DE19546341C2

DE19546341C2 - Durch Laserstrahlung geringer Intensität initiierbarer, optischer Sprengzünder

Info

Publication number: DE19546341C2
Application number: DE1995146341
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: DE19546341A1

Description

Die Erfindung betrifft einen durch Laserstrahlung geringer Intensität initiierbaren, optischen Sprengzün der gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche optischen Sprengzünder werden bei Detonationsarbeiten auf dem Gebiet des Erzberg- und Maschinenbaus eingesetzt.

Bekannt ist ein selbstauslösender Initiator (US-PS 48 92 037), der einen Sprengstoff vorsieht, dem über ein Faserkabel von einer Strahlungsquelle ein Laser impuls zugeführt wird. Man verwendet für diesen Initia tor leicht entflammbare pyrotechnische Gemische A, B und C. Das Gemisch A, bestehend aus einem metallischen Brennstoff und einem Oxydationsmittel, wird aus vier Mischungskomponenten gewählt:

1. 60% Magnesiumoxid und 40% Polytetrafluoräthylen,
2. 21-25% Bor und 68-72% Kaliumnitrat sowie 5,6% Bindemittel,
3. 45% Zirkonat mit einer Korngröße von 10 µm, 55% Kaliumperchlorat mit einer Korngröße von 6-17 µm,
4. 45% Aluminium mit einer Korngröße von 17-44 µm, 55% Kaliumperchlorat mit einer Korngröße von 6-17 µm.

Das Gemisch von Typ B stellt einen Zündstoff dar. Das Gemisch von Typ C, das als Treibsprengstoff dient, wird aus vier Mischungskomponenten wie

1. zweibasische Treibsprengstoffe,
2. einbasische Treibsprengstoffe,
3. zusammengesetzte Treibsprengstoffe,
4. Schwarzpulver

gewählt.

Der oben erwähnte optische Sprengzünder mit dem Initialsprengstoff sieht einen oder mehrere Abschnitte von Faserkabeln vor. Der Hauptnachteil des optischen Sprengzünders besteht in einer niedrigen Empfindlich keit der pyrotechnischen Mischungen gegenüber der Ein wirkung der Laserstrahlung (E_S ≈ 0,2-1 J/cm²).

Die EP 02 89 184 betrifft einen Sprengzünder, der zwei Schichten Ladungen aus sekundären Sprengstoffen aufweist. Ein Laserimpuls initiiert den Sprengzünder. Die Oberfläche der oberen Schicht des Sprengzünders ist mit einem Überzug beschichtet, der die Laserstrahlung absorbiert und mit einer optischen Faser in Kontakt steht. Die Füllungsdichte der unteren Sprengstoff schicht ist höher als die der oberen Schicht. Der Nach teil dieses optischen Sprengzünders besteht darin, daß ein Laser mit einer langen Impulsdauer von ungefähr Sekunden eingesetzt wird. Daher beträgt die Zünd zeit des Sprengzünders ebenfalls ca. 10^-3 Sekunden, was nachteilig ist, da sich die Zündzeit über eine längere Zeit erstreckt. Darüber hinaus ist es bei diesen be kannten Sprengzündern notwendig, zur Verdampfung der Absorptionsschicht eine Energiedichte der Laserstrah lung von ≧ 1 J/cm² einzusetzen, was eine beträchtliche Energieintensität der Laseranlage erfordert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen Sprengzünder dahingehend zu ver bessern, daß die Genauigkeit der Ansprechzeit gestei gert und der Energieaufwand für einen Laser für die Auslösung der Detonation herabgesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem durch Laserstrahlung geringer Intensität initiierbaren, optischen Sprengzünder bestehend aus einer zylindri schen Hülse, die einen Sekundärsprengstoff und eine daran sich anschließende Schicht eines Initialspreng stoffes, auf die eine Glasplatte folgt, enthält und als Abschluß nach außen einen Kunststoffpfropfen aufweist, in dem eine Lichtschleuse angeordnet ist, die der Über tragung der Laserstrahlung auf den Initialsprengstoff dient, der die Laserstrahlung absorbierende Sprengstoff zu 80-95 Gew.-% aus Hydrazinotetrazolquecksilber(II)- perchlorat und zu 5-20 Gew.-% aus einem für die Laser strahlung durchlässigen Thermoplast mit einer Schicht dicke von 0,5-3 mm besteht.

