RU2750750C1

RU2750750C1 - Laser fulminating detonator

Info

Publication number: RU2750750C1
Application number: RU2020117702A
Authority: RU
Inventors: Григорий Артемович Аватитян; Михаил Васильевич Агеев; Владимир Григорьевич Бутенко; Юрий Николаевич Ведерников; Анжела Александровна Климова; Юрий Александрович Кулагин; Юрий Григорьевич Паршиков; Владимир Кузьмич Попов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2021-07-02

Abstract

FIELD: explosives.

SUBSTANCE: invention relates to means for blasting, namely to laser means of initiation for use in the mining and coal mining industries, in seismic exploration, oil production during wellbore perforation, construction and special equipment for blasting single and spaced charges at multipoint initiation. A laser fulminating detonator - LFD containing a body with an explosive charge, an optical support, a photosensitive explosive with addition of a nanocarbon component, wherein the explosive is initiated from a laser diode with a focusing system. The radiation source and the focusing system are removed from the body of the detonator and connected thereto by means of a fiber-optic cable through an optical input constituting a polymer socket fixed in the equipped sleeve of the fulminating detonator - FD. A light guide is fixed in the center of the socket, adjacent to the optical support made of fluoroplastic inserted into a cap wherein a photosensitive explosive, a modified nanomodifier - astralen, an initiating charge and a disruptive explosive are pressed into the cap.

EFFECT: invention allows improving manufacturability and safety of blasting operations which is provided by the high level of resistance to electromagnetic influence and discharges of static electricity, reducing the activation power, increasing operational speed and reducing difference in timing of activation at multipoint charge initiation.

8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам взрывания, а именно к лазерным средствам инициирования (ЛСИ), для использования в горнорудной и угледобывающей промышленности, в сейсморазведке, в нефтедобыче при перфорации скважин, в строительстве и спецтехнике для подрыва одиночных и разнесенных зарядов при многоточечном инициировании.The invention relates to blasting devices, namely to laser initiation devices (LSI), for use in the mining and coal mining industry, in seismic exploration, in oil production when perforating wells, in construction and special equipment for blasting single and spaced charges with multipoint initiation.

Применение систем инициирования с лазерным (оптическим) инициированием позволяет существенно повысить технологичность и безопасность работ, что обуславливается высоким уровнем стойкости к электромагнитным воздействиям и разрядам статического электричества.The use of initiation systems with laser (optical) initiation can significantly increase the manufacturability and safety of work, which is due to a high level of resistance to electromagnetic influences and discharges of static electricity.

Основными преимуществами оптоволоконных систем по сравнению с электрическими являются: малое затухание сигнала, нечувствительность к электромагнитным помехам, малые габаритные размеры и масса кабелей. Оптоволоконный кабель защищен от внешних воздействий (температура, агрессивная среда, влажность, грунтовые воды, грызуны), более безопасен по сравнению с электрическим кабелем для обслуживающего персонала (по опасности поражения электрическим током, взрыво- и пожароопасности).The main advantages of fiber-optic systems in comparison with electrical ones are: low signal attenuation, insensitivity to electromagnetic interference, small overall dimensions and weight of cables. The fiber-optic cable is protected from external influences (temperature, aggressive environment, humidity, groundwater, rodents), it is safer than an electric cable for service personnel (in terms of electric shock, explosion and fire hazard).

Известен «Предохранительный детонатор»», описанный в патенте РФ №2424490 от 20.07.2011, содержащий корпус, оптический взрыватель, воспламенитель, чашечку с первичным инициирующим ВВ (ИВВ), заряд основного ВВ и линию подвода энергии в виде оптического волокна. К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции узла ввода излучения, наличие промежуточного (затворного) заряда, нетехнологичность закрепления линии подвода энергии (оптического волокна), большое время срабатывания изделия из-за наличия пиротехнической затравки. Также следует отметить нецелесообразность использования такой системы для многоточечного инициирования из-за большой разновременности срабатывания изделий и больших энергий инициирования пиротехнической затравки.Known "Safety detonator" ", described in the patent of the Russian Federation No. 2424490 from 20.07.2011, containing a housing, an optical fuse, an igniter, a cup with a primary initiating explosive (IVV), a charge of the main explosive and an energy supply line in the form of an optical fiber. The disadvantages of this device include the complexity of the design of the radiation input unit, the presence of an intermediate (gate) charge, the low technology of fixing the energy supply line (optical fiber), the long response time of the product due to the presence of a pyrotechnic seed. It should also be noted that it is inexpedient to use such a system for multipoint initiation due to the large difference in the timing of the operation of the products and the high energies of initiation of the pyrotechnic seed.

