EP1306643A1 - Détonateur optique basse énergie - Google Patents

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EP1306643A1
EP1306643A1 EP02292357A EP02292357A EP1306643A1 EP 1306643 A1 EP1306643 A1 EP 1306643A1 EP 02292357 A EP02292357 A EP 02292357A EP 02292357 A EP02292357 A EP 02292357A EP 1306643 A1 EP1306643 A1 EP 1306643A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
detonator
ignition
explosive
powder
Prior art date
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Granted
Application number
EP02292357A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1306643B1 (fr
Inventor
Henry Moulard
Augustre Ritter
Jean-Marie Brodbeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
French-German Research Institute of Saint-Louis
Original Assignee
French-German Research Institute of Saint-Louis
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by French-German Research Institute of Saint-Louis filed Critical French-German Research Institute of Saint-Louis
Publication of EP1306643A1 publication Critical patent/EP1306643A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1306643B1 publication Critical patent/EP1306643B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to optical detonators low energy in which priming is achieved by a laser source that can be, for example a diode laser.
  • a detonator is a device designed to prime detonation an external load of secondary explosive downstream; for this, any detonator contains a small amount of secondary explosive (100 mg to 1 g) which must be brought into detonation (at least) in its terminal part from the energy supplied to the entry of the detonator by an external source.
  • the optical detonator is of the type comprising a secondary explosive arranged in a cavity, an optical fiber connected by a first end to a source of laser radiation, and a optical focusing interface located between the other end of the optical fiber and the secondary explosive and adapted to transmit laser radiation to the secondary explosive.
  • secondary explosives are called relatively insensitive explosives, as opposed to primary explosives, eg lead azide, who are very sensitive and therefore dangerous.
  • the light energy of the laser radiation from a solid laser source in relaxed mode or a quasi-continuous laser diode is used. limited space of 1 cm 3 ) via an optical fiber to ignite the charged secondary explosive at the optical interface.
  • optical detonators compared electric detonators in which the substance explosive near the input interface is in contact intimate and permanent with an electrical wire resistive heating up when passing through it a electrical current and transmitting its heat through thermal conduction to the explosive substance that the coating but can be activated accidentally by unexpected electrostatic discharges or induced currents due to radiation electromagnetic parasites.
  • the state of the technique teaches to optically boost the explosive secondary, ie to mix with this explosive secondary (particle size close to 3 ⁇ m) between 1 and 3% by weight of ultrafine carbon black (from a particle size between 50 and 200 nm) which absorbs laser light.
  • the laser energy threshold is lowered ignition, which ensures ignition thermal of the explosive composition even with laser diodes that deliver a nominal power of one watt for 10 milliseconds.
  • the coefficient of thermal expansion of secondary explosive crystals organic is a lot higher (between 3 and 7 times) than materials used for the construction of the detonator (silica optical interface, stainless steel or inconel loading body). Also, during the release constraints resulting from thermal shocks, cracks appear in the explosive composition compressed in the vicinity of the optical interface and the distribution of carbon black in the composition explosive is no longer homogeneous. Consequently, the secondary explosive is no longer sufficiently coated carbon black, which suddenly increases the energy threshold and reduces the efficiency of optical doping.
  • the problem is to realize an optical detonator low energy whose effectiveness of the device ignition is reliable and high, especially when a such detonator is intended for use in severe environments.
  • a layer of ignition powder is disposed in the cavity of the optical detonator of the aforementioned type, between the secondary explosive and the optical focusing interface.
  • propellant powders are usually used in large quantities - a 120 mm barrel uses about 8 kg of propellant powder in a 10 liter chamber - and ignition of combustion such a large volume is difficult and makes it necessary the use of an igniter containing a powder ignition.
  • Inflammators used to ignite powders propulsive are electrical igniters in which the ignition powder is ignited by thermal conduction of the heat released by the wires electric, the start of the chemical reaction between the oxidizing body and the reducing body being obtained when a very small amount of the ignition powder has reached the critical temperature of starting this reaction (typically 400 ° C).
  • the combustion of the ignition powders used in the electrical igniters is generated by the high temperature released by resistive wires.
  • the powders are lit by photon absorption of a luminous energy.
