NO339580B1 - Optisk dopet energirik tennsats - Google Patents
Optisk dopet energirik tennsats Download PDFInfo
- Publication number
- NO339580B1 NO339580B1 NO20063102A NO20063102A NO339580B1 NO 339580 B1 NO339580 B1 NO 339580B1 NO 20063102 A NO20063102 A NO 20063102A NO 20063102 A NO20063102 A NO 20063102A NO 339580 B1 NO339580 B1 NO 339580B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- optical
- detonator
- energy
- charge
- igniter
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 51
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 24
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 9
- YSIBQULRFXITSW-OWOJBTEDSA-N 1,3,5-trinitro-2-[(e)-2-(2,4,6-trinitrophenyl)ethenyl]benzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC([N+](=O)[O-])=CC([N+]([O-])=O)=C1\C=C\C1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O YSIBQULRFXITSW-OWOJBTEDSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000028 HMX Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- UZGLIIJVICEWHF-UHFFFAOYSA-N octogen Chemical group [O-][N+](=O)N1CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)C1 UZGLIIJVICEWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 4
- XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane Chemical compound [O-][N+](=O)N1CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)C1 XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 claims description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract 1
- 238000001033 granulometry Methods 0.000 abstract 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 abstract 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 2
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- AXZAYXJCENRGIM-UHFFFAOYSA-J dipotassium;tetrabromoplatinum(2-) Chemical compound [K+].[K+].[Br-].[Br-].[Br-].[Br-].[Pt+2] AXZAYXJCENRGIM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- 229910001487 potassium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011076 safety test Methods 0.000 description 1
- 238000009781 safety test method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
- F42B3/10—Initiators therefor
- F42B3/113—Initiators therefor activated by optical means, e.g. laser, flashlight
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B33/00—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide
- C06B33/08—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide with a nitrated organic compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
- C06C7/00—Non-electric detonators; Blasting caps; Primers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42D—BLASTING
- F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
- F42D1/04—Arrangements for ignition
- F42D1/043—Connectors for detonating cords and ignition tubes, e.g. Nonel tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Air Bags (AREA)
- Lasers (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører en energirik tennsats for bruk i en optisk detonator (tennsats med eksplosiv) eller en optisk starter (tennsats med pyroteknisk blanding).
Laserkilder benyttet i detonatorer må være robuste, plassbesparende og økonomis-ke, særlig for militære eller astronautiske bruksområder. De er derfor enten Nd-YAG-faststofflasere (for militære bruksområder) med en effekttetthet på omtrent 3 MW.cm"<2>eller laserdioder med generelt 1 W effektutgang (for astronautiske bruksområder) og en effekttetthet på omtrent 20 KW.cm"<2>, som er for lavt for direkte initiering av den sekundære eksplosive detonasjon, for hvilken en effekttetthet på omtrent 1 GW.cm"<2>er påkrevd.
Disse effekttettheter fører imidlertid til en temperaturøkning i det sekundære eksplosiv i det første detonatortrinn opp til oppnåelse av selvoppholdende dekompone-ringstemperatur ved hvilken det etterfølgende opptrer en meget kraftig nedbryt - ningsreaksjon ved hvilken den sekundære eksplosive detonasjon i det andre trinn blir initiert (avhengig av detonatorkonfigurasjonen og karakteristikkene til de be-nyttede sekundære eksplosiver) enten ved en deflagrasjon-detonasjon overgangsprosess eller en perkusjon-detonasjon overgangsprosess. Imidlertid, siden de sekundære eksplosiver ikke absorberer lys i det nære infrarøde området utsendt av laserkildene, er den energirike tennsats i det første detonatortrinn en blanding av sekundær eksplosiv og sotpulver som brukes som optisk dopingsmateriale (absorberer strålingen utsendt av laserkildene og overfører den påkrevde varmeenergi for oppnåelse av den kritiske temperatur for det sekundære eksplosiv).