Известен «Капсюль-детонатор лазерного инициирования взрывчатого вещества» (патент на полезную модель №135789 от 25.07.2013), состоящий из металлического корпуса с последовательно размещенными в нем зарядами основного ВВ и промежуточной толстостенной оболочки с инициирующим зарядом из бризантного ВВ (БВВ), причем лазерный воспламенительный элемент установлен вплотную торцом к поверхности зажигательного пиротехнического состава, а на лазерный воспламенительный элемент помещают амортизатор с резьбовым каналом для предотвращения его излома. К недостаткам данного устройства следует отнести также большую разновременность срабатывания при инициировании группы изделий из-за использования пиротехнических составов и недостаточную надежность перехода горения в детонацию БВВ.Known "Capsule-detonator laser initiation of explosives" (utility model patent No. 135789 dated 25.07.2013), consisting of a metal case with charges of the main explosive placed in series in it and an intermediate thick-walled shell with an initiating charge of blasting explosive (BVV), and the laser igniting element is mounted close to the surface of the incendiary pyrotechnic composition, and a shock absorber with a threaded channel is placed on the laser igniting element to prevent its fracture. The disadvantages of this device should also include a large difference in timing of triggering when initiating a group of products due to the use of pyrotechnic compositions and insufficient reliability of the transition of combustion to detonation of BVV.

Известен «Детонатор на основе светочувствительного взрывчатого вещества», описанный в патенте РФ №2427786 от 24.02.2010. Лазерный детонатор содержит установленные в корпусе соосно оптический подпор и заряд ВВ, выполненный в виде инициирующей и выходной навесок ВВ. В качестве светочувствительного состава использована смесь высокодисперсного ТЭНа с наноалюминием с размером частиц не более 60 нм при плотности запрессовки 0,9-1,1 г/см³. Такой детонатор обладает высокой чувствительностью к одиночному импульсу неодимового лазера. Данный эффект связан с поглощением излучения непосредственно наночастицами с образованием «горячих точек», что приводит к инициированию экзотермической реакции в основном веществе. Недостатком данного устройства является нестабильность, со временем, свойств наноалюминия, образование окиси алюминия и потеря чувствительности состава, а также малая его технологичность.Known "Detonator based on a photosensitive explosive", described in the patent of the Russian Federation No. 2427786 from 24.02.2010. The laser detonator contains a coaxially mounted optical support and an explosive charge made in the form of an initiating and output explosive charge. As a photosensitive composition, a mixture of highly dispersed heating elements with nano-aluminum with a particle size of no more than 60 nm at a pressing density of 0.9-1.1 g / cm ^{3 was used} . Such a detonator is highly sensitive to a single pulse from a neodymium laser. This effect is associated with the absorption of radiation directly by nanoparticles with the formation of "hot spots", which leads to the initiation of an exothermic reaction in the main substance. The disadvantage of this device is the instability, over time, of the properties of nanoaluminum, the formation of aluminum oxide and loss of sensitivity of the composition, as well as its low manufacturability.

