взрывчатых веществ [Текст] / В.И. Таржанов // Физика горения и взрыва, 2003, 3. С.10-12.

2. Ципилев, В.П. Стенд для исследования кинетики взрывного разложения конденсированных сред при воздействии импульсов лазерного излучения [Текст] / В.П. Ципилав // Техническая наука. Томский политехнический университет. Томск, 2000. С.99-103.

3. Илюшин М.А., Целинский И.В., Смирнов А.В., Бачрина И.В. Энергоемкие комплексы как взрывчатые вещества для средств инициирования. Сборник трудов Санкт-Петербургского государственного технологического института. Санкт-Петербург, 2009-С65-81.

Прототип:

4. Ципилев, В.П. Стенд для исследования-, кинетики взрывного разложения конденсированных сред при воздействии импульсов лазерного излучения [Текст] / В.П. Ципилев // Техническая наука. Томский политехнический университет. Томск, 2000. С.99-103.

Устройство лазерного инициирования детонации, содержащее блок питания полупроводникового лазера, полупроводниковый лазер со встроенным оптоволокном, конец оптоволокна соприкасается торцем с поверхностью инициируемой части заряда, гильзу, в которую помещены основное бризантное взрывчатое вещество и легко инициируемое вещество, амортизатор оптоволокна повышенной плотности мощности без зазора с инициируемым зарядом, отличающееся тем, что легко инициируемое вещество выполнено из комплексных соединений тяжелых металлов: «НКТ», «ЦИРКОН» или ТЭН с добавлением 2,5% графита, а основное бризантное вещество выполнено из ТЭНа или ГЕКСОГЕНа при относительной плотности 0,750,78.