  • an optical detonator comprising a ignition powder according to the present invention, their reliability is greatly increased by compared to those using optical dopants, especially with regard to those intended for use in severe environmental conditions.
  • the trigger time of detonators according to the present invention is reduced by a factor of 5, 10, compared to optically detonators doped.
  • the optical detonator 1 has a tip 2, a first floor 3 and a second floor 4.
  • the tip 2 serves to support an optical fiber 5 which a first end is connected to a laser source, and whose second end 6 is free.
  • the first floor 3 has a housing 7 inside from which an explosive secondary explosive is confined 8. This confinement is achieved by the walls of the structure 9 of the first stage 3, a device 10 to trigger the transition to detonation in the second floor 4 to a first end, and an optical focusing interface 11 at the other end.
  • the second end 6 of the fiber Optical 5 is in the immediate vicinity of the optical focusing interface 11, this interface 11 serving as a separation between the housing 7 and the optical fiber 5.
  • the second floor 4 has a housing 12 to inside which is confined a secondary explosive detonating 13. This confinement is achieved by the walls of the structure 14 of the second floor 4, the device 10 for triggering the transition to detonation in the second floor 4 and a plate 15 propelled during the detonation of second floor 4.
  • an ignition powder 16 is disposed in the housing 7 of the first floor 3, between the explosive secondary explosive 8 and the interface focusing optics 11.
  • the laser source is activated.
  • the laser infrared light is transported by the optical fiber 5 and is focused on the powder ignition 16 by the optical interface of focusing 11 including a glass ball 11b associated with a glass plate 11c.
  • the ignition powder 16 located in the first floor 3 is lit by absorption of laser infrared light and undergoes, as a result, a combustion.
  • the oxidant is the reducing agent (the most frequent case), is absorbing the light energy provided by a near infrared radiation. Metals micronized reducing agents exhibit this optical absorption property.
  • the laser ignition threshold of the ignition powder 16 depends on its loading density, stoichiometry and the particle size of its constituents.
  • the compaction pressure of the ignition powder 16 will be chosen advantageously equal to that of the explosive secondary explosive 8, the density of loading of this explosive secondary explosive 8 being greater than 80% of its theoretical maximum density.
  • an ignition powder 16 of which the particle size is small makes it possible to lower its threshold laser ignition. Effective focus of the task laser by the optical interface 11 necessary for lower the laser ignition energy threshold, reduce the laser spot with a diameter of 50 to 100 ⁇ m, so that the reducing metals used are in the form micronized (with a particle size less than 10 ⁇ m) for increase the absorption in the near infrared.
  • the oxidizing minerals will preferably have a particle size neighbor.
  • the secondary explosive Explosion-proof 8 located in the first floor 3 is lit by burning the ignition powder 16 with which he is in contact.
  • the secondary explosive detonating 13 located in the second floor 4 is primed in detonation by the transmission of the energy released by the explosive secondary explosive 8.
  • the transition to the detonation regime is triggered by the blast of the secondary explosive Explosion 8: the explosion causes the compaction dynamics of secondary explosive loading detonating 13.
  • the high porosity of the explosive 13 (the compactness is close to 50%, the explosive having a big grain size and being loaded with a weak density) and the use of the disk 10a (which is in flake and acts as a piston crushing the column detonating secondary explosive 13 porous) promoting the transition deflagration - detonation over a distance scaled down.
  • the plate 15 is propelled by detonation of explosive secondary explosive 13, this which detonates the external loading secondary explosive.
  • the operation of the detonator 1 according to FIG. differs from that illustrated in Figure 3 only by the ignition of the detonating secondary explosive 13 (fourth time).
  • transition to the detonation regime is triggered by the shock wave that is created during the impact of the 10b projectile disc propelled into the cavity 10c by the explosion of the explosive secondary explosive 8, this wave being focused on the bare surface of the detonating secondary explosive 13 by the configuration of this cavity 10c.
  • detonating secondary explosive 13 has a fine granulometry and is loaded with a higher density that of explosive secondary explosives 13 used in blast-detonation transition detonators.
  • optical focusing interface 11 a bar of gradient glass of index 11a (as shown in FIG. 1) instead of the glass ball 11b associated with the glass plate 11c (as illustrated in FIGS. and 3).
  • a first advantage of the ignition powders 16 is that they easily absorb the laser light.