Известна система инициирования пространственно разнесенных зарядов, которая включает в себя лазер, детонаторы, пучок оптических волокон в качестве светового тракта, которые связывают детонаторы с выходом лазера для передачи оптической энергии вдоль продольной оси оптического волокна до подрываемых детонаторов (зарядов) посредством передаваемой оптической энергии (патент США №3813783 от 03.08.1972). Каждый детонатор содержит корпус со снаряженным ВВ и фокусирующую линзу, к которой подходит оптическое волокно, поверхность ВВ покрыта тонкой алюминиевой пленкой, которая испаряется при воздействии сфокусированного лазерного излучения с образованием ударной волны, которая инициирует данное ВВ. К недостаткам данной системы инициирования следует отнести невозможность проведения контроля целостности светового тракта и большие энергии инициирования детонаторов.A known system for initiating spatially separated charges, which includes a laser, detonators, a beam of optical fibers as a light path, which connect the detonators with the laser output for transferring optical energy along the longitudinal axis of the optical fiber to detonators (charges) undermined by means of the transmitted optical energy (patent USA No. 3813783 dated 08/03/1972). Each detonator contains a housing with a loaded explosive and a focusing lens, to which an optical fiber fits, the surface of the explosive is covered with a thin aluminum film, which evaporates when exposed to focused laser radiation with the formation of a shock wave that initiates this explosive. The disadvantages of this initiation system include the impossibility of monitoring the integrity of the light path and high initiation energies of detonators.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является техническое решение под названием «Лазерный детонатор», описанное в патенте РФ №2596171 от 24.08.2015. Лазерный детонатор содержит установленные в корпусе соосно источник излучения, оптический подпор и заряд ВВ. Заряд ВВ выполнен в виде инициирующей и выходной навесок ВВ и снабжен градиентной оптической линзой, расположенной между источником излучения и оптическим подпором из керамики. При этом инициирующая навеска ВВ, примыкающая к оптическому подпору, выполнена из высокодисперсного вторичного ВВ, например, НКТ, с добавлением наноуглеродного компонента. Данное изделие по существу является средством инициирования, включающим в себя систему лазерного инициирования с оптической системой фокусировки и лазерный капсюль-детонатор на основе светочувствительного ВВ. Главным его недостатком является высокая стоимость, сложность конструкции и малая целесообразность его широкого применения в промышленности при многоточечном инициировании зарядов ВВ.The closest and selected as a prototype is a technical solution called "Laser detonator", described in the patent of the Russian Federation No. 2596171 from 08.24.2015. The laser detonator contains a radiation source, an optical support and an explosive charge installed in the housing coaxially. The explosive charge is made in the form of an initiating and output explosive charge and is equipped with a gradient optical lens located between the radiation source and an optical support made of ceramics. In this case, the initiating explosive charge adjacent to the optical support is made of a highly dispersed secondary explosive, for example, tubing, with the addition of a nanocarbon component. This product is essentially a means of initiation, including a laser initiation system with an optical focusing system and a laser blasting cap based on a photosensitive explosive. Its main disadvantage is its high cost, design complexity and low feasibility of its widespread use in industry for multipoint initiation of explosive charges.

Задачей настоящего изобретения является создание лазерного капсюля-детонатора для многоточечного подрыва зарядов ВВ с малой разновременностью их срабатывания от одного источника излучения небольшой мощности (лазерного диода), более экономичного, изготавливаемого с минимальными затратами за счет использования серийных деталей и элементов конструкции, выпускаемых отечественными производителями.The objective of the present invention is to create a laser capsule-detonator for multi-point detonation of explosive charges with a small difference in timing of their operation from a single low-power radiation source (laser diode), more economical, manufactured with minimal costs through the use of serial parts and structural elements produced by domestic manufacturers.

Поставленная задача достигается тем, что источник излучения и система фокусировки вынесены из корпуса детонатора и соединены с ним посредством оптоволоконного кабеля (световода) через оптический ввод. Оптический ввод представляет собой полимерную втулку в снаряженной гильзе капсюля-детонатора с закрепленным в ней по центру световодом (световодами). Световод (световоды) вплотную примыкает (примыкают) полированным концом к оптическому подпору из фторопласта, вставленного в колпачок с запрессованным в него светочувствительным и инициирующим составами.The task is achieved by the fact that the radiation source and the focusing system are removed from the detonator housing and connected to it by means of a fiber-optic cable (light guide) through an optical input. The optical input is a polymer sleeve in the equipped sleeve of the detonator cap with a fiber (s) fixed in it in the center. The light guide (light guides) closely adjoins (adjoin) the polished end to an optical support made of fluoroplastic inserted into a cap with a photosensitive and initiating compound pressed into it.

