Следует понимать, что исследовать нужно проводимость невозмущённых продуктов детонации, так как именно электропроводность невозмущённых продуктов детонации несёт информацию о процессах, происходящих в детонационной волне.

В связи с вышеперечисленным, автор работы применил для исследований измерительную методику, свободную от вышеперечисленных недостатков, и позволяющую получить распределение и величину электропроводности невозмущённых продуктов детонации взрывчатого вещества. Данная методика измерений была опробована в экспериментах с октогеном в более ранней работе автора [13].

1. Задачи работы

Автору дипломной работы было предложено продолжить исследования электропроводности продуктов детонации. Основной задачей являлось перейти к изучению распределения электропроводности конденсированных взрывчатых веществ за фронтом пересжатой детонации. Объектом исследования выбраны такие взрывчатые вещества как октоген, гексоген, тэн и тотил. Цель исследований – получить информацию, способную выявить природу возникновения электропроводности за фронтом детонационной волны. В связи с этим автору необходимо было сравнить результаты, полученные при нормальной и пересжатой детонации взрывчатых веществ, а также посмотреть на свойства проводимости ударно сжатых органических веществ, на примере стеариновой кислоты и её солей.

Работа выполнялась в лаборатории физики взрыва Института гидродинамики СО РАН. Лаборатория имеет многолетний опыт в области экспериментального исследования быстропротекающих процессов, регистрации быстроизменяющихся сигналов. Необходимое для работы специальное оборудование, такое как взрывная камера, высоковольтные генераторы импульсов, регистрирующая аппаратура, лаборатория предоставила.

электропроводность детонация взрывчатое вещество

2. 1. Методика эксперимента

2. 1.1 Организация измерительной линии

Проведение экспериментов, связанных с исследованием взрывчатых веществ, сопряжено с рядом трудностей. Исследователю приходится иметь дело с высокоскоростными процессами с характерным временем десятые доли микросекунды и меньше. Для проведения работ экспериментатору требуются различные типы генераторов высоковольтных импульсов напряжения и отлаженные, синхронизированные по времени системы регистрации сигналов. Значительные заряды и электромагнитные возмущения, появляющиеся при взрыве, являются источниками электрических помех, поэтому измерительная линия должна быть тщательно согласована. Лаборатория обязана быть снабжена необходимой аппаратурой и оборудованием, неотъемлемым требованием является наличие взрывной камеры.

Взрывные работы проводились на объекте №8 Института гидродинамики СО РАН с использованием взрывной камеры №6, рассчитанной на подрыв заряда тротила, не превышающего 200 г по массе. На рис.3 показан вариант применённой измерительной линии. С генератора импульса запуска Г5-15 сигнал подавался на высоковольтный генератор импульсов и на генератор постоянного тока. По сигналу запуска высоковольтный генератор импульсов вырабатывает за короткое время сильный ток, который подаётся на детонатор, расположенный во взрывной камере, в результате чего детонатор подрывается и инициирует детонацию взрывчатого вещества. Одновременно с детонатором срабатывают генератор постоянного тока, подаваемого во взрывную камеру и пропускаемого через измерительную ячейку, зондирующую исследуемое взрывчатое вещество. Сигналы напряжения, возникающие на электродах измерительной ячейки в процессе детонации заряда, передаются на осциллограф, и информация автоматически записывается в виде файла на персональный компьютер.

Высоковольтный генератор импульсов успевает выдать за 10 мксек ток порядка 1000 А, удовлетворяя требования подрыва применяемого высоковольтного детонатора ЭДВ-1. Генератор постоянного тока реализован на разрядке конденсатора ёмкости С = 100 мкФ через высоковольтное сопротивление таким образом, что характерное время разрядки RC контура много больше времени исследуемого процесса, а измеряемые сопротивления значительно меньше высоковольтного сопротивления [1], так что измерения осуществляются при практически постоянном токе. Напряжение заряженного конденсатора составляло 700 вольт, а значение высоковольтного резистора варьировалось от 7 Ом до 70 Ом, в зависимости от эксперимента. Для проведения экспериментов использовались коаксиальные кабеля «Nokia» с волновым сопротивлением 56 Ом. Осциллограф давал ограничение на измеряемый сигнал напряжения, который не должен был превышать значение 50 вольт, и обеспечивал дискретизацию по времени в 2 наносекунды.

2. 1.2 Постановка эксперимента

Для исследования проводимости продуктов детонации применялся электроконтактный метод измерений. Схема, применяемая для измерения сопротивления продуктов взрыва, идейно не отличалась от измерительной схемы [1], показанной на рис.1. Изменилась лишь конфигурация измерительных электродов – внешний цилиндрический электрод, коаксиально расположенный по отношению к внутреннему заглубленному стержню.

Исследуемый цилиндрический заряд взрывчатого вещества инициируется с торца детонатором ЭДВ-1 с применением генератора плоской волны. Характерная экспериментальная сборка показана на рис.4. По взрывчатому веществу распространяется детонационная волна. Размеры заряда выбраны таким образом, что до её прихода на электроды успевает установиться стационарная детонация. В момент, когда фронт детонации достигает вершин электродов, введённых в исследуемый заряд с торца, проводящие продукты детонации замыкают электроды. Сопротивление продуктов детонации шунтируется сопротивлением R_о, с которого снимается сигнал напряжения. Сопротивление шунта R_о подбиралось равным сопротивлению R_x продуктов детонации и составляло значения от 0.1 Ома до 5 Ом в зависимости от проводимого эксперимента. Постоянный ток, подаваемый на измерительную ячейку, обеспечивается разрядом конденсатора большой ёмкости через высоковольтное сопротивление R_В, значительно большее, чем R_о и R_x. Максимальное значение напряжения конденсатора составляло 700 вольт, а значения сопротивления R_В варьировались от 7 Ом до 70 Ом в зависимости от проводимого эксперимента. По измеряемому напряжению без труда вычисляется сопротивление продуктов детонации:

R_x = (R_оU_x + L(dU/dt))/(U_o - U_x) - r, (2)

где U_o и U_x - соответственно напряжение на электродах до момента подхода детонационной волны к вершине электродов и после возникновения зоны высокой проводимости, R_о – сопротивление шунта, r – паразитное сопротивление измерительных проводов, L – индуктивность измерительной ячейки.

