Смесевое светочувствительное взрывчатое вещество для капсюля оптического детонатора

Изобретение относится к производству взрывчатых веществ для оптических детонаторов и может быть использовано для повышения безопасности работы устройств и снижения требований к инициирующему лазерному устройству. Смесевое светочувствительное взрывчатое вещество содержит порошок пентаэриттетранитрата с добавками наночастиц металла и выполнено в виде прессованных таблеток. В качестве наночастиц металла взято железо 0,15 и 0,4 мас.%. Использование изобретения позволяет снизить порог лазерного инициирования капсюльных составов типа «бризантное взрывчатое вещество-наночастицы металлов». 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области производства взрывчатых веществ (ВВ) для оптических детонаторов и может быть использовано для повышения безопасности работы устройств и снижения эксплуатационных требований к детонатру. Изобретение решает задачу поиска оптимального содержания наночастиц в капсюльном составе типа «бризантное взрывчатое вещество-наночастицы металла» на примере «пентаэритриттетранитрат-наночастицы железа», что позволяет достичь минимальных пороговых условий инициирования состава лазерным импульсным излучением.

В настоящее время в горнодобывающей промышленности актуально повышение надежности работы взрывных устройств, которое может быть достигнуто с использованием лазерного инициирования. Известен капсюль-детонатор и инициирующий состав (патент RU №2046275, МПК F42B 3/10, C06B 45/20, опубл. 20.10.1995). В качестве инициирующего состава используется вещество с компонентами, масс. %: азид свинца 80-85, тетранитрорезорционат свинца 7-8, пироксилиновый порох остальное.

Известен способ регулирования порога инициирования оптического детонатора (патент RU №2538263, МПК C06B 49/00, F42C 13/02, опубл. 10.01.2015) на основе азида серебра, позволяющий с помощью предварительного облучения варьировать чувствительность к лазерному воздействию.

Недостатком двух вышеперечисленных решений является использование высокочувствительных инициирующих взрывчатых веществ в качестве основных компонентов капсюльного состава.

Известен детонатор на основе светочувствительного взрывчатого вещества (патент на изобретение RU №2427786, МПК F42B 3/113, опубл. 27.08.2011), где смесевое светочувствительное ВВ выполнено в виде запрессованного до плотности 0,9÷1,1 г/см³ материала из смеси высокодисперсного пентаэриттетранитрата (ТЭН) с удельной поверхностью 4000÷20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5 соответственно. Недостатком является неоптимизированное содержание нанометалла в смесевом светочувствительном ВВ, использующемся в детонаторе.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является капсюль-детонатор на основе светочувствительного взрывчатого вещества (патент на полезную модель RU №157624, МПК F42B 3/113, опубл. 10.12.2015), где ВВ представляет собой запрессованный до плотности 1,73 г/см³ ТЭН, содержащий 0,1 масс. % наночастиц кобальта.

Недостатком ближайшего аналога является неоптимизированное содержание нанометалла в смесевом светочувствительном ВВ, использующемся в детонаторе, которое не обеспечивает достижения наименьшего порога лазерного воздействия.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение порога лазерного инициирования капсюльных составов типа «бризантное взрывчатое вещество-наночастицы металлов» путем оптимизации содержания в них нанометалла.

Поставленная задача решается получением смесевого светочувствительного ВВ для капсюля оптического детонатора. Смесевое светочувствительное ВВ содержит порошок ТЭНа с добавками наночастиц металла и выполнено в виде прессованных таблеток. В качестве наночастиц металла взято железо 0,15 и 0,4 масс. %.

На фиг. 1 изображены измеренные зависимости критической плотности энергии лазерного излучения первой (1064 нм, ○) и второй (532 нм, □) гармоник Nd:YAG лазера на поверхности светочувствительного взрывчатого вещества от массовой доли наночастиц железа.

Для получения смесевого светочувствительного ВВ в порошок ТЭНа добавляют наночастицы железа до получения нужной массовой доли (0,15 и 0,4 масс. %). Средний диаметр наночастиц железа составляет 75 нм. Смесь помещают в гексан и перемешивают в ультразвуковой ванне в течении 20 минут для получения равномерного распределения наночастиц в объеме смеси. После этого смесь сушат на воздухе до постоянной массы.

Для получения прессованных таблеток смесевое ВВ прессуют в отверстие диаметром 3 мм в центре медной пластины толщиной 1 мм до плотности 1,73±0.03 г/см³.

Для определения оптимального количества наночастиц железа в смесевом ВВ выполнили лазерное инициирование взрывного разложения полученных образцов. В качестве источника инициирования использовали первую (1064 нм) и вторую (532 нм) гармоники Nd:YAG лазера, работающего в режиме модулированной добротности с длительностью импульса 14 нс. Излучение фокусировали на образец с помощью линзы, при этом диаметр светового пятна составил 2,5 мм. Распределение интенсивности излучения по сечению лазерного пучка близко к прямоугольному. Стеклянную пластину с образцом помещали на алюминиевую подложку и накрывали со стороны лазерного луча пластиной из оптического стекла толщиной 2 мм. На конструкцию накладывали медную пластину с отверстием в центре диаметром 2 мм для ввода излучения, которая плотно прижимала стеклянную пластину к поверхности образца с помощью винтов. Использование такой схемы позволяет приблизить условия определения порога лазерного инициирования полученного смесевого ВВ к реализуемым в оптических детонаторах.

На фиг. 1 видно, что в зависимости от массовой доли наночастиц железа критическая плотность энергии инициирования взрыва импульсным излучением первой гармоники неодимового лазера изменяется в диапазоне 2,0÷0,5 Дж/см² (○), а второй гармоники - в диапазоне 0,6÷2,3 Дж/см² (□). Оптимальная массовая доля наночастиц железа в случае первой гармоники составляет 0,40 масс. %, а в случае второй - 0,15 масс. %. При этом значение критической плотности энергии инициирования взрыва составило 0,5 Дж/см² и 0,6 Дж/см² соответственно.

Благодаря уточнению природы и оптимальной массовой доли наночастиц металла в капсюльном составе типа «бризантное взрывчатое вещество-наночастицы металлов» критическая плотность энергии инициирования взрыва импульсным излучением полученного смесевого светочувствительного ВВ в три раза ниже, чем в случае ближайшего аналога (1,7 Дж/см²).

1. Смесевое светочувствительное взрывчатое вещество для капсюля оптического детонатора, включающее порошок ТЭНа с добавками наночастиц металла и выполненное в виде прессованных таблеток, отличающееся тем, что в качестве металла взято железо.

2. Вещество по п. 1, отличающееся тем, что наночастицы железа взяты в количестве 0,15 масс. %.

3. Вещество по п. 1, отличающееся тем, что наночастицы железа взяты в количестве 0,4 масс. %.