Источник излучения (лазерный диод) с системой фокусировки и с выводом из нее излучения через транспортный световод соединен с одним или несколькими КД через инициирующие световоды, полированные концы которых соединены с транспортным световодом через коннектор (оптический разветвитель-соединитель). Оптический ввод расположен внутри полимерной втулки, вставленной в дульце КД, и выполнен с двумя световодами: один обеспечивает инициирование, а второй передает отраженный свет и показывает готовность системы к работе. В качестве светочувствительного ВВ используют ТНРС-М (ТНРС, модифицированный наномодификатором - астраленом), при соотношении компонентов: ТНРС - 99,5-99,9%, астрален - 0,5-0,1%. При этом модифицированный ТНРС входит в композицию или состав с азидом свинца кристаллическим при соотношении компонентов 1:3. Именно при таком соотношении компонентов обеспечивается минимальное время срабатывания при минимальной мощности излучения. При этом ТНРС-М, азид свинца и БВВ (тэн, гексоген, октоген) необходимо прессовать совместно, чем обеспечивается большая безопасность и внедрение частиц азида свинца в ТНРС-М. Навеска ТНРС-М засыпается первой в колпачок на оптический подпор, при соотношении навесок 1:3:1. Величина навесок зависит от диаметра колпачка и должна быть привязана к величине заряда азида свинца, обеспечивающего надежную детонацию БВВ, а высота общей запрессовки должна быть меньше диаметра заряда. Оптимальным удельным давлением прессования, обеспечивающим необходимую чувствительность к излучению (длина волны излучения 0,9-1,06 мкм) и малое время срабатывания с наименьшим разбросом, является давление 125±25 МПа.A radiation source (laser diode) with a focusing system and outputting radiation from it through a transport light guide is connected to one or more CDs through initiating light guides, the polished ends of which are connected to the transport light guide through a connector (optical splitter-coupler). The optical input is located inside a polymer sleeve inserted in the barrel of the CD and is made with two light guides: one provides initiation, and the other transmits reflected light and indicates the readiness of the system for operation. TNRS-M (TNRS modified with nanomodifier - astralen) is used as a photosensitive explosive, with the ratio of components: TNRS - 99.5-99.9%, astralen - 0.5-0.1%. In this case, the modified THPC is included in a composition or composition with crystalline lead azide at a ratio of components of 1: 3. It is with this ratio of components that the minimum response time is ensured with the minimum radiation power. In this case, TNRS-M, lead azide and BVV (teng, RDX, HMX) must be pressed together, which ensures greater safety and the introduction of lead azide particles into TNRS-M. A sample of TNRS-M is poured first into the cap on the optical support, with a sample ratio of 1: 3: 1. The amount of weighed portions depends on the diameter of the cap and must be tied to the magnitude of the lead azide charge, which ensures reliable detonation of the BVV, and the height of the general press fit must be less than the diameter of the charge. The optimal specific pressing pressure, providing the necessary sensitivity to radiation (radiation wavelength 0.9-1.06 microns) and a short response time with the smallest spread, is a pressure of 125 ± 25 MPa.

Именно использование астралена в качестве наномодификатора ВВ (ТУ 2166-001-13800624-2003) позволяет увеличить чувствительность и уменьшить время срабатывания подобного состава более чем в 50 раз по сравнению с аналогичным составом без астралена, что является особенно важным для многоточечного инициирования зарядов, например, для сейсморазведки.It is the use of astralen as an explosive nanomodifier (TU 2166-001-13800624-2003) that makes it possible to increase the sensitivity and reduce the response time of such a composition by more than 50 times compared to a similar composition without astralen, which is especially important for multipoint initiation of charges, for example, for seismic exploration.

Известны многие вещества, которые можно отнести к наноуглеродам: наносажа, нанотрубки, фуллерены, ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза, астралены и др. Однако не все наноуглероды являются сенсибилизаторами повышения чувствительности к лазерному излучению. Так, например, высшие фуллерены С₇₈, С₈₄ имеют область оптического взаимодействия (поглощения) в области красного и ближнего ИК-спектра, а для С₆₀ она составляет 400-700 нм («Оптический журнал», т. 64, №9, 1997, с. 82).Many substances are known that can be classified as nanocarbons: nanoscale, nanotubes, fullerenes, ultradispersed detonation synthesis diamonds, astralenes, etc. However, not all nanocarbons are sensitizers of increasing sensitivity to laser radiation. So, for example, higher fullerenes C ₇₈ , C ₈₄ have a region of optical interaction (absorption) in the red and near-IR spectrum, and for C ₆₀ it is 400-700 nm ("Optical Journal", vol. 64, No. 9, 1997, p. 82).