  • the 16 ignition powder does not have to be mixed with a any optically doping material, it is lit by its own absorption of light energy.
  • a second advantage of the ignition powders 16 is that they are chemically reactive.
  • the powder ignition 16 undergoes combustion (chemical reaction exothermic) whose flame initiates the combustion of the explosive secondary explosive 8.
  • the powder ignition 16 does not have to be mixed with the explosive secondary 8, a contact between the ignition powder 16 and the explosive secondary explosive 8 being sufficient.
  • the ignition powder 16 only serves to light the explosion of the explosive secondary explosive 8 which remains the major energy material of the first floor 3. It only takes a thin layer of powder ignition 16 whose thickness is between 4 and 10 times less important than that of the secondary explosive For example, a thickness between 0.5 and 1 mm of ignition powder adjacent to a layer 4 mm explosive secondary explosive 8 (for example octogen) is enough to make a deflagration enabling the priming of the secondary explosive detonating 13.
  • a third advantage of the ignition powders 16 is that they reduce the time to triggering the detonator by a factor of 5 or 10.
  • the time taken to ignite the ignition powder 16 by absorption of the laser radiation, for the reaction chemical redox of this powder 16, and for the transmission of heat from this exothermic reaction to the secondary explosive 8 allowing his blast is shorter than the one set for the absorption of the laser radiation by the black of carbon and for conduction transmission thermal energy to secondary explosive allowing his blast.
  • a fourth advantage of the ignition powders 16 is that they are physically stable.
  • the ignition powder 16 is much more stable physically when she is subjected to holding trials shocks and thermal cycles and therefore remains integrates in contact with the optical interface 11.
  • the ignition powder 16 has a coefficient of thermal expansion weaker than explosive secondary organic.
  • the zirconium that is one of the reducing metals that can be used in these powders is ten times less expandable than the octogen.
  • the ignition powder 16 is a powder redox composed of a mixture of reducing metal and of mineral oxidants. Indeed, these powders 16 absorb easily infrared laser light and have a particularly high flame temperature.
  • the reducing metals are, for example, zirconium, zirconium-nickel alloys, titanium, hydrides of titanium, aluminum, or magnesium.
  • the mineral oxidants used are, for example, the potassium perchlorate, ammonium perchlorate, ammonium nitrate, ammonium dichromate, barium chromate, or iron oxides.
  • the invention is not limited to powders ignition described above.
  • Other powders absorbing laser light and generating reactions Exothermic substances may be suitable.

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Abstract

L'invention concerne un détonateur optique (1) comprenant un explosif secondaire (8) disposé dans une cavité (7), une fibre optique raccordée par une première extrémité à une source de rayonnement laser, et une interface optique de focalisation (11) située entre l'autre extrémité de la fibre optique et l'explosif secondaire (8) et adaptée à transmettre le rayonnement laser vers l'explosif secondaire (8). Selon l'invention, une couche d'une poudre d'allumage (16) est disposée dans la cavité (7) entre l'explosif secondaire (8) et l'interface optique de focalisation (11). <IMAGE>

Description

La présente invention concerne les détonateurs optiques basse énergie dans lesquels l'amorçage est réalisé par une source laser qui peut être, par exemple une diode laser.
Un détonateur est un dispositif conçu pour amorcer en détonation un chargement externe d'explosif secondaire situé en aval ; pour cela, tout détonateur contient une petite quantité d'explosif secondaire (100 mg à 1 g) qui doit être amenée en détonation (au moins) dans sa partie terminale à partir de l'énergie fournie à l'entrée du détonateur par une source externe.
De façon connu, le détonateur optique est du type comprenant un explosif secondaire disposé dans une cavité, une fibre optique raccordée par une première extrémité à une source de rayonnement laser, et une interface optique de focalisation située entre l'autre extrémité de la fibre optique et l'explosif secondaire et adaptée à transmettre le rayonnement laser vers l'explosif secondaire.
De façon tout à fait classique dans le domaine des explosifs, on appelle explosifs secondaires des explosifs relativement insensibles, par opposition aux explosifs primaires, par exemple l'azoture de plomb, qui sont très sensibles et donc dangereux.