Effektiviteten til sot minsker imidlertid sterkt ved bruksområder hvor detonatoren eksponeres for ekstreme klimatiske forhold. For validering av en detonator for et slikt bruksområde, må det utføres eksperimenter som emulerer et temperaturvariasjonsstress ifølge kravene for dette bruksområdet. På det astronautiske området inkluderer et slikt temperaturvariasjonsstress for eksempel en temperaturøkning til 100 °C under fem timer så vel som etterfølgende avkjøling ned til romtemperatur. Når en laserdiode brukes som laserkilde, vil det ikke lenger opptre tenning av den sekundære eksplosive blanding med en vektprosent sot etter et slikt temperaturvariasjonsstress selv med en maksimal diodeeffekt på 1 W, selv om en effekt på 0,1 W normalt er tilstrekkelig for tenning av detonatoren.
En første løsning på problemet å tilveiebringe den påkrevde høyeffekts laserkilde for tenning av en detonator under slike vanskelige klimatiske forhold er beskrevet i fransk patent FR 2 831 659, ifølge hvilket en pyroteknisk redoksblanding plasseres i det første detonatortrinn mellom det sekundære eksplosiv og det optiske fokuseringsgrensesnitt som absorberer lys i det infrarøde området og initierer en re-doksreaksjon hvor den påkrevde varmeenergi for tenning av det sekundære eksplosiv blir frigjort. Den pyrotekniske blanding som brukes (ZPP) er imidlertid generelt meget følsom for friksjon og elektrostatiske utladninger.
Videre, for en pålitelig tenning av den pyrotekniske redoksblanding i optiske starte-re med bruk av en laserdiode (særlig 1-W laserdiode) som laserkilde, må det brukes pyrotekniske blandinger hvor det reduserende middel har en meget fin partik-kelstørrelse (typisk mellom 1 og 2 um). På grunn av denne partikkelstørrelse er imidlertid den pyrotekniske redoksblanding ekstremt følsom for friksjon og elektrostatiske utladninger, som fører til farlig fremstilling og håndtering.
Ytterligere aktuell bakgrunnsteknikk fremgår av patentskriftene GB 1263574, US 3528864, US 3374127, EP 0365503, EP 1306643, WO 9900343, WO 0011428.
Det er nå en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tenne en optisk tennsats (detonator eller starter) med en laserkilde av lav effekt og å tilveiebringe en løsning for det ovenfor nevnte problem som er iboende for siste generasjon tennsatser.
Dette oppnås med en optisk tennsats slik den fremgår av de etterfølgende patent-krav.
Ifølge oppfinnelsen inkluderer tennsatsen en optisk fiber med en første ende koblet til en laserstrålingskilde og en andre ende koblet til et optisk fokuseringsgrensesnitt som forsegler et hulrom hvor det er plassert en energirik tennladning (1) som er i kontakt med grensesnittet og som er dannet av en blanding omfattende minst et sekundært eksplosiv og et optisk dopemateriale i pulverform. Det optiske dopematerialet er et metall, og laserstrålingskilden er i stand til å generere en lav effekttetthet slik som en laserdiode som kan levere 1 W, hvilket tillate svak initiering av den energirike tennladningen etter å ha blitt underkastet termiske sykler.
Tenningen av hovedtennladningen i tennsatsen (sekundær eksplosiv i tilfelle av en detonator eller pyroteknisk blanding i tilfelle av en starter) er mulig med en slik blanding selv med en laserkilde av lav effekt, slik som for eksempel en laserdiode med en effekt av 1 W, og samtidig kan det oppnås en reduksjon av risikoen under håndtering av hovedtennladningen.
Ytterligere fordeler og særegenheter ved foreliggende oppfinnelse fremgår av be-skrivelsen av utførelsesformene som ikke uttømmende eksempler på oppfinnelsen, som er illustrert i vedføyde tegninger. Figur 1 er et tverrsnitt av en optisk detonator, hvorved en energirik tennladning i samsvar med oppfinnelsen finnes i hulrommet i det første detonatortrinn som hovedtennladning for detonatoren. Figur 2 viser et tverrsnitt av en optisk detonator med en tennladning i samsvar med oppfinnelsen og en hovedtennladning av sekundær eksplosiv i hulrommet i det førs-te detonatortrinn. Figur 3 er et tverrsnitt av en optisk starter som har i sitt hulrom en energirik tennladning i samsvar med oppfinnelsen og en hovedtennladning av en pyroteknisk blanding.