Астрален представляет собой углеродные наночастицы фуллероидного типа тороидальной формы с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и соотношением внешнего диаметра к толщине многослойного тора (10-3):1, имеющим средний размер 15-100 нм. Астралены, как и фуллерены, под действием лазерного излучения являются фотосенсибилизаторами синглетно-возбужденного кислорода. Они относятся к высокоупорядоченным кластерам углерода со смешанной гибридизацией орбиталей (sp³-sp²). Их можно объединить общим термином - фуллероиды или фуллероидные наночастицы.Astralen is a toroidal fulleroid type carbon nanoparticles with an interlayer distance of 0.34-0.36 nm and a ratio of the outer diameter to the thickness of a multilayer torus (10-3): 1, having an average size of 15-100 nm. Astralenes, like fullerenes, are photosensitizers of singlet-excited oxygen under the action of laser radiation. They belong to highly ordered carbon clusters with mixed hybridization of orbitals (sp ³ -sp ² ). They can be collectively referred to as fulleroids or fulleroid nanoparticles.

Делокализация валентных электронов в рамках отдельного кластера в целом - их основное отличие от всех остальных гомологов углерода. Система разрешенных триплетных и синглетных состояний разветвленная, и, при этом, первое триплетное состояние имеет значение 1,63 эВ, что совпадает со значением энергии метастабильного синглетного состояния двухатомного кислорода. Это создает условия для трансферта энергии возбуждения от фуллероидов к кислороду и является способом получения синглетно-возбужденного кислорода при высоких уровнях воздействия электромагнитного излучения. Возбужденный таким образом молекулярный кислород через люминесценцию практически сразу же переходит в высокостабильное синглетное состояние с энергией 0,97 эВ. При этом время жизни молекулярного кислорода измеряется десятками и сотнями миллисекунд (журнал «Оптика и спектроскопия»: т. 108, №1, 2010, с. 148-155; т. 118, №3, 2015, с. 440-448), чего вполне достаточно для участия в реакциях окисления ВВ со значительно большей кинетической эффективностью, чем могут обеспечить известные формы активного кислорода (атомарный кислород и озон).Delocalization of valence electrons within an individual cluster as a whole is their main difference from all other carbon homologues. The system of allowed triplet and singlet states is branched, and, in this case, the first triplet state has a value of 1.63 eV, which coincides with the energy of the metastable singlet state of diatomic oxygen. This creates conditions for the transfer of excitation energy from fulleroids to oxygen and is a way to obtain singlet-excited oxygen at high levels of exposure to electromagnetic radiation. Molecular oxygen excited in this way passes through luminescence almost immediately into a highly stable singlet state with an energy of 0.97 eV. In this case, the lifetime of molecular oxygen is measured in tens and hundreds of milliseconds (journal "Optics and Spectroscopy": v. 108, no. 1, 2010, pp. 148-155; v. 118, no. 3, 2015, pp. 440-448), which is quite sufficient for participation in the oxidation of explosives with a much higher kinetic efficiency than can be provided by the known forms of active oxygen (atomic oxygen and ozone).