Dans les détonateurs optiques basse énergie (moins de 10 mJ) et basse puissance (quelques watts), on utilise l'énergie lumineuse du rayonnement laser issue d'une source laser solide en mode relaxé ou d'une diode laser quasi continu (d'encombrement limité de 1 cm3) via une fibre optique pour allumer en déflagration l'explosif secondaire chargé à l'interface optique.
Ce chauffage par absorption du rayonnement laser à travers l'interface optique présente une sécurité reconnue d'emploi des détonateurs optiques par rapport aux détonateurs électriques dans lesquels la substance explosive près de l'interface d'entrée est en contact intime et permanent avec un fil conducteur électrique résistif s'échauffant lors du passage en son sein d'un courant électrique et transmettant sa chaleur par conduction thermique à la substance explosive qui l'enrobe mais pouvant être activé accidentellement par des décharges électrostatiques inopinées ou par des courants induits dus à des radiations électromagnétiques parasites.
Malgré cet avantage indéniable des détonateurs optiques, leur utilisation pose quelques problèmes du fait que les explosifs secondaires utilisés n'absorbent pas la lumière émise dans le proche infrarouge, que ce soit des laser à solide ou des diodes lasers.
Aussi, afin de palier à ce problème, l'état de la technique enseigne de doper optiquement l'explosif secondaire, c'est à dire de mélanger à cet explosif secondaire (d'une granulométrie proche de 3 µm) entre 1 et 3% massique de noir de carbone ultra fin (d'une granulométrie comprise entre 50 et 200 nm) qui absorbe la lumière laser.
Ainsi, grâce à ce dopage optique, et en focalisant la lumière laser en une tache d'un diamètre compris entre 50 et 100 µm, on abaisse le seuil d'énergie laser d'allumage, ce qui permet d'assurer un allumage thermique de la composition explosive même avec des diodes laser qui délivrent une puissance nominale d'un watt pendant 10 millisecondes.
Toutefois, au cours d'essais de fonctionnement qui servent à valider l'utilisation des détonateurs dans des environnements opérationnels sévères (utilisation sur des avions, des missiles, des véhicules spatiaux...) et qui sont réalisés soit après des chocs thermiques intenses (essai à température ambiante après soumission pendant 5 heures à des températures supérieures à 100 °C), soit après des cycles thermiques (de -160 °C à 100 °C), il s'est avéré que l'allumage laser de la composition explosive optiquement dopée avec du noir de carbone n'était pas suffisamment fiable.
Ce manque de fiabilité concerne tout spécialement les nitramines (octogène et hexogène) qui sont les explosifs secondaires les plus usuels pour ces applications.
En fait, le coefficient de dilatation thermique des cristaux d'explosif secondaire organique est beaucoup plus élevé (entre 3 et 7 fois) que ceux des matériaux utilisés pour la construction du détonateur (la silice de l'interface optique, l'acier inoxydable ou l'inconel du corps de chargement). Aussi, lors de la libération des contraintes issues des chocs thermiques, des fissures apparaissent dans la composition explosive comprimée au voisinage de l'interface optique et la distribution du noir de carbone dans la composition explosive n'est plus homogène. En conséquence, l'explosif secondaire n'est plus suffisamment enrobé par le noir de carbone, ce qui accroít subitement le seuil énergétique d'allumage et diminue l'efficacité du dopage optique.
Le problème posé est de réaliser un détonateur optique basse énergie dont l'efficacité du dispositif d'allumage soit fiable et élevée, notamment quand un tel détonateur est destiné à être utilisé dans des environnements sévères.
Suivant l'invention, une couche de poudre d'allumage est disposée dans la cavité du détonateur optique du type précité, entre l'explosif secondaire et l'interface optique de focalisation.
Dans l'art antérieur relatif aux poudres d'allumage qui sont essentiellement un mélange d'un corps chimique oxydant et d'un corps chimique réducteur, on constate que celles-ci sont utilisées pour allumer la combustion des poudres propulsives qui sont notamment utilisées pour accélérer un projectile.
En effet, les poudres propulsives sont généralement utilisées en grande quantité - un canon de 120 mm utilise environ 8 kg de poudre propulsive dans une chambre de 10 litres - et l'allumage de la combustion d'un si grand volume est difficile et rend nécessaire l'utilisation d'un inflammateur contenant une poudre d'allumage.
