Детонатор — это устройство , используемое для взрыва взрывчатого вещества или взрывного устройства. [1] Детонаторы бывают разных типов, в зависимости от того, как они инициируются (химически, механически или электрически) и деталей их внутренней работы, которая часто включает несколько этапов. Типы детонаторов включают неэлектрические и электрические. Неэлектрические детонаторы обычно бывают колотыми или пиротехническими, в то время как электрические обычно представляют собой «горячую проволоку» (низкое напряжение), взрывающуюся мостовую проволоку (высокое напряжение) или взрывчатую фольгу (очень высокое напряжение). [2] [3]
Оригинальные электродетонаторы, изобретенные в 1875 году независимо друг от друга Джулиусом Смитом и Перри Гардинером, использовали гремучую ртуть в качестве первичного взрывчатого вещества . На рубеже веков производительность капсюля-детонатора Смита-Гардинера была улучшена путем добавления 10-20% хлората калия . [4] Это соединение было заменено другими: азидом свинца , стифнатом свинца , некоторым количеством алюминия или другими материалами, такими как DDNP ( диазодинитрофенол ), чтобы уменьшить количество свинца, выбрасываемого в атмосферу при добыче полезных ископаемых и карьерных работах. Они также часто используют небольшое количество тротила или тетрила в военных детонаторах и PETN в коммерческих детонаторах.
Первый капсюль-детонатор или детонатор был продемонстрирован в 1745 году, когда британский врач и аптекарь Уильям Уотсон показал, что электрическая искра фрикционной машины может воспламенить черный порох, воспламенив горючее вещество, смешанное с черным порохом. [5]
В 1750 году Бенджамин Франклин в Филадельфии изготовил коммерческий детонатор, состоящий из бумажной трубки, полной черного пороха , с проводами, ведущими с обеих сторон, и ватой, запечатывающей концы. Два провода приближались, но не соприкасались, поэтому большой электрический искровой разряд между двумя проводами поджигал капсюль. [6]
В 1832 году американский химик Роберт Хэр создал детонатор с горячей проволокой , хотя ранее попытки в том же духе предпринимали итальянцы Вольта и Кавалло. [7] Хэр сконструировал свой детонатор, пропустив многожильный провод через заряд пороха внутри жестяной трубки; он разрезал все, кроме одной тонкой нити многожильной проволоки, так что тонкая нить служила горячей перемычкой. Когда сильный ток от большой батареи (которую он назвал «дефлагатором» или «калоримотором») пропускался через тонкую нить, она раскалялась и воспламеняла заряд пороха. [8] [9]
В 1863 году Альфред Нобель понял, что, хотя нитроглицерин нельзя взорвать с помощью фитиля, его можно взорвать с помощью взрыва небольшого заряда пороха, который, в свою очередь, поджигался фитилем. [10] В течение года он добавлял гремучую ртуть к пороховым зарядам своих детонаторов, а к 1867 году он использовал небольшие медные капсулы гремучей ртути, поджигаемые фитилем, для детонации нитроглицерина. [11]
В 1868 году Генри Джулиус Смит из Бостона представил капсюль, который сочетал в себе искровой запал и гремучую ртуть, первый электрический капсюль, способный взорвать динамит. [12]
В 1875 году Смит, а затем в 1887 году Перри Г. Гарднер из Норт-Адамса, штат Массачусетс, разработали электродетонаторы, которые объединили детонатор с горячей проволокой и взрывчатое вещество гремучей ртути. [13] [14] [15] Это были первые в целом современные капсюли-детонаторы. Современные капсюли используют разные взрывчатые вещества и разделяют первичные и вторичные заряды взрывчатого вещества, но в целом очень похожи на капсюли Гарднера и Смита.
Смит также изобрел первый удовлетворительный портативный источник питания для поджигания капсюлей-детонаторов : высоковольтный магнето , который приводился в действие реечной передачей , которая, в свою очередь, приводилась в действие Т-образной рукояткой, нажимаемой вниз. [16]
Капсюли для электрических спичек были разработаны в начале 1900-х годов в Германии и получили распространение в США в 1950-х годах, когда компания ICI International приобрела компанию Atlas Powder Co. Эти капсюли стали преобладающим типом капсюлей в мире.
Потребность в детонаторах, таких как капсюли-детонаторы, возникла в результате разработки более безопасных вторичных и третичных взрывчатых веществ . Вторичные и третичные взрывчатые вещества обычно инициируются взрывчатой цепью , начинающейся с детонатора. В целях безопасности детонаторы и основное взрывное устройство обычно соединяются только непосредственно перед использованием.
Детонатор обычно представляет собой многоступенчатое устройство, состоящее из трех частей:
Взрывчатые вещества, обычно используемые в качестве первичных в детонаторах, включают азид свинца , стифнат свинца , тетрил и DDNP . Ранние капсюли-детонаторы также использовали гремучее серебро, но его заменили более дешевыми и безопасными первичными взрывчатыми веществами. Азид серебра все еще иногда используется, но очень редко из-за его высокой цены.