Den energirike tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen består av en blanding av minst et sekundært eksplosiv og et metall i pulverform, som tjener som optisk dopemateriale.
Som illustrert i figurene 1 til 3, finner den energirike tennladning 1 under bruk i et hulrom i en optisk tennsats 2,3 og er i kontakt med et optisk fokuseringsgrensesnitt 4 som lukker hulrommet og gjennom hvilket den energirike tennladning 1 forsynes med infrarød stråling utsendt fra en laserstrålekilde og ledet fra strålingskilden gjennom en lysleder 5 til det optiske fokuseringsgrensesnitt 4, hvorved en ende av lyslederen er koblet til laserstrålingskilden og den annen med det optiske fokuseringsgrensesnitt 4.
Metallet som brukes har den egenskap at det absorberer det infrarøde lys utsendt av laserkilden, og på grunn av sin gode homogene blanding med et sekundært eksplosiv, sender den lagrede varme ved varmeledning til dette eksplosiv, hvorved tenningen av det sekundære eksplosiv blir initiert.
For effektiv oppvarming av det sekundære eksplosiv av metallet, bør metallet ha en temperaturledningsevne på minst IO"<5>m<2>-s_<1>, fortrinnsvis minst 5-10"<5>nr^-s"<1>eller til og med 9-IO"<5>m<2->s_<1>, hvorved temperaturledningsevnen er definert som kvotien-ten av varmekonduktivitet og produktet av varmekapasitet og tetthet av det respektive metall. Metallet som brukes kan derved være aluminium (9,8-IO"<5>m<2->s"<1>), en aluminiumslegering (AI2024 "Dural" med en ledningsevne på 4,5-IO"<5>nr^-s"1), volfram (6,8105nri^s"1), kobber (11,7 -IO"<5>nr^.s"1), magnesium eller en magnesiumlegering (11,7-10"<5>nr^-s"1) og til og med nikkel, zirkon eller titan. Aluminium blir fortrinnsvis benyttet på grunn av sin høye temperaturledningsevne og lave kostnad.
Siden metallet brukes for sine fysiske egenskaper vedrørende absorpsjon av infra-rødt lys og varmeoverføring og ikke for sine kjemiske egenskaper (som i eksplosiver inneholdende aluminium), er det tilstrekkelig med en liten mengde. Metalldelen er derfor på det meste 10 vektprosent, fortrinnsvis på det meste 5 vektprosent eller til og med 1 vektprosent av den energirike tennladning 1. Jo høyere metalldelen er, desto kortere blir tenntiden for den energirike tennladning 1, hvorved denne tennladning ved mer enn 5 vektprosent i tilfeller hvor det ikke kreves meget korte tenn-tider har en unødvendig høy følsomhet under standard sikkerhetstesting (perkusjon, friksjon, elektrostatiske utladninger).
Det sekundære eksplosiv som brukes i den energirike tennladning 1 kan for eksempel være oktogen, heksogen eller heksanitrostilben. Denne energirike tennladning 1 kan også inkludere flere sekundære eksplosiver, slik som for eksempel oktogen og heksanitrostilben, hvorved den siste har en relativt lav friksjonsfølsomhet.
Videre bør den spesifikke kontaktflate mellom det sekundære eksplosiv og metallet være så stor som mulig slik at det oppnås at temperaturøkningen i det sekundære eksplosiv opptrer med høy hastighet og en kort og reproduserbar reaksjonstid av den optiske tennsats 2, 3. Det sekundære eksplosiv er derfor fortrinnsvis i pulverform og har en partikkelstørrelse på mindre enn 6 um (fortrinnsvis mindre enn 3 um). Metallet er også et fint pulver og har en midlere partikkelstørrelse på mindre enn 6 um, fortrinnsvis mindre enn 2 um eller til og med 1 um, som passer til bølge-lengden av det utsendte laserlys.
For å redusere operasjonstiden for tennsatsen 2,3 (så vel som laserkildens terskel-effekttetthet som kreves for initiering av komposisjonen av den energirike tennladning 1), blir den energirike tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen presset inn i hulrommet med et høy ladningstetthet, fortrinnsvis over 80 % av den maksimale nominelle tetthet av tennladningen 1.
