Способ регулирования порога инициирования оптического детонатора
Владельцы патента RU 2538263:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) (RU)
Изобретение относится к области технологии производства оптических детонаторов на основе светочувствительного вещества - азида серебра и может быть использовано для регулирования порога срабатывания оптических детонаторов. В соответствии с предложением на азид серебра воздействуют дозированным оптическим излучением путем предварительной обработки азида серебра оптическим излучением длиной волны 380±10 нм и интенсивностью в пределах 1*1014 квант/см2 до 2*1016 квант/см2 в течение 5-20 мин. После чего проводят инициирование детонатора энергией оптического излучения выше энергии излучения предварительной обработки. Изобретение обеспечивает более управляемую эксплуатацию детонаторов, позволяет повысить устойчивость кристаллов азида серебра по отношению к термическому, радиационному и фоторазложению и обеспечивает сохранение рабочих характеристик при хранении до года и выше без принятия специальных мер по их сохранности. 1 табл.
Изобретение относится к области технологии производства оптических детонаторов на основе светочувствительного вещества - азида серебра и может быть использовано для регулирования порога срабатывания оптических детонаторов.
В настоящее время на угледобывающих предприятиях при взрывных работах используются инициирующие взрывчатые вещества (ИВВ) низкого класса предохранительности. В условиях труднопредсказуемых выбросов метана это систематически приводит к взрывам шахтного газа, травмированию и гибели людей. Для изменения сложившейся ситуации необходимо применять при взрывных работах надежные и безопасные оптические детонаторы, в качестве рабочего тела которых используются ИВВ, в частности кристаллы азида серебра (АС). Последние небезопасны при хранении и быстро теряют эксплуатационные свойства в условиях повышенной температуры. Разработанный способ позволяет преодолеть этот недостаток и открывает возможность более широко использовать азид серебра в качестве рабочего тела оптического детонатора. Способ регулирования чувствительности инициирующего взрывчатого вещества - азида серебра для детонаторов может использоваться в организациях и на предприятиях, занимающихся разработкой и созданием детонаторов для проведения вскрышных и проходческих работ на угледобывающих предприятиях.
Известно получение микрокристаллов азида серебра (RU 2130423, С01В 21/08, C01G 5/00, С06В 35/00, опубл. 20.05.1999), которые могут быть использованы в качестве ИВВ в оптическом детонаторе. Данные микрокристаллы азида серебра (МКАС) имеют определенную устойчивость к тепло-, фото- и радиационному разложению, которую они приобретают за счет специальной технологии синтеза. Однако сроки хранения данных МКАС при сохранении взрывчатых свойств не превышают 1-2 месяца.
Известно использование МКАС в качестве ИВВ в лазерном оптическом детонаторе (GB 2056633, С06С 7/00, опубл. 18.03.1981), в котором ИВВ азид серебра совмещен в детонаторе с взрывной композицией (PETN). Регулирование задержки времени срабатывания детонатора достигается за счет вариантов различного расположения ИВВ и взрывной композиции по отношению друг к другу. Инициирование производится с энергией импульса 500-600 мДж за 1 мс.
Свойства самого инициирующего взрывчатого вещества - азида серебра, используемого в таком детонаторе, не влияют на регулирование его срабатывания. А специальное размещение ИВВ и взрывной композиции относительно друг друга усложняет конструкцию детонатора.
Задачей предлагаемого изобретения является создание возможности регулирования порога инициирования кристаллов азида серебра, которое создаст возможность контроля порога инициирования, и существенное снижение вероятности несанкционированного срабатывания детонаторов, в которых он используется в качестве ИВВ. Кроме того, использование таких ИВВ позволит упростить систему управления детонированием.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагается способ регулирования порога инициирования оптического детонатора при использовании азида серебра в качестве инициирующего взрывчатого вещества, на которое воздействуют дозированным оптическим излучением, осуществляемым путем предварительной обработки азида серебра оптическим излучением длиной волны 380±10 нм и интенсивностью в пределах от 1·1014 квант/см2 до 2·1016 квант/см2 в течение 5-20 мин, и последующим инициированием детонатора энергией оптического излучения выше энергии излучения предварительной обработки.
Инициирующее вещество - азид серебра используют в виде нитевидных монокристаллов или макрокристаллов с размерами 10×0.2×0.05×мм3 и 0.5×0.4×0.4 мм3.
Изобретение основано на том, что кристаллы АС обладают высокой чувствительностью к воздействиям различной природы и, в частности, к оптическому излучению. Экспериментальные исследования показали, что регулирование пороговой плотности энергии инициирования монокристаллов АС возможно за счет предварительной их обработки импульсным оптическим излучением. Установлено, что предварительную обработку монокристаллов АС необходимо проводить оптическим излучением с длинной волны около 380 нм, на которой за счет создания центров рекомбинации, понижающих нарастание фронта реакции, происходит повышение пороговой плотности энергии инициирования кристаллов АС. Найдены условия предварительной обработки (засветки оптическим излучением): интенсивность излучения от 1·1014 до 2·1016 квант/с·см2, время обработки 5-20 минут.