Можно сконструировать «непервичный взрывной детонатор» (сокращенно NPED), в котором первичное взрывчатое вещество заменено горючей, но невзрывчатой смесью, которая распространяет ударную волну по трубке во вторичное взрывчатое вещество. NPED сложнее случайно сработать от удара, и в них можно избежать использования свинца. [17]
В качестве вторичного «базового» или «выходного» взрывчатого вещества в военных детонаторах обычно используются тротил или тетрил , а в коммерческих детонаторах — тэн .
Хотя детонаторы делают обращение со взрывчатыми веществами более безопасным, они опасны в обращении, поскольку, несмотря на свой небольшой размер, содержат достаточно взрывчатого вещества, чтобы нанести вред людям; неподготовленный персонал может не распознать в них взрывчатку или ошибочно посчитать их неопасными из-за внешнего вида и обращаться с ними без необходимой осторожности.
Обычные детонаторы обычно имеют форму взрывчатых веществ на основе воспламенения. Хотя они в основном используются в коммерческих операциях, обычные детонаторы по-прежнему используются в военных операциях. Эта форма детонатора чаще всего инициируется с помощью предохранительного шнура и используется в некритичных по времени детонациях, например, при утилизации обычных боеприпасов . Хорошо известными детонаторами являются азид свинца [Pb(N 3 ) 2 ], азид серебра [AgN 3 ] и гремучая ртуть [Hg(ONC) 2 ].
Существует три категории электрических детонаторов: мгновенные электрические детонаторы (IED), детонаторы с коротким периодом задержки (SPD) и детонаторы с длительным периодом задержки (LPD). SPD измеряются в миллисекундах, а LPD измеряются в секундах. В ситуациях, когда требуется точность в наносекундах, в частности, в зарядах имплозии в ядерном оружии , используются детонаторы с взрывающимися мостиками . Начальная ударная волна создается путем испарения длины тонкой проволоки электрическим разрядом . Новой разработкой является ударный детонатор , который использует тонкие пластины, ускоряемые электрически взорванной проволокой или фольгой, для подачи начального удара. Он используется в некоторых современных системах оружия. Вариант этой концепции используется в горнодобывающих работах, когда фольга взрывается лазерным импульсом, подаваемым на фольгу по оптоволокну .
Неэлектрический детонатор — это детонатор с ударной трубкой, предназначенный для инициирования взрывов, как правило, с целью сноса зданий и для использования при взрыве горных пород в шахтах и карьерах. Вместо электрических проводов полая пластиковая трубка подает импульс зажигания на детонатор, что делает его невосприимчивым к большинству опасностей, связанных с блуждающим электрическим током. Он состоит из трехслойной пластиковой трубки небольшого диаметра, покрытой на внутренней стенке реактивным взрывчатым составом, который при воспламенении распространяет сигнал низкой энергии, похожий на взрыв пыли. Реакция проходит со скоростью около 6500 футов/с (2000 м/с) по длине трубки с минимальными возмущениями снаружи трубки. Неэлектрические детонаторы были изобретены шведской компанией Nitro Nobel в 1960-х и 1970-х годах и выпущены на рынок сноса в 1973 году.
В гражданской горнодобывающей промышленности электронные детонаторы имеют лучшую точность задержек. Электронные детонаторы предназначены для обеспечения точного управления, необходимого для получения точных и последовательных результатов взрывных работ в различных областях применения взрывных работ в горнодобывающей, карьерной и строительной отраслях. Электронные детонаторы могут быть запрограммированы с шагом в миллисекунды или субмиллисекунды с помощью специального программирующего устройства.
Беспроводные электронные детонаторы начинают появляться на рынке гражданской горнодобывающей промышленности. [18] Зашифрованные радиосигналы используются для передачи сигнала взрыва каждому детонатору в нужное время. Хотя в настоящее время они дороги, беспроводные детонаторы могут обеспечить новые методы добычи, поскольку несколько взрывов могут быть загружены одновременно и запущены последовательно, не подвергая людей опасности.
