Введение к работе
Актуальность исследований
В настоящее время разработка смесевых составов на основе бризантных взрывчатых веществ (ВВ) и включений различных нано и ультрадисперсных материалов актуальна для создания конструкций детонаторов штатных ВВ, инициируемых лазерными импульсами для применения в промышленности и специальной технике. Светодетонаторы имеют ряд преимуществ перед применяемыми в настоящее время электродетонаторами. Одна из основных проблем - исключить инициирующее взрывчатое вещество из состава детонатора, заменив его модифицированным бризантным ВВ, которое сохраняло бы все свои основные свойства, но имело бы высокую чувствительность к лазерным импульсам. Последнее необходимо для того, чтобы имелась возможность применения относительно недорогих компактных источников лазерного излучения, что откроет путь такому изделию к широкому промышленному применению.
Фундаментальный аспект проблемы - исследование механизма лазерного инициирования ВВ, которое представляет собой сложную междисциплинарную задачу, не нашедшую еще окончательного решения. В соответствии с литературными данными инициирование взрыва ВВ при воздействии лазерных импульсов может происходить в результате оптического пробоя [1], за счет теплового взрыва в микроочагах [2]. В последнее время предложен механизм фоторезонансного инициирования, для повышения эффективности которого необходимо введение светорассеивающих включений в ВВ для увеличения пробега фотонов в материале [3].
Эксперименты с использованием лазерного инициирования смесевых составов на основе ВВ с ультрадисперсными включениями, позволят определить какой из этих трех процессов является доминирующим.
Цели и задачи работы
Целью работы является исследование вкладов в инициирование
взрывчатого разложения смесевых составов на основе
тетранитропентаэритрита (тэна) и включений ряда частиц ультрадисперсных размеров процессов оптического пробоя, светорассеяния, поглощения света при импульсном лазерном воздействии, исследование чувствительности наиболее перспективных материалов для светодетонаторов к удару.
Для достижения цели решались следующие конкретные задачи:
1. Исследование порогов взрывчатого разложения смесевых составов
на основе тэна с включениями Al, Ni, Со, А1-С, наноструктурированного
углеродного материала «Kemerit"» в зависимости от концентрации
включений.
2. Сравнительное исследование порогов взрывчатого разложения
одного из материалов при инициировании первой и второй гармоникой
лазера.
-
Исследование порогов взрывчатого разложения смесевого состава на основе тэна и включений алюминия при лазерном инициировании в зависимости от массового соотношения А1/А1203 в частице.
-
Исследование оптических характеристик смесевых составов.
-
Исследование чувствительности наиболее перспективного материала для светодетонаторов к удару.
Научная новизна
Впервые показано, что в исследованных смесевыхо составах инициирование взрывчатого разложения не связано с оптическим пробоем.
Впервые показано, что рассеяние света включениями и увеличение вероятности поглощения матрицы тэна играет второстепенную роль, а основным процессов является поглощение света включениями.
Впервые измерены коэффициенты поглощения света включениями алюминия в тэне.
Научная значимость работы
Выполненная в работе совокупность экспериментальных исследований лазерного инициирования смесевых составов на основе тэна и ультрадисперсных включений металлов свидетельствует в пользу тепловой микроочаговой теории взрыва. Тем самым работа вносит вклад в решение общей проблемы изучения механизма лазерного инициирования ВВ.
Практическая значимость
Смесевые составы на основе тэна и нанометаллов, обладающие высокой чувствительностью к воздействию лазерных импульсов и низкой чувствительностью к удару могут быть использованы в качестве материала светодетонаторов. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре теоретической физики КемГУ для подготовки магистров по направлению «Физика конденсированного состояния».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Экспериментальные зависимости критической плотности энергии
лазерного инициирования смесевых составов на основе тэна и
ультрадисперсных частиц Al, Ni, Со, А1-С, наноструктурированного
углеродного материала «Kemerit» при плотности образцов
р = 1,73 ± 0,03 г/см имеют вид кривой с минимумом. Оптимальная концентрация включений, при которой достигается минимальный порог инициирования импульсами YAG:N(f+ лазера, составляет 0,1-0,3 % по массе.
2. Результаты измерений порога лазерного инициирования смесевых
составов (р = 1,73 ± 0,03 г/см ) с включениями алюминия первой и второй гармониками исключают механизм оптического пробоя.
3. Обнаруженный эффект увеличения порога лазерного инициирования
смесевых составов (р = 1,73 ±0,03 г/см ) на основе тэна и включений А1 с
оксидной оболочкой с уменьшением массового соотношения А1/А120з в
частице связан с поглощением энергии лазерных импульсов металлическим
ядром включения.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась калибровкой аппаратуры на тест-объектах, статистикой эксперимента, согласием с имеющимися литературными теоретическими и экспериментальными данными.
Личный вклад автора
Результаты, изложенные в диссертации, получены автором в совместной работе с сотрудниками лаборатории энергетических соединений и нанокомпозитов ИУХМ СО РАН, участие которых отражено в совместных публикациях. В совместных публикациях автору принадлежат результаты, сформулированные в разделах: «Основные положения, выносимые на защиту» и «Основные результаты и выводы» диссертационной работы.
Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международных и российских конференциях: XIII международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово 2011); Всероссийской конференции «Химия, технология и применение высокоэнергетических соединений» (Бийск, 2011); XI Международной конференции Забабахинские научные чтения (Снежинск, 2012); Конференции молодых ученых «Актуальные вопросы углехимии и химического материаловедения» (Кемерово, 2012); Международной конференция по люминесценции и лазерной физике, посвященная 110-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки Российской Федерации профессора И.А. Парфиановича (Иркутск, 2012); 3rd International Congress on Radiation Physics and Chemistry of Condensed Matter, High Current Electronics and Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, 2012); VIII международная научная конференция "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах" (Томск, 2012); Международная конференция XV Харитоновские тематические научные чтения «Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны» (Саров, 2013); VIII всероссийская научная конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2013)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 20 работ, из них 8 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 129 страниц, в том числе 9 таблиц и 61 рисунка. Список литературы включает 142 наименований.