Сборка заряда взрывчатого вещества была различной в зависимости от цели проведения эксперимента. Так в экспериментах, где измерялась проводимость в условиях нормальной детонации, исследуемое взрывчатое вещество полностью заполняло оргстеклянную оболочку. Для измерения проводимости в условиях пересжатой детонации исследуемое взрывчатое вещество распологалось лишь внутри цилиндрического электрода, а остальной объем оргстеклянной оболочки заполняло более плотное взрывчатое вещество с большей скоростью детонации. Для данной работы таковым веществом был выбран гексопласт, ввиду удобства и простоты работы с ним.

В отдельных экспериментах проводилось рентгенографирование детонирующего заряда для исследования поведения электродов измерительной ячейки при прохождении детонационной волны. Рентгеновской съёмкой регистрировалось положение электродов цилиндрического заряда октогена диаметром 30 мм с коаксиальными электродами длиной 40 мм. Цилиндрическим электрод имел диаметр 10 мм, внутренний стержень имел диаметр 1 мм. Снимки фиксировали положение электродов и фронта детонационной волны в различные моменты времени. На рис.5 видно, что положение электродов не меняется в течение времени, необходимого для проведения измерений проводимости продуктов детонации.

1. 1.3 Измерение плотности и скорости детонации для использованных взрывчатых веществ

Результаты экспериментов и их повторяемость зависят от тщательности приготовления зарядов, поэтому процесс изготовления зарядов для каждого эксперимента обязан быть идентичным. Для получения одинаковых зарядов насыпных взрывчатых веществ применялся специальный метод. Объём, предназначенный для заполнения его взрывчатым веществом, находился под действием внешних механических колебаний. Колебания создавались источником вибрации – шэйкером. Вибрирующий объём медленно заполнялся взрывчатым веществом.

Аналогичная проблема идентичности возникает при изготовлении литых зарядов. Оказалось, что результаты экспериментов, выполненных с использованием зарядов литого тротила, приготовленных обычным способом, сильно различаются. Причина расхождений результатов содержится именно в способе заливки заряда. Приготовление литых зарядов методом медленной послойной заливки позволило добиться повторяемости экспериментальных данных.

В экспериментах с пересжатой детонацией использовался гексопласт, пластичное плотное взрывчатое вещество, и поэтому проблем с приготовлением зарядов не возникало.

Оценка идентичности зарядов проводилась по результатам измеренной плотности и скорости детонации получаемого заряда взрывчатого вещества.

Детонационные скорости определялись отношением длины измерительных электродов к времени прохождения детонационной волны по электродам. Для определения момента прохождения измерительных электродов детонационной волной использовался стандартный контактный датчик. Полученные значения скоростей детонации приведены в таблице 1.

Плотность взрывчатого вещества в приготовленном заряде определялась из отношения массы взрывчатого к объёму, занимаемому взрывчатым веществом. Масса измерялась на весах. Полученные значения плотностей приведены в таблице 1.

Значения полученных плотностей взрывчатых веществ и скоростей детонации в пределах погрешности измерений совпадают с данными по плотностям и скоростям детонации приведёнными в [3].

1. 1.4 Индуктивность измерительной ячейки

Индуктивность измерительной ячейки влияет на время падения тока в шунтирующем сопротивлении R_o при подключении быстро меняющегося сопротивления продуктов детонации. Поэтому в экспериментах следует применять измерительную ячейку с наименее возможным значением индуктивности. Для этого, в итоговой измерительной ячейке сопротивление шунта R_o закреплялось непосредственно на самом заряде с соблюдением наименее возможных размеров измерительного контура. Таким образом, для получения результата сопротивлением R_o попросту жертвовали. Индуктивность коаксиальной измерительной ячейки складывается из индуктивности цилиндрической системы электродов и индуктивности присоединяемого контура, содержащего шунтирующее сопротивление. Конструкция измерительной ячейки изображена на рис.4.

Из-за невозможности измерения индуктивности контура шунтирующее сопротивление – измерительная ячейка ввиду её малости величина её определялась следующим образом. Строилась зависимость индуктивности измерительной ячейки от длины контура. Изначально была приготовлена измерительная ячейка, показанная на рис.7, с большой длиной контура. С постепенным уменьшением длины контура, приборно измерялась индуктивность. Полученная кривая хорошо ложится на прямую с наклоном dL/dx = 11 нГн/см, что показано на рис.7. Учитывая, что индуктивность цилиндрической системы оценена как 15 нГн, а индуктивность применяемого в экспериментах контура длиной 1,5 см при dL/dx = 11 нГн/см составляет 16,5 нГн, индуктивностью измерительной ячейки следует считать L = 32 нГн. При этом следует помнить о погрешности измерений индуктивности и сборки измерительной ячейки, которая, в свою очередь, дает ошибку в 30%. Поэтому индуктивность ячейки составляет L = 30 10 нГн. Такая величина индуктивности заметно сказывалась в экспериментах с малыми шунтирующими сопротивлениями порядка R_о = 0.1 Ом.

Индуктивность цилиндрической системы электродов в пренебрежении краевым эффектом оценивалась из выражения:

, (3)

где b и а - диаметры наружного и внутреннего электродов, l – длина электродов.