Использование астраленов является более выгодным, чем использование фуллеренов. Высшие фуллерены практического значения не имеют и вряд ли будут иметь в будущем, поскольку все фуллерены - это синтетические формы углерода. Так, например, в фуллереновой саже при ее синтезе содержится 7-10% фуллерена С₆₀ от массы сажи, а высших фуллеренов (С₇₀ и более) - не более 0,15%, и их выделение - крайне неэффективный процесс. Кроме того, астралены отличаются от фуллеренов большими размерами (5-150 нм и 0,67-0,70 нм соответственно) и, в связи с этим, обладают гораздо большим количеством полусвязанных и полусвободных делокализованных валентных электронов (до нескольких миллионов, против 60 у фуллерена С₆₀), что позволяет существенно увеличить выход фотофизической реакции получения синглетно-возбужденного кислорода. Поэтому введение астраленов в ВВ способствует значительному увеличению чувствительности к лазерному излучению (в красной области спектра и особенно в области ИК-излучения), при чем не только за счет поглощение квантов излучения наночастицами астралена с образованием «горячих точек», но и со специфическим механизмом, свойственным для фуллероидных наночастиц.The use of astralenes is more beneficial than the use of fullerenes. Higher fullerenes have no practical significance and are unlikely to have in the future, since all fullerenes are synthetic forms of carbon. So, for example, fullerene soot during its synthesis contains 7-10% of fullerene C ₆₀ by weight of soot, and higher fullerenes (C ₇₀ and more) - no more than 0.15%, and their release is an extremely ineffective process. In addition, astralenes differ from fullerenes in large sizes (5-150 nm and 0.67-0.70 nm, respectively) and, therefore, have a much larger number of semi-bound and semi-free delocalized valence electrons (up to several million, versus 60 y fullerene C ₆₀ ), which makes it possible to significantly increase the yield of the photophysical reaction of obtaining singlet-excited oxygen. Therefore, the introduction of astralenes into explosives contributes to a significant increase in sensitivity to laser radiation (in the red region of the spectrum and especially in the region of infrared radiation), and not only due to the absorption of radiation quanta by astralen nanoparticles with the formation of "hot spots", but also with a specific mechanism, characteristic of fulleroid nanoparticles.

Для изготовления более безопасного ЛКД, не содержащего ИВВ, в качестве светочувствительного ВВ может быть использован НКТ-М - Co[(NH₃)₅(N₄C-NO₂₎] (ClO₄)₂ - перхлорат(5-нитротетразолото-N²)пентаминкобальта (III), модифицированный наномодификатором (астраленом) ТУ 7276-193-07513100-2016, который запрессован в колпачок с отверстием на вставленный в него оптический подпор из фторопласта под удельным давлением 200-250 МПа. Уменьшение давления приводит к возрастанию времени задержки воспламенения и времени срабатывания, а увеличение давления мало влияет на время, но уменьшает технологичность и безопасность снаряжения. В качестве инициирующего заряда используют НКТ или циркон-диперхлорат (трискарбогидразида) кадмия (II), снаряженный в колпачок под удельным давлением 100-120 МПа заподлицо с дульцем колпачка. Для надежного перехода горения в детонацию высота инициирующего заряда должна быть не менее 4 мм. Для усиления детонационного импульса возможна дополнительная запрессовка заряда БВВ (тэн, гексоген марки А) высотой не менее 3 мм. В качестве инициирующего заряда вместо НКТ или циркона возможно использование мелкокристаллического или высокодисперсного тэна с максимальной плотностью запрессовки 1,4 и 1,2 г/см² соответственно, при этом высота колпачка должна быть более 12 мм. Колпачок должен быть дослан в стальную или биметаллическую гильзу, например, ГА-5 ОСТ 84-1120-75, снаряженную БВВ, например, гексогеном. Прочная гильза в сочетании с оптическим вводом и подпором необходима для предотвращения газодинамической разгрузки, приводящей к увеличению времени срабатывания изделия. В гильзу до упора с оптическим подпором, находящимся в снаряженном колпачке, вставляется оптический ввод, представляющий собой полимерную втулку с закрепленным в ней по центру световодом (световодами). В качестве материала втулки также могут быть использованы цветные металлы или их сплавы. После установки оптического ввода производится фиксация полимерной втулки с закрепленным в ней по центру световодом (световодами) в корпусе гильзы путем обжатия с использованием цанговой обжимки или (при использовании гильзы с буртиком) путем прижатия с использованием резьбовой втулки и накидной гайки.For the manufacture of a safer LCD that does not contain IVV, NKT-M - Co [(NH ₃ ) ₅ (N ₄ C-NO ₂₎ ] (ClO ₄ ) ₂ - perchlorate (5-nitrotetrazoloto-N ² ) pentamincobalt (III), modified with a nanomodifier (astralen) TU 7276-193-07513100-2016, which is pressed into a cap with a hole on a fluoroplastic optical support inserted into it under a specific pressure of 200-250 MPa. A decrease in pressure leads to an increase in the ignition delay time and response time, and an increase in pressure has little effect on the time, but reduces the manufacturability and safety of the equipment. As an initiating charge, tubing or cadmium (II) zircon-dipchlorate (triscarbohydrazide), packed into a cap under a specific pressure of 100-120 MPa, flush with the mouth of the cap, is used. For a reliable transition from combustion to detonation, the height of the initiating charge must be at least 4 mm. To amplify the detonation pulse, an additional press-in of a BVV charge (ten, RDX grade A) with a height of at least 3 mm is possible. As an initiating charge, instead of tubing or zircon, it is possible to use fine-crystalline or highly dispersed PETN with a maximum pressing density of 1.4 and 1.2 g / cm ^2, respectively, while the height of the cap should be more than 12 mm. The cap should be sent into a steel or bimetallic sleeve, for example, GA-5 OST 84-1120-75, equipped with BVV, for example, hexogen. A strong sleeve in combination with an optical input and a back-up is necessary to prevent gas-dynamic unloading, which leads to an increase in the response time of the product. An optical input is inserted into the sleeve up to the stop with an optical support located in the equipped cap, which is a polymer sleeve with an optical fiber (optical fibers) fixed in it in the center. Non-ferrous metals or their alloys can also be used as the bushing material. After installing the optical input, the polymer sleeve is fixed with the fiber (s) fixed in it in the center in the sleeve body by crimping using a collet crimp or (when using a sleeve with a shoulder) by pressing using a threaded sleeve and a union nut.