For enklere tilsetting av den energirike tennladning 1, bør denne prosess fortrinnsvis utføres mekanisk ved å fukte med tilsetting av et dispersjonsmiddel for hindring av dannelse av klumper (for eksempel isopropanol), som deretter fjernes ved tør-king.
Den energirike tennladning 1 kan også inkludere et inert polymerbindemiddel eller voks (fortrinnsvis ved en andel av høyst 5 vektprosent av blandingen) for å redusere dens følsomhet for mekanisk stress i standard sikkerhetstester. Grafitt kan også tilsetes for å bruke smøreegenskapene til dette materialet og for å garantere en høyere sikkerhet under bruk av den energirike tennladning 1.
Videre må det oppnås en særlig homogen blanding av sekundær eksplosiv og metall for å sikre en pålitelig tenning og en reproduserbar reaksjonstid for den optiske tennsats 2,3. Dette bør særlig oppnås, siden strålingen bare kan absorberes av metallet i et meget lite effektivt hulromsområde: laserflekken ved utgangen av det optiske fokuseringsgrensesnitt 4 har en lignende diameter som lyslederen 5 (dia-meteren kan reduseres til 50 um) og absorpsjonstykkelsen ligger i den samme størrelsesorden.
Bruk av en slik energirik tennladning 1 i en optisk detonator 2 er illustrert i figurene I og 2. En konvensjonell optisk detonator 2 omfatter 2 trinn: laserkilden tenner ved oppvarming en energirik hovedtennladning (en blanding hovedsakelig av en eller to sekundære eksplosiver) i hulrommet 10 i det første trinn, hvor det deretter skjer en meget voldsom dekomponeringsreaksjon, ved hvilken (avhengig av konfigurasjo-nen av detonator 2 og karakteristikkene til de sekundære eksplosiver som brukes i det første og andre trinn) detonasjonen av et sekundært eksplosiv 6 i hulrommet II i det andre trinn initieres enten ved en deflagrasjon-detonasjon-overgangsprosess eller en perkusjon-detonasjon-overgangsprosess.
En detonator 2 er illustrert i figur 1, hvor den energirike hovedtennladning består av den energirike tennladning 1 ifølge oppfinnelsen.
Eksperimenter ble utført ved bruk av en 1 W diode som laserkilde, som var koblet til det optiske grensesnitt 4 av en lysleder 5 med 62,5 um diameter, for å validere tennladningen 1 i samsvar med oppfinnelsen for astronautiske bruksområder, i hvilke (under hensyn til viktigheten av energisparing på dette området) tenningsterskelen er bestemmende. I disse eksperimenter blir tennladningen 1 ladet inn i hulrommet i det første trinn med en tetthet på omtrent 1,7 g-cm 3, hvorved detonatoren 2 ble eksponert for en temperaturvariasjonstest med et 5 timer langt temperaturstress på 100 °C og etterfølgende avkjøling til romtemperatur. I en første de tonator består tennladningen 1 av oktogen med en midlere partikkelstørrelse på 2,5 um og 1 vektprosent aluminium med en midlere partikkelstørrelse på 5 um; i en andre detonator består tennladningen 1 av oktogen med en midlere partikkelstør-relse på 2,5 um og 1 vektprosent aluminium med en midlere partikkelstørrelse på 160 nm. I begge eksperimenter var tennterskelen 110 mW. Disse eksperimenter viser effektiviteten av fint aluminiumspulver som optisk dopemateriale selv i små mengder. Et stort virkeområde kan sikres med en slik lav tennterskel, siden dioden kan levere en effekt på 1 W.