Der erfindungsgemäße optische Sprengzünder ermög licht die Ansprechzeit bis auf 10^-5 Sekunden zu stei gern. Das Initiieren des Sprengzünders kann mit Hilfe eines Lasermonoimpulses (t_q = 20-50 ns) erfolgen, dessen Energiedichte oberhalb der kritischen Initiierungsener gie der Absorptionsschicht liegt. Der erfindungsgemäße optische Sprengzünder sichert eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Initiierung bei gleichzeitiger Her absetzung des Energieaufwandes des optischen Lasers zum Auslösen der Detonation und vermindert ferner seine Abmessungen und sein Gewicht bedeutend. Dies wird ins besondere erreicht durch Auftragen einer für den Laser impuls hochempfindlichen dünnen Schicht aus dem Laser strahlung absorbierenden Sprengstoff. Der erfindungs gemäße optische Sprengzünder ermöglicht die Prozeß steuerung zur Zerstörung verschiedener Medien zu ver bessern, um ein Produkt vorgegebener Qualität zu erhal ten, sowie serienmäßige Explosionen mit Zündkörpern vermittels eines transportablen Lasers durchzuführen, beispielsweise beim Abbau nutzbarer Gesteine und Mi nerale in Lagerstätten.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beige fügten Zeichnung, die den optischen Sprengzünder sche matisch zeigt, näher erläutert werden.

Die Bezugzahlen haben folgende Bedeutung:

Bezugszeichenliste

1

- Hülse,

2

- sekundärer Sprengstoff,

3

- Schicht aus einem Initialsprengstoff,

4

- Glasplatte,

5

- Kunststoffpfropfen,

6

- Lichtschleuse.

Die konstruktive Ausführung und die Wirkung des optischen Sprengzünders ist wie folgt:

In eine zylindrische Hülse 1 wird zunächst ein sekundärer Sprengstoff 2 eingepreßt; danach wird eine die Laserstrahlung absorbierende, durch einen Laser impuls initiierbare Sprengstoffschicht 3 eingefüllt, welche mit einer Glasplatte 4 abgedeckt wird zwecks Trennung von einer Lichtschleuse 6, über die Laserim pulse eines optischen Lasers auf den Initialsprengstoff 3 übertragen werden. Die Befestigung der Lichtschleuse 6 im optischen Sprengzünder erfolgt mit Hilfe eines Kunststoffpfropfens 5, der gleichzeitig zum Schutz des Innenraumes des optischen Sprengzünders vor Verunreini gungen dient. Somit fördert der durch die Lichtschleuse übertragene Laserimpuls bei der Einwirkung auf den lichtempfindlichen Initialsprengstoff 3 dessen Deton ation, was die Initiierung der Detonation der Hauptla dung (Sekundärsprengstoff 2) bewirkt.

Es wurde der Energieaufwand für verschiedene Sprengstoffe und Laborverhältnissen ermittelt. So ist beispielsweise zur Initiierung von Blei(II)-azid eine Energiedichte von 0,1 J/cm² erforderlich, während für eine stabile Detonation des Sprengstoffes gemäß vorlie gender Anmeldung, nämlich des Hydrazinotetrazolqueck silber(II)perchlorat, eine Energiedichte von 5 . 10^-3 J/cm² erforderlich ist.

Ferner wurde die Energie eines optischen Lasers ermittelt, die für ein Sprengen von 500 Sondenladungen, die in einem Anstand von 1000 m zum Laser angeordnet waren, erforderlich ist. Die obere Grenze der Initiie rungsenergie des Sprengstoffes gemäß vorliegender An meldung liegt bei einem Wert von W = 10 µJ bei einem Durchmesser der Lichtschleuse von 1100 µm. Der Extink tionsmodul der über die Lichtschleuse durchgehenden Lichtenergie macht einen Wert von K' = 0,1 aus. Dadurch wird die gesamte Energie des optischen Lasers, die zum Sprengen von n = 500 Sondenladungen erforderlich ist, durch folgende Formel bestimmt:

Somit ist es möglich bei der Arbeit im Erzbergbau den erfindungsgemäßen optischen Sprengzünder unter Verwen dung tragbarer optischer Laser kleiner Abmessungen ein zusetzen.

Claims

Durch Laserstrahlung geringer Intensität initiierbarer, optischer Sprengzünder bestehend aus einer zylindri schen Hülse (1), die einen Sekundärsprengstoff (2) und eine daran sich anschließende Schicht eines Initial sprengstoffes (3), auf die eine Glasplatte (4) folgt, enthält, und als Abschluß nach außen einen Kunststoff pfropfen (5) aufweist, in dem eine Lichtschleuse (6) angeordnet ist, die der Übertragung der Laserstrahlung auf den Initialsprengstoff dient, dadurch gekennzeich net, daß der die Laserstrahlung absorbierende Spreng stoff zu 80-95 Gew.-% aus Hydrazinotetrazolquecksil ber(II)perchlorat und zu 5-20 Gew.-% aus einem für die Laserstrahlung durchlässigen Thermoplast mit einer Schichtdicke von 0,5-3 mm besteht.