В качестве оптического подпора использованы вырубленные из фторопластовой пленки кружки с постоянным показателем преломления, немного меньшим, чем показатель преломления световедущего волокна (кварца), обеспечивающие уменьшение потерь и постоянный диаметр пятна излучения, который предохраняет ВВ от возможных механических и климатических воздействий. Оптический подпор прозрачен для оптического излучения и имеет толщину не более диаметра сердцевины многомодового оптического волокна. Увеличение толщины подпора ведет к увеличению диаметра пятна и уменьшению плотности энергии излучения.As an optical support, circles cut from a fluoroplastic film with a constant refractive index, slightly lower than the refractive index of the light-guiding fiber (quartz), were used, providing a decrease in losses and a constant radiation spot diameter, which protects the explosive from possible mechanical and climatic influences. The optical support is transparent to optical radiation and has a thickness of no more than the core diameter of a multimode optical fiber. An increase in the backwater thickness leads to an increase in the spot diameter and a decrease in the radiation energy density.

Для обеспечения быстродействия и уменьшения разновременности инициирования зарядов ВВ выходной торец оптоволокна, из которого излучается вызывающий инициирование светочувствительного состава импульс, полируется до высокого класса чистоты и устанавливается вплотную к поверхности оптического подпора. Для проведения многоточечного инициирования возможно включение в линию оптоволоконного разветвителя, где деление оптической мощности происходит за счет сваренных стенками оптических волокон с образованием зоны с общей световедущей сердцевиной или за счет планарного делителя с вытравленными в полированной пластине ветвящимися волноводами. Входное оптоволокно делителя мощности посредством оптического разъема подключается к источнику излучения (лазерному диоду).To ensure the speed of operation and to reduce the difference in timing of the initiation of explosive charges, the output end of the optical fiber, from which the pulse causing the initiation of the photosensitive composition is emitted, is polished to a high purity class and installed close to the surface of the optical support. To carry out multipoint initiation, it is possible to include an optical fiber splitter in the line, where the optical power is divided due to the optical fibers welded by the walls to form a zone with a common light-guiding core or due to a planar divider with branching waveguides etched into the polished plate. The input fiber of the power divider is connected to the radiation source (laser diode) via an optical connector.

На фиг. 1 и 2 изображен лазерный капсюль-детонатор. В колпачок 1 вкладывают кружок 2 из фторопластовой пленки (оптический подпор), сверху запрессовывают в несколько приемов светочувствительное ВВ 3 и инициирующий заряд 4. Затем колпачок досылают в снаряженную БВВ 5 гильзу 8. Втулка полимерная 7 с инициирующим и измерительным световодами 6 вставляется в гильзу 8 и обжимается с использованием цанговой обжимки (фиг. 1) или (при использовании гильзы с буртиком) прижимается к колпачку с оптическим подпором с использованием резьбовой втулки 9 и накидной гайки 10 (фиг. 2).FIG. 1 and 2 show a laser blasting cap. A circle 2 made of a fluoroplastic film (optical support) is inserted into cap 1, a photosensitive explosive 3 and an initiating charge 4 are pressed from above in several steps. Then the cap is sent to a loaded BVV 5 sleeve 8. Polymer sleeve 7 with initiating and measuring fibers 6 is inserted into sleeve 8 and is crimped using a collet crimp (Fig. 1) or (when using a sleeve with a shoulder) is pressed against the cap with optical support using a threaded bushing 9 and a union nut 10 (Fig. 2).