Испытательный капсюль-детонатор № 8 содержит 2 грамма смеси 80 процентов гремучей ртути и 20 процентов хлората калия или капсюль-детонатор эквивалентной прочности. Капсюль эквивалентной прочности содержит 0,40-0,45 грамма основного заряда PETN, спрессованного в алюминиевой оболочке с толщиной дна не более 0,03 дюйма, с удельным весом не менее 1,4 г/см3, и заряженного стандартными весами капсюля в зависимости от производителя.[1]
Самый старый и простой тип капсюля, капсюли-запалы представляют собой металлический цилиндр, закрытый с одного конца. От открытого конца внутрь сначала идет пустое пространство, в которое вставляется и обжимается пиротехнический запал , затем пиротехническая запальная смесь, первичное взрывчатое вещество , а затем основной детонирующий заряд взрывчатого вещества. Основная опасность пиротехнических капсюлей-детонаторов заключается в том, что для правильного использования необходимо вставить запал, а затем обжать его на место, раздавив основание колпачка вокруг взрывателя. Если инструмент, используемый для обжима колпачка, используется слишком близко к взрывчатым веществам, первичное взрывчатое вещество может взорваться во время обжима. Распространенной опасной практикой является обжатие капсюлей зубами; случайная детонация может привести к серьезной травме рта. Капсюли-детонаторы типа запала все еще активно используются сегодня. Они являются самым безопасным типом для использования в условиях определенных типов электромагнитных помех, и у них есть встроенная задержка по времени, пока сгорает запал.
В электрических капсюлях-детонаторах с твердой упаковкой используется тонкая перемычка в прямом контакте (отсюда и название — твердое упаковывание) с первичным взрывчатым веществом, которое нагревается электрическим током и вызывает детонацию первичного взрывчатого вещества. Затем первичное взрывчатое вещество детонирует более крупный заряд вторичного взрывчатого вещества. Некоторые твердотельные взрыватели включают в себя небольшой пиротехнический элемент замедления, до нескольких сотен миллисекунд, прежде чем сработает капсюль.
Детонаторы спичечного типа используют электрическую спичку (изоляционный лист с электродами с обеих сторон, тонкая перемычка, спаянная по бокам, все окунутое в смеси зажигания и вывода) для инициирования первичного взрывчатого вещества, а не прямой контакт между перемычкой и первичным взрывчатым веществом. Спичка может быть изготовлена отдельно от остальной части капсюля и собрана только в конце процесса. Детонаторы спичечного типа в настоящее время являются наиболее распространенным типом, встречающимся во всем мире.
Взрывающийся детонатор с перемычкой был изобретен в 1940-х годах в рамках Манхэттенского проекта по разработке ядерного оружия. [19] Целью разработки было создание детонатора, который функционировал бы очень быстро и предсказуемо. Электрическим капсюлям обоих типов (Match и Solid Pack) требуется несколько миллисекунд для срабатывания, поскольку перемычка нагревается и нагревает взрывчатое вещество до точки детонации. Взрывающиеся перемычки или детонаторы EBW используют электрический заряд более высокого напряжения и очень тонкую перемычку длиной 0,04 дюйма, диаметром 0,0016 (длиной 1 мм, диаметром 0,04 мм). Вместо того, чтобы нагревать взрывчатое вещество, проволока детонатора EBW нагревается так быстро высоким током зажигания, что проволока фактически испаряется и взрывается из-за нагревания электрическим сопротивлением. [20] Этот электрический взрыв заставляет инициирующее взрывчатое вещество низкой плотности (обычно PETN ) детонировать, что в свою очередь детонирует вторичное взрывчатое вещество более высокой плотности (обычно RDX или HMX) во многих конструкциях EBW. [21] Помимо того, что они срабатывают очень быстро при правильном инициировании, детонаторы EBW намного безопаснее капсюлей-детонаторов от блуждающего статического электричества и другого электрического тока. Достаточный ток расплавит мостик, но он не может взорвать инициирующее взрывчатое вещество без полного высоковольтного сильноточного заряда, проходящего через мостик. Детонаторы EBW используются во многих гражданских приложениях, где радиосигналы, статическое электричество или другие электрические опасности могут привести к несчастным случаям с обычными электрическими детонаторами.
Взрывающиеся фольговые инициаторы (EFI), также известные как ударные детонаторы , являются усовершенствованием детонаторов EBW. [22] [23] Ударные детонаторы, вместо того, чтобы напрямую использовать взрывающуюся фольгу для детонации взрывчатого вещества инициатора, используют электрическое испарение фольги для перемещения небольшого круга изоляционного материала, такого как пленка ПЭТ или каптон, вниз по круглому отверстию в дополнительном диске из изоляционного материала. На дальнем конце этого отверстия находится таблетка вторичного взрывчатого вещества высокой плотности. [24] Ударные детонаторы не используют инициирующее взрывчатое вещество низкой плотности, используемое в конструкциях EBW, и для их работы требуется гораздо большая плотность энергии, чем для детонаторов EBW, что делает их по своей сути более безопасными. [22]
Лазерная инициация взрывчатых веществ, порохов или пиротехнических средств была предпринята тремя различными способами: (1) прямое взаимодействие с взрывчатым веществом или прямое оптическое инициирование (DOI); (2) быстрый нагрев тонкой пленки, контактирующей с взрывчатым веществом; и (3) абляция тонкой металлической фольги для создания высокоскоростной летящей пластины, которая воздействует на взрывчатое вещество (лазерный летающий элемент). [24] [25]
