Detonator - Detonator

Dla innych zastosowań, zobacz Detonator (ujednoznacznienie) .
U góry: mały detonator nonelowy z opóźnieniem 2 ms do łączenia rurek nonelowych; środek: detonator SPD klasy B; dół: detonator SPD klasy C;
Wkładanie detonatorów do bloków materiału wybuchowego C-4

Detonator , często cap wybuchowych , jest urządzeniem służącym do uruchamiania urządzenia wybuchowego . Detonatory mogą być inicjowane chemicznie, mechanicznie lub elektrycznie, przy czym dwa ostatnie są najczęstsze.

Komercyjne użycie materiałów wybuchowych wykorzystuje detonatory elektryczne lub lont z nasadką, który jest długością bezpiecznika, do którego połączono zwykły detonator. Wiele pierwotnych materiałów wybuchowych detonatorów to materiał zwany związkiem ASA. Związek ten jest utworzony z azydek ołowiu , styfninian ołowiu i glinu i jest dociskany do miejsca powyżej wsadu, rzadko TNT lub Tetryl w detonatorów wojskowych i PETN w detonatorów handlowych.

Inne materiały, takie jak DDNP ( dwuazowego dinitro fenolu ) są wykorzystywane jako podstawowego ładunku, aby zmniejszyć ilość ołowiu emitowanych do atmosfery górnictwie i urabiania skał. Stare detonatory wykorzystywały piorunian rtęci jako główny, często mieszany z chloranem potasu, aby uzyskać lepszą wydajność.

Wybuchowych nasadka jest mała czuły materiał wybuchowy urządzenia zazwyczaj stosowane do detonacji większy, bardziej silny i mniej wrażliwe wybuchowy wtórne takie jak TNT , dynamitu lub tworzywa sztucznego materiału wybuchowego .

Nasadki wybuchowe występują w różnych typach, w tym nasadki nieelektryczne, nasadki elektryczne i nasadki bezpieczników. Wykorzystywane są w komercyjnym górnictwie, wykopach i rozbiórkach . Typy elektryczne są wyzwalane przez krótki impuls prądu przesyłany przez śrutownicę długim przewodem do nasadki, aby zapewnić bezpieczeństwo. Tradycyjne nasadki bezpiecznikowe mają lont, który zapala się za pomocą źródła płomienia, takiego jak zapałka lub zapalniczka.

Potrzeba detonatorów

Zapotrzebowanie na detonatory, takie jak spłonki, wywodzi się z opracowania bezpieczniejszych materiałów wybuchowych. Różne materiały wybuchowe wymagają różnych ilości energii (ich energia aktywacji ) do detonacji. Większość komercyjnych materiałów wybuchowych ma wysoką energię aktywacji, dzięki czemu są stabilne i bezpieczne w obsłudze, dzięki czemu nie wybuchną w przypadku przypadkowego upuszczenia, niewłaściwego obchodzenia się lub wystawienia na działanie ognia. Nazywa się to wtórnymi materiałami wybuchowymi . Jednak są one odpowiednio trudne do celowej detonacji i wymagają niewielkiej eksplozji inicjującej. Zapewnia to detonator.

Detonator zawiera łatwy do zapłonu pierwotny materiał wybuchowy, który zapewnia początkową energię aktywacji, aby rozpocząć detonację w ładunku głównym. Materiały wybuchowe stosowane zwykle w detonatorów obejmują piorunian rtęci , azydek ołowiu , styfninian ołowiu , Tetryl i DDNP . Spłonki i niektóre detonatory są przechowywane oddzielnie i nie są wkładane do głównego ładunku wybuchowego dopiero tuż przed użyciem, dzięki czemu główny ładunek jest bezpieczny. Wczesne spłonki również wykorzystywały piorunian srebra, ale został on zastąpiony tańszymi i bezpieczniejszymi materiałami wybuchowymi. Azydek srebra jest nadal czasami używany, ale bardzo rzadko ze względu na jego wysoką cenę.