Les inflammateurs utilisés pour allumer les poudres propulsives sont des inflammateurs électriques dans lesquels la poudre d'allumage est allumée par conduction thermique de la chaleur dégagée par les fils électriques, le démarrage de la réaction chimique entre le corps oxydant et le corps réducteur étant obtenu lorsqu'une très petite quantité de la poudre d'allumage a atteint la température critique de démarrage de cette réaction (typiquement 400°C).
Il est tout à fait surprenant d'utiliser une poudre d'allumage pour allumer un détonateur, le domaine technique des détonateurs étant totalement différent de celui des inflammateurs utilisés pour l'allumage de la poudre propulsive des canons ou du propergol des propulseurs.
Dans les canons et les propulseurs on cherche à obtenir, avec les inflammateurs ou allumeurs, une combustion contrôlée d'une poudre propulsive générant une pression assez faible (5 000 bar maximum dans un canon), la vitesse de ces fronts de combustion étant au mieux de quelques m.s-1. Dans les détonateurs, on cherche à obtenir une détonation, c'est à dire une combustion extrêmement rapide générant une très forte pression (entre 300 000 et 400 000 bar), la vitesse de l'onde de détonation se propageant à des vitesses comprises entre 7 000 et 9 000 m.s-1.
De plus, la combustion des poudres d'allumage utilisées dans les inflammateurs électriques est générée par la forte température dégagée par les fils résistifs. Au contraire, dans la présente invention, les poudres d'allumage sont allumées par l'absorption photonique d'une énergie lumineuse.
En utilisant un détonateur optique comprenant une poudre d'allumage conformément à la présente invention, on augmente de façon très importante leur fiabilité par rapport à ceux utilisant des dopants optiques, surtout en ce qui concerne ceux destinés à être utilisés dans des conditions d'environnement sévères.
De plus, le temps de déclenchement des détonateurs selon la présente invention est réduit d'un facteur 5, voire 10, par rapport aux détonateurs optiquement dopés.
D'autres particularités et avantages de la présente invention résulteront de la description qui va suivre.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
  • la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du premier étage d'un détonateur optique selon la présente invention;
  • la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un détonateur optique selon la présente invention, la transition dans le deuxième étage étant du type choc-détonation; et
  • la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un détonateur optique selon la présente invention, la transition dans le deuxième étage étant du type déflagration-détonation.
Comme on peut le voir aux figures annexées, le détonateur optique 1 comporte un embout 2, un premier étage 3 et un deuxième étage 4.
L'embout 2 sert de support à une fibre optique 5 dont une première extrémité est reliée à une source laser, et dont la deuxième extrémité 6 est libre.
Le premier étage 3 comporte un logement 7 à l'intérieur duquel est confiné un explosif secondaire déflagrant 8. Ce confinement est réalisé par les parois de la structure 9 du premier étage 3, un dispositif 10 permettant de déclencher la transition vers la détonation dans le deuxième étage 4 à une première extrémité, et une interface optique de focalisation 11 à l'autre extrémité.
Une fois l'embout 2 solidarisé au premier étage 3 du détonateur 1, la deuxième extrémité 6 de la fibre optique 5 se trouve à proximité immédiate de l'interface optique de focalisation 11, cette interface 11 servant de séparation entre le logement 7 et la fibre optique 5.
Le deuxième étage 4 comporte un logement 12 à l'intérieur duquel est confiné un explosif secondaire détonant 13. Ce confinement est réalisé par les parois de la structure 14 du deuxième étage 4, le dispositif 10 permettant le déclenchement de la transition vers la détonation dans le deuxième étage 4 et une plaque 15 propulsée lors de la détonation du deuxième étage 4.
Selon l'invention, une poudre d'allumage 16 est disposée dans le logement 7 du premier étage 3, entre l'explosif secondaire déflagrant 8 et l'interface optique de focalisation 11.
Le fonctionnement d'un détonateur 1 selon la figure 3 est le suivant :
Dans un premier temps, la source laser est activée.
La lumière infrarouge laser est transportée par la fibre optique 5 et est focalisée sur la poudre d'allumage 16 par l'interface optique de focalisation 11 comprenant une bille en verre 11b associée à une plaquette en verre 11c.