Ytterligere eksperimenter ble utført med bruk av en kompakt Nd-YAG-faststoff laserkilder med en effekttetthet på 3 MW.cm"<2>(100 ganger høyere enn i 1 W laser-dioden), for å validere tennladningen 1 ifølge oppfinnelsen for militære bruksområder hvor reaksjonstiden for detonatoren og den reproduserbarhet (for serietenning av flere stridshoder) er bestemmende. Laserkilden benyttet i disse bruksområder kan være en faststofflaser som leverer en tilstrekkelig høy energimengde slik at tenningsterskelen ikke er noe problem. I disse eksperimenter ble tennladningen 1 satt inn i hulrommet i det første trinn med en tetthet på omtrent 1,7 g.cm"<3>, hvorved detonatoren ble underkastet en temperaturendringstest med et 5 timers langt temperaturstress ved 100 °C og etterfølgende avkjøling til romtemperatur. I en første detonator besto tennladningen 1 av oktogen med en midlere partikkelstørrel-se på 2,5 um og 1 vektprosent aluminium med en midlere partikkelstørrelse på 5 um; i en andre detonator besto tennladningen av oktogen med en midlere partik-kelstørrelse på 2,5 um og 1 vektprosent aluminium med en midlere partikkelstør-relse på 160 nm. I det første eksperimentet var variasjonen i reaksjonstiden omtrent 10 us (sammenlignet med 30 us med en energirik tennladning av en blanding av sekundær eksplosiv og sot) og i det andre eksperimentet var variasjonen under 2 us, hvorved detonatoren har en operasjonstid på 41 us. For å samsvare med kravene om reproduserbarhet for operasjonstiden, må aluminiumen ha en partikkel-størrelse under (eller noe over) 1 um.
En detonator 2 er illustrert i figur 2 hvor den energirike tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen er plassert i form av en fint lag mellom det optiske fokuseringsgrensesnitt 4 og en energirik hovedtennladning 7 (en blanding hovedsakelig av 1 eller flere sekundære eksplosiver, slik som for eksempel oktogen, heksogen, heksanitrostilben...., uten optisk dopemateriale9, som er plassert i det samme hulrom 10 som den energirike tennladning 1 ifølge oppfinnelsen, hvorved den energirike hovedtennladning 7 kan tennes med energien utløst under dekomponeringen av den energirike tennladning 1 ifølge oppfinnelsen.
Gode resultater oppnås ved denne spesielle utførelse på grunn av den lille tykkelse av det effektive hulromsområde. Dette kan føre til kostnadsbesparelser med bruk av den energirike tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen. Et eksplosiv som er meget lasertenningsufølsomt og sikkert, slik som for eksempel heksanitrostilben, kan derfor også brukes som et sekundært eksplosiv i den energirike hovedtennladning 7, eller andre sekundære eksplosiver med meget høye dekomponeringstempe-raturer.
Figur 3 illustrerer bruk av en energirik tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen i en optisk starter 3. En konvensjonell optisk starter 3 inkluderer et enkelt trinn: laserkilden tenner ved å varme opp en energirik hovedtennladning (hovedsakelig bestående pyroteknisk redoksblanding) i hulrommet 12 i starteren 3, under hvilken forbrenningsreaksjon varme i form av stråling, varme faststoffpartikler og noe varm gass blir frigjort, hvorved brenningen av en ekstern fremdriftsladning (drivmiddel-krutt i interiøret av et legeme i en pyroteknisk innretning, slik som for eksempel stilmekanisme, sylinder, .... eller fast fremdriftsladning inne i huset av en rakettmo-tor).
En starter 3 er vist i figur 3 hvor den energirike tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen er i form av et fint lag mellom det optiske fokuseringsgrensesnitt 4 og en energirik hovedtennladning 8 (hovedsakelig bestående av en pyroteknisk blanding), som er plassert i det samme hulrom 12 som den energirike tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen, hvorved den energirike hovedtennladning 8 kan tennes med energien utløst under dekomponering av den energirike tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen.
Den pyrotekniske blanding 8 (blanding av et reduseringsmiddel i form av et fint pulver og et mineraloksideringsmiddel) kan for eksempel være blandingen ZPP (vesentlig en blanding av zirkonium og kalium pesklorat) eller BNP (vesentlig en blanding av bor og kaliumnitrat).