Принцип работы ЛКД заключается в следующем: лазерное излучение от источника питания передается по инициирующему световоду, проходит через оптический подпор и инициирует светочувствительное ВВ, которое, в свою очередь, инициирует основной заряд. На фиг. 3 схематично показана система многоточечного инициирования зарядов. Импульс от источника излучения, проходя по транспортному световоду через оптический разветвитель-соединитель и инициирующие световоды, приводит в действие лазерные капсюли-детонаторы. Перед инициированием КД оптоволоконную взрывную цепь можно проверить на работоспособность, пропуская импульс излучения очень малой мощности по цепи. Отраженный свет от каждого КД по измерительному световоду попадает в прибор контроля, что позволяет контролировать целостность цепи и готовность ее к работе.The principle of operation of the LCD is as follows: laser radiation from a power source is transmitted through an initiating fiber, passes through an optical support, and initiates a photosensitive explosive, which, in turn, initiates the main charge. FIG. 3 schematically shows a multipoint charge initiation system. A pulse from a radiation source, passing through a transport fiber through an optical splitter-connector and initiating fibers, activates the laser caps-detonators. Before initiating a CD, a fiber-optic explosion circuit can be tested for operability by passing a radiation pulse of very low power along the circuit. The reflected light from each CD through the measuring fiber enters the control device, which makes it possible to control the integrity of the circuit and its readiness for operation.

Claims

1. Laser capsule-detonator - LCD, containing a housing with an explosive charge, an optical support, a photosensitive explosive with the addition of a nanocarbon component, initiated from a laser diode with a focusing system, characterized in that the radiation source, the focusing system are removed from the detonator body and connected to it by means of a fiber-optic cable through an optical input, which is a polymer sleeve fixed in the equipped sleeve of the detonator cap - CD, with a light guide fixed in it in the center, which is adjacent to an optical support made of fluoroplastic inserted into a cap with a photosensitive explosive modified by a nanomodifier - astralen, initiating charge and blasting explosive.

2. The laser detonator cap according to claim 1, characterized in that it is connected to several LCDs through a beam of initiating light guides connected to the radiation source through an optical splitter - a fiber optic splitter and a transport light guide.

3. The laser detonator cap according to claim 1, characterized in that the optical input located inside the polymer sleeve, which is inserted into the barrel of the CD, is made with two optical fibers: one provides initiation, and the second transmits reflected light when a low-power pulse is transmitted and shows system readiness for work.

4. Laser capsule-detonator according to claim 1, characterized in that lead trinitroresorcinate modified by nanomodifier - astralen, - TNRS-M, is used as the light-sensitive explosive, with the ratio of components:

TNRS - 99.5-99.9%;

Astralen - 0.5-0.1%.

5. Laser capsule detonator according to any one of paragraphs. 1, 4, characterized in that THPC-M is included in a composition or composition with an initiating charge - lead azide with a component ratio of 1: 3.

6. Laser capsule detonator according to any one of paragraphs. 1, 4, 5, characterized in that the pressing-in portions of TNRS-M, lead azide and blasting explosive - teng, RDX, HMX are carried out in one step at a weight ratio of the portions of 1: 3: 1 under a specific pressure of 125 ± 25 MPa and a total height press fit smaller than the charge diameter.

7. Laser capsule-detonator according to claim 1, characterized in that perchlorate (5-nitrotetrazoloto-N2) pentamincobalt (III), modified with nanomodifier - astralen, - NKT-M, pressed at a specific pressure of at least 200 MPa, as the liner material in the KD - steel or bimetal, and as an initiating charge - tubing or zircon, equipped with a cap under a specific pressure of 100-120 MPa and a height of at least 4 mm.

8. The laser capsule-detonator according to claim. 1, characterized in that the optical support made of fluoroplastic has a thickness not exceeding the diameter of the core of the multimode optical fiber.