Dans un deuxième temps, la poudre d'allumage 16 située dans le premier étage 3 est allumée par absorption de la lumière infrarouge laser et subit, en conséquence, une combustion.
L'un des constituants de la poudre d'allumage 16, soit l'oxydant soit le réducteur (le cas le plus fréquent), est absorbant de l'énergie lumineuse fournie par un rayonnement dans le proche infrarouge. Les métaux réducteurs sous forme micronisés présentent cette propriété d'absorption optique.
Le seuil d'allumage laser de la poudre d'allumage 16 dépend de sa densité de chargement, de la stoechiométrie et de la granulométrie de ses constituants.
La pression de compaction de la poudre d'allumage 16 sera choisie avantageusement égale à celle de l'explosif secondaire déflagrant 8, la densité de chargement de cet explosif secondaire déflagrant 8 étant supérieure à 80% de sa densité maximum théorique.
L'utilisation d'une poudre d'allumage 16 dans des conditions proches de la stoechiométrie permet d'abaisser le seuil d'énergie d'allumage de la poudre d'allumage 16. Toutefois, pour des raisons de sécurité lors de la manipulation de cette poudre d'allumage 16, il est préférable d'avoir un mélange à 15% des conditions stoechiométriques.
De même, l'utilisation d'une poudre d'allumage 16 dont la granulométrie est faible permet d'abaisser son seuil d'allumage laser. La focalisation efficace de la tache laser par l'interface optique 11 nécessaire pour diminuer le seuil d'énergie d'allumage laser, réduit la tâche laser à un diamètre de 50 à 100 µm, de sorte que les métaux réducteurs utilisés sont sous forme micronisés (d'une granulométrie inférieure à 10µm) pour augmenter l'absorption dans le proche infrarouge. Les oxydant minéraux auront de préférence une granulométrie voisine.
De façon générale, le réglage de ces paramètres dépend d'un compromis entre la sécurité d'emploi des substances explosives et la performance de fonctionnement.
Dans un troisième temps, l'explosif secondaire déflagrant 8 situé dans le premier étage 3 est allumé par la combustion de la poudre d'allumage 16 avec laquelle il est en contact.
La réaction chimique de combustion de la poudre d'allumage 16 (réaction d'oxydoréduction) est exothermique et libère une grande chaleur de réaction permettant de démarrer de façon fiable et immédiate la déflagration de l'explosif secondaire 8 au contact de cette couche de poudre d'allumage 16.
On notera que si cette poudre d'allumage 16 libère beaucoup de chaleur favorable à l'allumage de l'explosif en déflagration 8, par contre elle toute seule libère trop peu de gaz pour remplacer les explosifs secondaires, ce qui limite son emploi à l'allumage de ces derniers.
Dans un quatrième temps, l'explosif secondaire détonant 13 situé dans le deuxième étage 4 est amorcé en détonation par la transmission de l'énergie dégagée par l'explosif secondaire déflagrant 8.
La transition vers le régime de détonation est déclenchée par la déflagration de l'explosif secondaire déflagrant 8: la déflagration provoque le compactage dynamique du chargement en explosif secondaire détonant 13. La grande porosité de l'explosif 13 (la compacité est proche de 50%, l'explosif ayant une grosse granulométrie et étant chargé avec une faible densité) et l'utilisation du disque 10a (qui se découpe en paillet et agit comme un piston écrasant la colonne d'explosif secondaire détonant 13 poreux) favorisant la transition déflagration - détonation sur une distance réduite.
Dans un cinquième temps, la plaque 15 est propulsée par la détonation de l'explosif secondaire détonant 13, ce qui amorce en détonation le chargement externe d'explosif secondaire.
Le fonctionnement du détonateur 1 selon la figure 2, diffère de celui illustré à la figure 3 uniquement par l'amorçage de l'explosif secondaire détonant 13 (quatrième temps).
Dans le détonateur 1 représenté à la figure 2, la transition vers le régime de détonation est déclenchée par l'onde de choc qui est créée lors de l'impact du disque projectile 10b propulsé dans la cavité 10c par la déflagration de l'explosif secondaire déflagrant 8, cette onde étant focalisée sur la surface nue de l'explosif secondaire détonant 13 par la configuration de cette cavité 10c.