Способ осуществляется следующим образом.
Для практического осуществления использовалась специально собранная экспериментальная установка, позволяющая облучать образцы азида серебра в спектральном диапазоне 370-390 нм с интенсивностями не ниже 1·1014 квант/с·см2 и инициировать взрывное разложение ИВВ. Установка состоит из:
- импульсного лазера с длиной волны от 355 до 1064 нм, длительностью импульса до 1 мкс и максимальной энергией импульса 20 Дж;
- оптической системы формирования светового пучка заданных параметров на поверхности образца, состоящей из лазера, светодиода и системы линз;
- блока синхронной цифровой регистрации свечения реагентов на нескольких длинах волн типа фотоэлектронного умножителя.
Предлагаемый способ регулирования чувствительности заключается в следующем.
В качестве образцов используют нитевидные или макрокристаллы азида серебра с характерными размерами 10×0.2×0.05 мм3 и 0.5×0.4×0.4 мм3. Концентрация основных примесей в кристаллах (Fe, Si, Са, Mg, Al, Na) не превышает 1017 см-3. Образец помещают на стеклянную подложку при комнатных условиях. Подложку с монокристаллом помещают таким образом, чтобы кристалл находился на пути действия лазерного луча. Облучают одномодовым одночастотным неодимовым лазером (диапазон длин волн лазера от 355 до 1064 нм, длительность излучения до 1 мкс, максимальная энергия импульса 20 Дж при длительности импульса постоянной и равной на полувысоте 30 нс). Излучение лазера фокусируют на образец в виде светового пятна диаметром 600 мкм с равномерным распределением интенсивности. Предварительно кристалл облучают излучением неодимового лазера с длиной волны (380±10)нм и интенсивностью 1·1014 квант/с·см2 в течение 20 мин. После облучения кристалл остается на той же подложке и затем подвергается действию импульса неодимового лазера (первая гармоника - длина волны 1064 нм, плотность энергии 46±10 мДж/см2).
Исходные образцы с указанными параметрами, не подвергнутые действию предварительного облучения, взрываются при действии лазерного импульса с плотностью энергии 26±2 мДж/см2.
Результаты регулирования интенсивности лазерного оптического излучения и времени предварительной обработки кристаллов сведены в таблицу. Данные таблицы показывают, что уже при обработке излучением интенсивностью 1·1014 квант/с·см2 в течение 5 мин наблюдается увеличение пороговой плотности энергии инициирования до 34±6 мДж/см2, против пороговой плотности энергии необлученных кристаллов АС 26±2 мДж/см2, то есть в 1.5 раза.
А, например, кристаллы азида серебра, подвергнутые предварительному воздействию облучения в том же спектральном диапазоне с интенсивностью 2·1014 квант/с·см2 в течение 20 мин, характеризуются плотностью энергии инициирования в 3 раза большей, чем соответствующая величина для необлученных кристаллов.
Увеличение интенсивности энергии облучения выше 2·1016 квант/с·см2 эффекта не дает.
Разработанный способ регулирования чувствительности инициирующего взрывчатого вещества - азида серебра обеспечивает более управляемую эксплуатацию компонентов детонаторов. Использование разработанного способа позволит повысить устойчивость кристаллов азида серебра по отношению к термическому, радиационному и фоторазложению, а также обеспечит сохранение рабочих характеристик при хранении до одного года и выше, при необходимости, без принятия специальных мер по их сохранности.
| Таблица | ||||
| Длина волны получения 380 нм | ||||
| I, квант/см2
t, мин |
5 | 10 | 20 | 22 |
| 1*1014 | Плотность энергии инициирования, мДж/см2 | |||
| 34±6 | 40±7 | 46±10 | 46±10 | |
| 2*1014 | 43±7 | 51±7 | 62±11 | 62±11 |
| 1*1916 | 52±7 | 57±8 | 61±11 | 61±11 |
| 2*1016 | 57±8 | 59±8 | 62±11 | 62±11 |
Способ регулирования порога инициирования оптического детонатора при использовании азида серебра в качестве инициирующего взрывчатого вещества, на которое воздействуют дозированным оптическим излучением, путем предварительной обработки азида серебра оптическим излучением длиной волны 380±10 нм и интенсивностью в пределах 1·1014 квант/см2 до 2·1016 квант/см2 в течение 5-20 мин, и последующим инициированием детонатора энергией оптического излучения выше энергии излучения предварительной обработки.
