Устройство для воздействия на вещество ударными волнами высокого давления

 

Устройство может быть применено в области исследований свойств веществ под действием высокого давления. Устройство состоит из цилиндрической металлической ампулы с полостью для размещения вещества, на наружней поверхности ампулы установлен заряд взрывчатого вещества с инициирующим устройством, причем заряд выполнен составным по длине из высокоскоростного и низкоскоростного взрывчатых веществ. Первый заряд перекрывает зону расположения полости, второй - примыкает к ней. Инициирующее устройство, установлено на свободном торце заряда взрывчатого вещества. Все устройство, установлено на поддоне. Устройство позволяет подвергать взрывному нагружению ударной волной вещества в сохраняемой ампуле для последующего анализа, при давлениях нагружения до нескольких Мбар. 2 ил.

Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для изучения воздействия ударных волн высокого давления на вещества.

Известно устройство для воздействия на вещество с помощью ударных волн сверхвысокого давления [1] Оно содержит осесимметричный керн с полостями для размещения вещества, соосную с керном металлическую оболочку с размещенным на ее наружной поверхности зарядом взрывчатого вещества и дополнительную оболочку между керном и основной оболочкой для обеспечения сохранности керна. Недостатком этого устройства является ограниченный диапазон давлений из-за невозможности сохранения ампулы, испытывающей дополнительные импульсные механические нагрузки в радиальном направлении от действия ударника.

Известно также устройство для ударной обработки высоким давлением сжимаемого материала [2] Оно содержит длинную цилиндрическую оболочку с заключенным в ней обрабатываемым материалом и коаксиально ей деформируемую оболочку с размещенным на ее наружной поверхности основным зарядом взрывчатого вещества непрерывно взрывающимся в продольном направлении с воздействием на деформируемую оболочку с обрабатываемым материалом. Для предотвращения разрушения оболочки в начальной и конечной зонах расположены дополнительные заряды.

Недостатками этого устройства являются искажение воздействия на вещество от детонационных волн, генерируемых торцевых зарядами, а также ударные механические нагрузки от действия деформируемой дополнительной оболочки на основную оболочку, что снижает диапазон давлений при условии ее сохранения.

Наиболее близким к заявленному является устройство сверхвысокого давления для взрывной обработки материалов [3] содержащее заряд взрывчатого вещества с осевым детонатором, аксиально установленный в нем, как привило, с двойной стенкой цилиндрический контейнер для обрабатываемого материала.

Недостатком устройства является невозможность сохранения герметичности контейнера с обрабатываемым материалом при достижении высоких давлений порядка 1 Мбар.

Решаемой технической задачей является создание устройства для исследования состояния вещества в результате воздействия на него ударных волн высокого давления от сотен Кбар до нескольких Мбар при условии сохранения герметичности контейнера с исследуемым образцом для последующего его анализа.

Задача решается устройством, содержащим заряд взрывчатого вещества, инициирующее его устройство, аксиально установленный в заряде контейнер в виде цилиндра в полостью для размещения вещества, при этом согласно изобретению, заряд выполнен составным по длине из высокоскоростного взрывчатого вещества, перекрывающего по наружной цилиндрической поверхности контейнера зону расположения полости и примыкающего к нему заряда низкоскоростного взрывчатого вещества, причем инициирующее устройство установлено на свободном торце заряда, а контейнер с зарядом -на поддоне.

Совокупность указанных существенных признаков необходима для решения поставленной задачи, исходя из объяснения факторов, определяющих протекание процесса нагружения.

В результате инициирования заряд взрывчатого вещества (ВВ) по свободной торцевой поверхности, по оси контейнера формируется тришоковая ударная волна, движущаяся вдоль оси цилиндра со скоростью детонации окружающей его ВВ. Энергия, вводимая в тришоковую зону, зависит от скорости детонации применяемого ВВ, а также от термодинамических свойств исследуемого вещества. В случае реализации давлений нагружения более 1 Мбар металл контейнера с веществом в зоне тришоковой волны теряет прочность (в том числе и расплавляется) и выносится ударной волной, формируя вдоль оси контейнера канал, через который выбрасывается и исследуемое вещество.

Для исключения разгерметизации контейнера при высоких давлениях нагружения, когда происходит потеря прочности металла контейнера, заряд ВВ с требуемым уровнем энергии перекрывает зону полости с исследуемым вещество, а к нему примыкают низкоскоростное ВВ, энергии которого недостаточно для потери прочности материалом контейнера. Таким образом, энергия тришоковой ударной волны в зоне, не влияющей на исследуемое вещество, снижается до уровня, позволяющего сохранить герметичность контейнера с веществом и тем самым использовать полученные в результате нагружения веществ для дальнейших анализов.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, при котором низкоскоростное ВВ расположено в нижней части контейнера, в варианте. На фиг. 2 второй вариант устройства, при котором низкоскоростное вещество расположено по обеим сторонам высокоскоростного вещества.

Устройство состоит из цилиндрического контейнера 1 с полостью для исследуемого вещества 2. На цилиндрической поверхности контейнера в зоне размещения полости установлен заряд высокоскоростного ВВ [3] К нему примыкает с одной (вариант 1) или с обеих (вариант 2) сторон заряд низкоскоростного ВВ 4. Вся сборка установлена одним торцем на металлический поддон 5. Инициирующее устройство 6 размещено на свободном торце заряда ВВ.

Устройство работает следующим образом. В результате инициирования ВВ по свободной торцевой поверхности по оси контейнера формируется тришоковая ударная волна, движущаяся вдоль цилиндрической поверхности на протяжении всей длины используемого заряда ВВ. Под действием давления и тепловой энергии, перекрывающего зону расположения полости с исследуемым веществом 2, металл контейнера 1 в зоне тришоковой волны теряет прочность, что привело бы к выносу его ударной волной через канал, сформировавшийся по оси контейнера. При наличии примыкающего к заряду 3 низкоскоростного заряда ВВ 4 этого не происходит из-за снижения тришоковой ударной волны до уровня, недостаточного для потери прочности металлом контейнера, с одной стороны (вариант 1) или обеих (вариант 2) сторон полости.

Наличие поддона 5 предотвращает возможность откольного разрушения дна контейнера 1. Таким образом обеспечивается сохранность контейнера с исследуемым веществом в процессе нагружения ударной волной до давления, необходимого по условиям эксперимента для дальнейшего анализа.

Формула изобретения

Устройство для воздействия на вещество ударными волнами высокого давления, содержащее заряд взрывчатого вещества с инициирующим устройством, аксиально установленный в нем металлический цилиндрический контейнер с полостью для размещения веществ, отличающееся тем, что заряд выполнен составным по длине из высокоскоростного взрывчатого вещества, перекрывающего зону расположения полости по наружной цилиндрической поверхности контейнера, и примыкающего к нему низкоскоростного взрывчатого вещества, контейнер с зарядом установлен на поддоне, а инициирующее устройство на свободном торце заряда.

РИСУНКИ

Рисунок 1