De préférence, dans le cas de cette transition choc-détonation (décrite dans la demande FR 2 796 172), l'explosif secondaire détonant 13 a une fine granulométrie et est chargé avec une densité plus élevé que celle des explosifs secondaires détonants 13 utilisé dans les détonateurs à transition déflagration-détonation.
Bien évidemment, il est possible d'utiliser, comme interface optique de focalisation 11, un barreau de verre à gradient d'indice 11a (comme illustré à la figure 1) au lieu de la bille en verre 11b associée à la plaquette en verre 11c (comme illustré aux figures 2 et 3).
Dans l'art antérieur, le noir de carbone servant à capter l'énergie lumineuse et à transmettre l'énergie par conduction thermique nécessitait d'être mélangé de façon homogène avec l'explosif secondaire déflagrant 8.
De plus, comme le noir de carbone, ou tout autre dopant optique, est chimiquement inerte et ne participe aucunement à une réaction chimique exothermique, il est nécessaire de l'utiliser en très faible quantité pour ne pas diminuer l'énergie chimique totale contenue dans le mélange de l'explosif secondaire.
Un premier avantage des poudres d'allumage 16 est qu'elles absorbent facilement la lumière laser. La poudre d'allumage 16 n'a pas à être mélangée avec une quelconque matière optiquement dopante, elle est allumée par sa propre absorption d'énergie lumineuse.
Un deuxième avantage des poudres d'allumage 16 est qu'elles sont chimiquement réactives. La poudre d'allumage 16 subit une combustion (réaction chimique exothermique) dont la flamme amorce la combustion de l'explosif secondaire déflagrant 8. La poudre d'allumage 16 n'a pas à être mélangée avec l'explosif secondaire 8, un contact entre la poudre d'allumage 16 et l'explosif secondaire déflagrant 8 étant suffisant.
Comme il n'est pas nécessaire, lors de la préparation du détonateur 1, de réaliser un quelconque mélange homogène (ce qui est assez délicat) avec la poudre d'allumage 16 (ni avec du noir de carbone, ni avec un explosif secondaire), la préparation du détonateur 1 s'en trouve énormément facilitée.
Une autre conséquence particulièrement intéressante de la composition chimique des poudres d'allumage 16 est qu'il est possible d'avoir par unité de volume un pourcentage beaucoup plus élevé de matière absorbante (le pourcentage de noir de carbone étant de l'ordre de 1%), augmentant de façon considérable l'allumage de l'explosif secondaire déflagrant 8.
La poudre d'allumage 16 ne sert qu'à allumer la déflagration de l'explosif secondaire déflagrant 8 qui reste le matériau énergétique majoritaire du premier étage 3. Il ne suffit que d'une fine couche de poudre d'allumage 16 dont l'épaisseur est entre 4 et 10 fois moins importante que celle de l'explosif secondaire déflagrant 8. Par exemple, une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm de poudre d'allumage adjacente à une couche de 4 mm d'explosif secondaire déflagrant 8 (par exemple d'octogène) suffit pour réaliser une déflagration permettant l'amorçage de l'explosif secondaire détonant 13.
Un troisième avantage des poudres d'allumage 16 est qu'elles permettent de réduire le temps de déclenchement du détonateur d'un facteur 5 voire 10.
Le temps mis pour l'allumage de la poudre d'allumage 16 par absorption du rayonnement laser, pour la réaction chimique d'oxydoréduction de cette poudre d'allumage 16, et pour la transmission de la chaleur de cette réaction exothermique à l'explosif secondaire 8 permettant sa déflagration est plus court que celui mis pour l'absorption du rayonnement laser par le noir de carbone et pour la transmission par conduction thermique de l'énergie à l'explosif secondaire permettant sa déflagration.
En effet, la réaction chimique exothermique de combustion de la poudre d'allumage 16 libère une plus grande chaleur de réaction (+100%) que la réaction de décomposition de l'explosif secondaire dopé optiquement par le noir de carbone, de sorte que cette chaleur de réaction plus importante permet de démarrer de façon rapide et immédiate la déflagration de l'explosif secondaire 8 au contact de cette poudre d'allumage 16.
Un quatrième avantage des poudres d'allumage 16 est qu'elles sont physiquement stables.