Siden den energirike tennladning 1 i samsvar med oppfinnelsen har en meget lav følsomhet for friksjon og elektrostatiske utladninger, kan det brukes pyrotekniske sikkerhetsblandinger 8 som har en redusert følsomhet for friksjon og elektrostatiske ladninger. En slik pyroteknisk hovedblanding 8 kan for eksempel være BNP eller en ZPP-blanding optimalisering for sikkerhetsformål (zirkon med en større partikkel-størrelse).
Claims (12)
1. Optisk tennsats (2, 3) omfattende en optisk fiber (5) med en første ende koblet til en laserstrålingskilde og en andre ende koblet til et optisk fokuseringsgrensesnitt (4) som forsegler et hulrom hvor det er plassert en energirik tennladning (1) som er i kontakt med grensesnittet (4) og som er dannet av en blanding omfattende minst et sekundært eksplosiv og et optisk dopemateriale i pulverform,karakterisert vedat det optiske dopematerialet er et metall, og at laserstrålingskilden er i stand til å generere en lav effekttetthet slik som en laserdiode som kan levere 1 W, hvilket tillate svak initiering av den energirike tennladningen (1) etter å ha blitt underkastet termiske sykler.
2. Optisk tennsats (2, 3) ifølge krav 1,
karakterisert vedat metallet har en temperaturledningsevne på minstIO"5m<2->s<_1>, og fortrinnsvis minst 5-lO^m^s<1>, eller til og med minst 9-lOW-s<1>.
3. Optisk tennsats (2, 3) ifølge krav 1 eller 2,
karakterisert vedat som benyttes er aluminium, en aluminiumle-gering, wolfram, kopper, magnesium eller en magnesiumlegering.
4. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 3,karakterisert vedat metallet haren midlere partikkelstørrelse under 6 um, og fortrinnsvis under 2 um, eller til og med mindre enn 1 um.
5. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 4,karakterisert vedat andelen metall i tennladningen er høyst 10 vektprosent, fortrinnsvis høyst 5 vektprosent, eller til og med omkring 1 vektprosent.
6. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 5,karakterisert vedat det sekundære eksplosiv er oktogen, heksogen eller heksanitrostilben.
7. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 6,karakterisert vedat blandingen omfatter minst to sekundære eksplosiver inkludert heksanitrostilben.
8. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 7,karakterisert vedat det sekundære eksplosiv er et pulver med en partikkelstørrelse under 3 um.
9. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 8,karakterisert vedat den energirike tennladningen (1) som er optisk dopet med et metall komprimeres til en tetthet av omtrent 80 % av dens maksimale nominelle tetthet.
10. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 9,karakterisert vedat tennsatsen er en optisk detonator (2), hvor den energirike tennladningen (1) som er optisk dopet med et metall er den prinsi-pale energirike tennsatsen til det første trinnet til detonatoren (2).
11. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 9,karakterisert vedat tennsatsen er en optisk detonator (2), hvor den energirike tennladningen (1) som er optisk dopet med et metall er plassert mellom det optiske fokuseringsgrensesnittet (4) og en energirik hovedtennladning (7) som hovedsakelig omfatter et sekundært eksplosiv og er plassert i det samme hulrommet som den dopede energirike tennladningen (1).