Detonatory są niebezpieczne dla nieprzeszkolonego personelu, ponieważ zawierają pierwotny materiał wybuchowy. Czasami nie są rozpoznawane jako materiały wybuchowe ze względu na swój wygląd, co prowadzi do obrażeń.

Rodzaje

Zwykłe detonatory

Zwykłe detonatory przybierają zwykle postać zapalających materiałów wybuchowych. Chociaż są one używane głównie w operacjach komercyjnych, zwykłe detonatory są nadal używane w operacjach wojskowych. Ta forma detonatora jest najczęściej inicjowana za pomocą bezpiecznika i stosowana w detonacjach, które nie mają krytycznego wpływu na czas, np . przy usuwaniu amunicji konwencjonalnej . Dobrze znanymi detonatorami są azydek ołowiu [Pb(N 3 ) 2 ], azydek srebra [AgN 3 ] i piorunian rtęci [Hg(ONC) 2 ].

Zapalniki elektryczne

Istnieją trzy kategorie zapalników elektrycznych: zapalniki elektryczne natychmiastowe ( IED ), zapalniki o krótkim okresie opóźnienia ( SPD ) i zapalniki o długim okresie opóźnienia ( LPD ). SPD są mierzone w milisekundach, a LPD są mierzone w sekundach. W sytuacjach, w których wymagana jest dokładność nanosekundowa, szczególnie w ładunkach implozyjnych w broni jądrowej , stosuje się detonatory z eksplodującym drutem mostkowym . Początkowa fala uderzeniowa powstaje w wyniku odparowania cienkiego drutu przez wyładowanie elektryczne . Nowością jest detonator udarowy , który wykorzystuje cienkie płytki przyspieszane przez elektrycznie eksplodowany drut lub folię, aby dostarczyć początkowy wstrząs. Jest używany w niektórych nowoczesnych systemach uzbrojenia. Wariant tej koncepcji znajduje zastosowanie w operacjach górniczych, gdzie folia jest rozbijana przez impuls laserowy dostarczany do folii za pomocą światłowodu .

  • Przycinanie drutów platynowych do użytku w nasadkach strzałowych, 1955

  • Produkcja nakrętek strzałowych, Hercules Powder Company , 1955

  • Wkładanie wtyczki i przewodu mostkowego do elektrycznych nasadek do piaskowania, 1955

Zapalniki nieelektryczne

Zapalnik nieelektryczny to detonator rurowy detonujący przeznaczony do inicjowania wybuchów, zwykle w celu wyburzenia budynków oraz do wysadzania skał w kopalniach i kamieniołomach. Zamiast przewodów elektrycznych, pusta plastikowa rurka dostarcza impuls odpalający do detonatora, czyniąc go odpornym na większość zagrożeń związanych z błądzącym prądem elektrycznym. Składa się z trójwarstwowej plastikowej rurki o małej średnicy pokrytej od wewnętrznej strony reaktywnym związkiem wybuchowym, który po zapaleniu rozchodzi się sygnał o niskiej energii, podobny do wybuchu pyłu. Reakcja przebiega z prędkością około 6500 ft/s (2000 m/s) wzdłuż rury z minimalnymi zakłóceniami na zewnątrz rury. Zapalniki nieelektryczne zostały wynalezione przez szwedzką firmę Nitro Nobel w latach 60. i 70. XX wieku, a na rynek wyburzeniowy zostały wprowadzone w 1973 roku.

Zapalniki elektroniczne

W górnictwie cywilnym detonatory elektroniczne mają lepszą precyzję opóźnień. Zapalniki elektroniczne są zaprojektowane tak, aby zapewnić precyzyjną kontrolę niezbędną do uzyskania dokładnych i spójnych wyników strzałów w różnych zastosowaniach strzałowych w górnictwie, kamieniołomach i budownictwie. Detonatory elektroniczne mogą być programowane w przyrostach milisekundowych lub submilisekundowych za pomocą dedykowanego urządzenia programującego.