La poudre d'allumage 16 est beaucoup plus stable physiquement quand elle est soumise aux essais de tenue aux chocs et cycles thermiques et reste par conséquent intègre au contact de l'interface optique 11. En fait, la poudre d'allumage 16 possède un coefficient de dilatation thermique plus faible que l'explosif secondaire organique. Par exemple, le zirconium qui est un des métaux réducteurs pouvant être utilisés dans ces poudres, est dix fois moins dilatable que l'octogène.
Avantageusement, la poudre d'allumage 16 est une poudre rédox composée d'un mélange de métal réducteur et d'oxydants minéraux. En effet, ces poudres 16 absorbent facilement la lumière laser infrarouge et ont une température de flamme particulièrement élevée.
Les métaux réducteurs sont, par exemple, le zirconium, les alliages de zirconium-nickel, le titane, les hydrures de titane, l'aluminium, ou le magnésium.
Les oxydants minéraux utilisés sont, par exemple, le perchlorate de potassium, le perchlorate d'ammonium, le nitrate d'ammonium, le bichromate d'ammonium, le chromate de baryum, ou les oxydes de fer.
Ainsi, on peut utiliser comme poudre d'allumage 16 :
  • les thermites comprenant de l'aluminium et de l'oxyde de fer,
  • les poudre de type ZPP, c'est à dire contenant pour l'essentiel du zirconium et du perchlorate de potassium, par exemple, un mélange comprenant 52% de zirconium, 42% de perchlorate de potassium, 5% de viton et 1% de graphite (pourcentage massique),
Il est possible d'utiliser d'autres poudres rédox, comme, par exemple :
  • une poudre contenant pour l'essentiel du zirconium et du chromate de baryum, par exemple, un mélange comprenant 45% de zirconium, 34% de chromate de baryum, 7% bichromate d'ammonium et 14% de perchlorate d'ammonium (pourcentage massique),
  • une poudre contenant pour l'essentiel du titane et du perchlorate de potassium, par exemple, un mélange comprenant 40% de titane et 60% de perchlorate de potassium (pourcentage massique) ou un mélange comprenant 40% d'hydrure de titane TiHx et 60% de perchlorate de potassium (pourcentage massique), x étant égal à 0,2 ; 0,65 ou 1,65.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux poudres d'allumage décrits ci-dessus. D'autres poudres absorbant la lumière laser et générant des réactions exothermiques peuvent convenir.

Claims (10)

  1. Détonateur optique (1) comprenant un explosif secondaire (8) disposé dans une cavité (7), une fibre optique (5) raccordée par une première extrémité à une source de rayonnement laser, et une interface optique de focalisation (11) située entre l'autre extrémité (6) de la fibre optique (5) et l'explosif secondaire (8) et adaptée à transmettre le rayonnement laser vers l'explosif secondaire (8), caractérisé en ce qu'une couche d'une poudre d'allumage (16) est disposée dans la cavité (7) entre l'explosif secondaire (8) et l'interface optique de focalisation (11).
  2. Détonateur optique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre d'allumage (16) contient un métal pulvérulent micronisé.
  3. Détonateur optique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de la poudre d'allumage (16) est entre 4 et 10 fois moins importante que l'épaisseur de l'explosif secondaire (8).
  4. Détonateur optique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pression de compaction de la poudre d'allumage (16) est sensiblement égale à celle de l'explosif secondaire (8).
  5. Détonateur optique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la composition de la poudre d'allumage (16) est stoechiométrique à 15% près.
  6. Détonateur optique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre d'allumage (16) est une poudre rédox composée d'un mélange de métal réducteur et d'oxydants minéraux.
  7. Détonateur optique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le métal réducteur est du zirconium, un alliage de zirconium-nickel, du titane, un hydrure de titane, de l'aluminium ou du magnésium.
  8. Détonateur optique (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'oxydant minéral est du perchlorate de potassium, du perchlorate d'ammonium, du chromate de baryum, du bichromate d'ammonium, du nitrate d'ammonium ou un oxyde de fer.
  9. Détonateur optique (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le processus de transition vers la détonation déclenché dans le deuxième étage (4) est du type déflagration-détonation.
  10. Détonateur optique (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le processus de transition vers la détonation déclenché dans le deuxième étage (4) est du type choc-détonation.
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