12. Optisk tennsats (2, 3) ifølge et av kravene 1 til 9,karakterisert vedat tennsatsen er en optisk starter (3), hvor den energirike tennladningen (1) som er optisk dopet med et metall er plassert mellom det optiske fokuseringsgrensesnittet (4) og en energirik hovedtennladning (8) som hovedsakelig består av en pyroteknisk blanding og er plassert i dert samme hulrommet som den dopede energirike tennladningen (1).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0507158A FR2888234B1 (fr) | 2005-07-05 | 2005-07-05 | Composition energetique dopee optiquement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20063102L NO20063102L (no) | 2007-01-08 |
| NO339580B1 true NO339580B1 (no) | 2017-01-09 |
Family
ID=36269711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20063102A NO339580B1 (no) | 2005-07-05 | 2006-07-04 | Optisk dopet energirik tennsats |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7784403B2 (no) |
| EP (1) | EP1742009B1 (no) |
| AT (1) | ATE542101T1 (no) |
| CA (1) | CA2542472C (no) |
| DE (1) | DE06002905T1 (no) |
| ES (1) | ES2279741T3 (no) |
| FR (1) | FR2888234B1 (no) |
| NO (1) | NO339580B1 (no) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2914056B1 (fr) | 2007-03-21 | 2010-03-12 | Nexter Munitions | Initiateur opto pyrotechnique |
| US8161880B2 (en) * | 2009-12-21 | 2012-04-24 | Halliburton Energy Services, Inc. | Deflagration to detonation transition device |
| FR2959809B1 (fr) * | 2010-05-10 | 2013-07-05 | Saint Louis Inst | Dispositif de mise a feu pour un initiateur |
| FR2960541B1 (fr) | 2010-05-31 | 2012-05-04 | Nexter Munitions | Detonateur securise |
| FR2978762B1 (fr) | 2011-08-01 | 2013-08-02 | Nexter Munitions | Detonateur de securite |
| RU2522611C2 (ru) * | 2012-10-18 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Светочувствительный взрывчатый состав |
| FR3005500B1 (fr) * | 2013-05-07 | 2017-12-22 | Commissariat Energie Atomique | Initiateur opto-pyrotechnique ameliore |
| US10883805B2 (en) * | 2018-02-15 | 2021-01-05 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Systems and methods for modifying and enhancing explosives by irradiating a reaction zone |
| CN110632705B (zh) * | 2019-05-23 | 2021-06-04 | 中航光电科技股份有限公司 | 一种点火起爆用光纤连接器插座 |
| CA3147932A1 (en) * | 2019-08-13 | 2021-02-18 | Hunting Titan, Inc. | Power charge ignition |
| CN112299936B (zh) * | 2020-11-06 | 2021-09-17 | 西南科技大学 | 用于炸药激光引爆的光热材料的制备方法及应用 |
| CN114353600B (zh) * | 2022-01-17 | 2024-01-16 | 中北大学 | 一种隔片式高安全小尺寸激光起爆装置 |
| US12157027B2 (en) | 2022-02-18 | 2024-12-03 | Kidde Technologies, Inc. | Optical firing cartridge for fire extinguisher |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3374127A (en) * | 1965-08-13 | 1968-03-19 | Aquitaine Petrole | Compressed metal containing ternary explosive composition |
| US3528864A (en) * | 1965-09-21 | 1970-09-15 | Us Navy | High impulse explosives containing tungsten |
| GB1263574A (en) * | 1968-05-17 | 1972-02-09 | France Etat | Igniter for propellants |
| EP0365503A1 (en) * | 1988-10-17 | 1990-04-25 | Nitro Nobel Ab | Initiating element for nonprimary explosive detonators |
| WO1999000343A1 (en) * | 1997-06-30 | 1999-01-07 | The Ensign-Bickford Company | Laser-ignitable ignition composition and initiator devices and assemblies comprising the same |
| WO2000011428A1 (de) * | 1998-08-20 | 2000-03-02 | Dynamit Nobel Gmbh Explosivstoff- Und Systemtechnik | Zündelement mit einer laserlichtquelle |
| FR2831659A1 (fr) * | 2001-10-26 | 2003-05-02 | Saint Louis Inst | Detonateur optique basse energie |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4316412A (en) * | 1979-06-05 | 1982-02-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Low voltage nonprimary explosive detonator |
| US4989515A (en) * | 1989-08-08 | 1991-02-05 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Ignitor with stable low-energy thermite igniting system |
| GB2242010B (en) * | 1990-03-15 | 1993-10-13 | Ici Plc | Low energy fuse |