Zapalniki bezprzewodowe

Bezprzewodowe zapalniki elektroniczne zaczynają być dostępne na cywilnym rynku górniczym. Zaszyfrowane sygnały radiowe są wykorzystywane do przekazywania sygnału wybuchu do każdego detonatora we właściwym czasie. Choć obecnie są drogie, detonatory bezprzewodowe mogą umożliwić nowe techniki wydobycia, ponieważ wiele wybuchów może być ładowanych jednocześnie i odpalanych po kolei bez narażania ludzi na niebezpieczeństwo.

Nasadki strzałowe numer 8

Nasadka testowa numer 8 to taka, która zawiera 2 gramy mieszaniny 80 procent piorunianu rtęci i 20 procent chloranu potasu, lub nasadka wybuchowa o równoważnej sile. Nasadka o równoważnej wytrzymałości zawiera 0,40-0,45 gramów podstawowego ładunku PETN sprasowanego w aluminiowej osłonie o grubości dna nieprzekraczającej 0,03 cala, o ciężarze właściwym nie mniejszym niż 1,4 g/cm3 i zagruntowane standardowymi masami podkładu w zależności od producenta. [1]

Rodzaje nasadek strzałowych

Schemat przekrojowy różnych typów spłonek i detonatorów.svg

Nasadka do wysadzania bezpieczników pirotechnicznych

Najstarszym i najprostszym typem nasadki, nasadki bezpieczników, są metalowy cylinder, zamknięty z jednej strony. Od otwartego końca do wewnątrz, nie ma pierwszą pustą przestrzeń, w której pirotechniczny bezpiecznik jest wkładany i zaciskane, a następnie pirotechniczne mieszanki zapłonowe, podstawowy ładunek wybuchowy , a następnie główny ładunek wybuchowy detonujący.

Podstawowym zagrożeniem związanym z pirotechnicznymi nasadkami wybuchowymi jest to, że w celu prawidłowego użytkowania, lont musi być włożony, a następnie zaciśnięty na miejscu poprzez zgniecenie podstawy nasadki wokół lontu. Jeśli narzędzie używane do zaciskania nasadki jest używane zbyt blisko materiałów wybuchowych, pierwotny związek wybuchowy może detonować podczas zaciskania. Powszechną, niebezpieczną praktyką jest zaciskanie czapek zębami; przypadkowa detonacja może spowodować poważne obrażenia ust.

Nasadki bezpiecznikowe typu bezpiecznikowego są nadal aktywnie używane. Są najbezpieczniejszym typem do użycia w przypadku niektórych rodzajów zakłóceń elektromagnetycznych i mają wbudowane opóźnienie czasowe, gdy bezpiecznik się przepala.

Solidna elektryczna nasadka do piaskowania

Spalarki elektryczne w postaci paczek stałych wykorzystują cienki drut mostkowy w bezpośrednim kontakcie (stąd paczka w postaci stałej) z inicjującym materiałem wybuchowym, który jest podgrzewany przez prąd elektryczny i powoduje detonację inicjującego materiału wybuchowego. Ten pierwotny materiał wybuchowy następnie detonuje większy ładunek wtórnego materiału wybuchowego.

Niektóre bezpieczniki typu solid pack zawierają mały element pirotechniczny opóźniający, do kilkuset milisekund, zanim nasadka zostanie odpalona.

Nasadka do elektrycznego piaskowania zapałek lub głowic

Zapałki wybuchowe wykorzystują zapałkę elektryczną (arkusz izolacyjny z elektrodami po obu stronach, cienki mostek lutowany po bokach, wszystkie zanurzone w mieszance zapłonowej i wyjściowej) do zainicjowania pierwotnego materiału wybuchowego, zamiast bezpośredniego kontaktu między mostkiem a pierwotnym materiałem wybuchowym . Zapałkę można wyprodukować oddzielnie od reszty nasadki i zmontować dopiero na końcu procesu.

Czapki typu meczowego są obecnie najczęściej spotykanym typem na całym świecie.