| DE69835969T2 (de) * | 1997-11-07 | 2007-06-14 | Toray Industries, Inc. | Direkt beschreibbare Flachdruckvorstufe und Verfahren zur Herstellung von Flachdruckplatten |
| JP2000318331A (ja) * | 1999-05-13 | 2000-11-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 感熱性平版印刷版 |
| EP1358138A2 (en) * | 2001-02-09 | 2003-11-05 | Alliant Techsystems Inc. | Reformulation of composition c-4 explosive |
| JP4405246B2 (ja) * | 2003-11-27 | 2010-01-27 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 半導体チップの製造方法 |
-
2005
- 2005-07-05 FR FR0507158A patent/FR2888234B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-02-14 ES ES06002905T patent/ES2279741T3/es active Active
- 2006-02-14 EP EP06002905A patent/EP1742009B1/fr active Active
- 2006-02-14 DE DE06002905T patent/DE06002905T1/de active Pending
- 2006-02-14 AT AT06002905T patent/ATE542101T1/de active
- 2006-04-07 CA CA2542472A patent/CA2542472C/en active Active
- 2006-07-04 NO NO20063102A patent/NO339580B1/no unknown
- 2006-07-05 US US11/482,075 patent/US7784403B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3374127A (en) * | 1965-08-13 | 1968-03-19 | Aquitaine Petrole | Compressed metal containing ternary explosive composition |
| US3528864A (en) * | 1965-09-21 | 1970-09-15 | Us Navy | High impulse explosives containing tungsten |
| GB1263574A (en) * | 1968-05-17 | 1972-02-09 | France Etat | Igniter for propellants |
| EP0365503A1 (en) * | 1988-10-17 | 1990-04-25 | Nitro Nobel Ab | Initiating element for nonprimary explosive detonators |
| WO1999000343A1 (en) * | 1997-06-30 | 1999-01-07 | The Ensign-Bickford Company | Laser-ignitable ignition composition and initiator devices and assemblies comprising the same |
| WO2000011428A1 (de) * | 1998-08-20 | 2000-03-02 | Dynamit Nobel Gmbh Explosivstoff- Und Systemtechnik | Zündelement mit einer laserlichtquelle |
| FR2831659A1 (fr) * | 2001-10-26 | 2003-05-02 | Saint Louis Inst | Detonateur optique basse energie |
| EP1306643A1 (fr) * | 2001-10-26 | 2003-05-02 | I.S.L. Institut Franco-Allemand de Recherches de Saint-Louis | Détonateur optique basse énergie |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2542472C (en) | 2013-02-05 |
| EP1742009A1 (fr) | 2007-01-10 |
| DE06002905T1 (de) | 2007-08-09 |
| NO20063102L (no) | 2007-01-08 |
| EP1742009B1 (fr) | 2012-01-18 |
| FR2888234A1 (fr) | 2007-01-12 |
| US20070113941A1 (en) | 2007-05-24 |
| CA2542472A1 (en) | 2007-01-05 |
| ES2279741T1 (es) | 2007-09-01 |
| ES2279741T3 (es) | 2012-05-18 |
| FR2888234B1 (fr) | 2008-05-02 |
| US7784403B2 (en) | 2010-08-31 |
| ATE542101T1 (de) | 2012-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO339580B1 (no) | Optisk dopet energirik tennsats | |
| CN100513987C (zh) | 一种雷管激发装置及使用该装置的雷管 | |
| US6298784B1 (en) | Heat transfer delay | |
| CA2680421C (en) | Initiation of explosives materials | |
| AU2001228616B2 (en) | Infra-red emitting decoy flare | |
| NO310285B1 (no) | Pyroteknisk ladning for detonatorer | |
| EP1306643B1 (fr) | Détonateur optique basse énergie | |
| US6276276B1 (en) | Thin-film optical initiator | |
| US5959235A (en) | Fire mitigation device | |
| US4239004A (en) | Delay detonator device | |
| Hafenrichter et al. | Fast laser diode ignition of confined CP and BNCP | |
| WO2022207672A1 (en) | A nitrogen gas generator | |
| RU2483050C2 (ru) | Пиротехнический состав | |
| WO1999000343A1 (en) | Laser-ignitable ignition composition and initiator devices and assemblies comprising the same | |
| WO2006137920A2 (en) | System for photonic initiation of nanoenergetic materials | |
| JP3768534B2 (ja) | ファイヤ緩和装置 | |
| Fang et al. | Review on Laser Initiation of Energetic Materials | |
| US6126764A (en) | Powdered metal pyrotechnic fuel | |
| Tulis | combustible materials, such as starch dust in starch-processing plants and coal dust in coal-mining operations, are legion. | |
| JPH0447217B2 (no) | ||
| WO2011106803A1 (en) | Detonator initiator |