Wybuchający detonator mostkowy lub nasadka wybuchowa

Główny artykuł: eksplodujący detonator mostkowy

Ten typ detonatora został wynaleziony w latach 40. XX wieku w ramach Projektu Manhattan, którego celem było opracowanie broni jądrowej. Celem projektowym było wyprodukowanie detonatora, który działałby bardzo szybko i przewidywalnie. Wystrzelenie elektrycznych nasadek typu Match i Solid Pack trwa kilka milisekund, ponieważ mostek nagrzewa się i podgrzewa materiał wybuchowy do punktu detonacji. Wybuchowy mostek lub detonatory EBW wykorzystują ładunek elektryczny o wyższym napięciu i bardzo cienki mostek o długości 0,04 cala i średnicy 0,0016 (długość 1 mm, średnica 0,04 mm). Zamiast podgrzewać materiał wybuchowy, drut detonatora EBW jest podgrzewany tak szybko przez wysoki prąd zapłonu, że drut faktycznie paruje i eksploduje z powodu ogrzewania oporowego. Ta elektrycznie napędzana eksplozja następnie wystrzeliwuje materiał wybuchowy inicjatora detonatora (zwykle PETN ).

Niektóre podobne detonatory wykorzystują cienką folię metalową zamiast drutu, ale działają w ten sam sposób, co prawdziwe detonatory mostkowe.

Oprócz tego, że po prawidłowym uruchomieniu zapala się bardzo szybko, detonatory EBW są bezpieczne przed zabłąkaną elektrycznością statyczną i innym prądem elektrycznym. Wystarczający prąd i mostek może się stopić, ale jest na tyle mały, że nie może zdetonować inicjatora wybuchowego, chyba że pełny ładunek wysokonapięciowy wysokoprądowy przejdzie przez mostek. Zapalniki EBW są używane w wielu zastosowaniach cywilnych, gdzie sygnały radiowe, elektryczność statyczna lub inne zagrożenia elektryczne mogą powodować wypadki z konwencjonalnymi zapalnikami elektrycznymi.

Detonator uderzeniowy lub nasadka wybuchowa

Główny artykuł: detonator Slapper

Zapalniki typu Slapper są ulepszeniem detonatorów EBW. Slappers, zamiast bezpośrednio używać wybuchającej folii do detonacji inicjatora, wykorzystują elektryczne odparowywanie folii do prowadzenia małego koła materiału izolacyjnego, takiego jak folia PET lub kapton , przez okrągły otwór w dodatkowym dysku materiału izolacyjnego. Na drugim końcu tej dziury znajduje się kulka konwencjonalnego materiału wybuchowego inicjatora.

Sprawność konwersji energii z elektryczności na energię kinetyczną latającego dysku lub udaru może wynosić 20-40%.

Ponieważ uderzenie uderza w szeroki obszar - 40 tysięcznych cala (w przybliżeniu jeden mm) - materiału wybuchowego, a nie cienką linię lub punkt, jak w eksplodującym detonatorze foliowym lub mostkowym, detonacja jest bardziej regularna i wymaga mniej energii. Niezawodna detonacja wymaga podniesienia minimalnej objętości materiału wybuchowego do temperatur i ciśnień, przy których rozpoczyna się detonacja. Jeśli energia jest zdeponowana w jednym punkcie, może promieniować w materiale wybuchowym we wszystkich kierunkach w postaci fal rozrzedzenia lub rozprężania, a tylko niewielka objętość jest skutecznie podgrzewana lub kompresowana. Tarcza lotna traci energię uderzenia po bokach na rzecz fal rozrzedzenia, ale stożkowa objętość materiału wybuchowego jest skutecznie sprężona.

Detonatory typu Slapper są używane w broni jądrowej . Elementy te wymagają dużej ilości energii do zainicjowania, co sprawia, że ​​jest bardzo mało prawdopodobne, aby przypadkowo się rozładować.

Laserowe inicjatory uzbrojenia

W tym typie impuls z lasera przechodzi przez światłowód, aby uderzyć i tym samym zainicjować materiał wybuchowy domieszkowany węglem. Te inicjatory są wysoce niezawodne. Niezamierzona inicjacja jest bardzo trudna, ponieważ ładunek wybuchowy można zdetonować tylko za pomocą dołączonego lasera, który jest do tego precyzyjnie dostrojony, lub całkowicie niezależnego lasera, który pasuje.

Historia

Pierwszy kapturek wydmuchiwania lub detonator wykazano w 1745, gdy lekarz i brytyjski aptekarza William Watson wykazały, że iskra elektryczna z maszyny tarcia może się zapalić czarny proszek, w sposób zapalania palnych substancji miesza się z czarnego proszku.

W 1750 r. Benjamin Franklin w Filadelfii wykonał komercyjny nasadkę wybuchową składającą się z papierowej tuby wypełnionej czarnym proszkiem , z drutami prowadzącymi po obu stronach i watą uszczelniającą końce. Dwa przewody zbliżyły się, ale się nie zetknęły, więc duże wyładowanie elektryczne między dwoma przewodami uruchomiłoby nasadkę.

W 1832 roku amerykański chemik Robert Hare wyprodukował zapalnik z gorącym drutem , chociaż podobne próby podejmowali wcześniej Włosi Volta i Cavallo. Hare skonstruował swoją czapkę wybuchową, przepuszczając wielożyłowy drut przez ładunek prochu strzelniczego wewnątrz blaszanej rurki; odciął wszystkie cienkie pasmo drutu wielożyłowego z wyjątkiem jednego, aby ta cienka żyła służyła jako gorący drut mostkowy. Kiedy przez cienkie pasmo przechodził silny prąd z dużej baterii (którą nazywał „deflagratorem” lub „kalorymotorem”), zapalał się on i zapalał ładunek prochu strzelniczego.

W 1863 roku Alfred Nobel zdał sobie sprawę, że chociaż nitrogliceryny nie można zdetonować za pomocą lontu, to można ją zdetonować przez eksplozję niewielkiego ładunku prochu strzelniczego, który z kolei został podpalony za pomocą lontu. W ciągu roku dodał piorunian rtęci do ładunków prochu w swoich detonatorach, a do 1867 r. do detonacji nitrogliceryny używał małych miedzianych kapsułek piorunu rtęci, wyzwalanych lontem.

W 1868 roku Henry Julius Smith z Bostonu wprowadził nasadkę, która łączyła zapłonnik i piorun rtęci, pierwszą elektryczną nasadkę zdolną do detonacji dynamitu.

W 1875 r. Smith — a następnie w 1887 r. Perry G. Gardner z North Adams w stanie Massachusetts — opracowali detonatory elektryczne, które łączyły detonator z gorącym drutem z piorunującym materiałem wybuchowym rtęci. Były to pierwsze generalnie nowoczesne nasadki do strzałów. Nowoczesne czapki używają różnych materiałów wybuchowych i oddzielnych ładunków wybuchowych pierwotnych i wtórnych, ale generalnie są bardzo podobne do czapek Gardnera i Smitha.

Smith wynalazł również pierwszy zadowalający przenośny zasilacz do zapalania nasadek wybuchowych : iskrownik wysokiego napięcia, który był napędzany przez zębatkę i zębnik , który z kolei był napędzany przez uchwyt w kształcie litery T, który był przesuwany w dół.

Elektryczne nasadki do zapałek zostały opracowane na początku XX wieku w Niemczech i rozprzestrzeniły się w Stanach Zjednoczonych w latach 50., kiedy ICI International kupiło Atlas Powder Co. Te nasadki do zapałek stały się dominującym na świecie standardowym typem nasadek.

Fikcyjne wariacje

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Cooper, Paul W. Inżynieria materiałów wybuchowych . Nowy Jork: Wiley-VCH, 1996. ISBN  0-471-18636-8 .

Zewnętrzne linki