Детонатор , иногда называемый в США капсюлем-детонатором , представляет собой небольшое чувствительное устройство, используемое для провоцирования более крупного, более мощного, но относительно нечувствительного вторичного взрывного устройства взрывного устройства , используемого при промышленной добыче полезных ископаемых, раскопках, сносе зданий и т. д.
Детонаторы бывают разных типов, в зависимости от способа их инициирования (химического, механического или электрического) и особенностей их внутренней работы, которая часто включает несколько стадий. К ним относятся неэлектрические колпачки, электрические колпачки и колпачки с предохранителями, причем последние два являются наиболее распространенными. Электрические типы активируются коротким импульсом тока, подаваемым на крышку, с помощью взрывной машины по длинному проводу или радиоуправляемого источника для обеспечения безопасности. Традиционные колпачки предохранителей имеют предохранитель , который воспламеняется от источника пламени, например спички или зажигалки.
В старых детонаторах в качестве основного взрывчатого вещества использовалась гремучая ртуть , которую часто смешивали с хлоратом калия для повышения эффективности. Это соединение было заменено другими: азидом свинца , стифнатом свинца , некоторым количеством алюминия или другими материалами, такими как DDNP ( диазо-динитрофенол ), чтобы уменьшить количество свинца, выбрасываемого в атмосферу при добыче полезных ископаемых. Они также часто используют небольшое количество тротила или тетрила в военных детонаторах и тэна в коммерческих детонаторах.
Первый капсюль-детонатор или детонатор был продемонстрирован в 1745 году, когда британский врач и аптекарь Уильям Уотсон показал, что электрическая искра машины трения может воспламенить черный порох путем воспламенения легковоспламеняющегося вещества, смешанного с черным порохом. [1]
В 1750 году Бенджамин Франклин в Филадельфии изготовил коммерческий капсюль-детонатор, состоящий из бумажной трубки, наполненной черным порохом , с проводами, ведущими с обеих сторон, и ватой, закрывающей концы. Два провода приблизились, но не соприкоснулись, поэтому большой электрический искровой разряд между двумя проводами мог привести к срабатыванию колпачка. [2]
В 1832 году американский химик Роберт Хэйр изготовил детонатор с горячей проволокой , хотя аналогичные попытки ранее предпринимались итальянцами Вольтой и Кавалло. [3] Хэйр сконструировал свой капсюль-детонатор, пропустив многожильный провод через заряд пороха внутри оловянной трубки; он обрезал все многожильные провода, кроме одной, так, чтобы тонкая жила служила горячей перемычкой. Когда через тонкую нить пропускали сильный ток от большой батареи (которую он называл «дефлагратором» или «калоримотором»), она раскалялась и воспламеняла заряд пороха. [4] [5]
В 1863 году Альфред Нобель понял, что, хотя нитроглицерин не может быть взорван запалом, его можно взорвать при взрыве небольшого заряда пороха, который, в свою очередь, воспламеняется запалом. [6] В течение года он добавлял гремучую ртуть к пороховым зарядам своих детонаторов, а к 1867 году он использовал небольшие медные капсулы гремучей ртути, срабатывающие от запала, для взрыва нитроглицерина. [7]
В 1868 году Генри Джулиус Смит из Бостона представил капсюль, сочетающий в себе воспламенитель искрового разрядника и гремучую ртуть, первый электрический колпачок, способный взорвать динамит. [8]
В 1875 году Смит, а затем в 1887 году Перри Г. Гарднер из Норт-Адамса, штат Массачусетс, разработали электрические детонаторы, сочетающие в себе детонатор с горячей проволокой и гремучей ртутной взрывчаткой. [9] [10] [11] Это были первые капсюли-детонаторы современного типа. В современных крышках используется другое взрывчатое вещество и отдельные первичные и вторичные заряды взрывчатого вещества, но в целом они очень похожи на крышки Гарднера и Смита.
Смит также изобрел первый удовлетворительный портативный источник питания для зажигания капсюлей-детонаторов : высоковольтное магнето , которое приводилось в движение реечным механизмом , который, в свою очередь, приводился в движение Т-образной рукояткой, нажимаемой вниз. [12]
Электрические спичечные колпачки были разработаны в начале 1900-х годов в Германии и распространились в США в 1950-х годах, когда ICI International приобрела компанию Atlas Powder Co. Эти спичечные колпачки стали преобладающим типом мировых стандартов.
Потребность в детонаторах, таких как капсюли-детонаторы, возникла в связи с разработкой более безопасных взрывчатых веществ, которые не взорвались бы при случайном падении, неправильном обращении или воздействии огня или электрических полей. Это требовало от них высокой энергии активации для взрыва, что, в свою очередь, затрудняло их преднамеренный взрыв. Затем следует детонатор, роль которого заключается в обеспечении необходимой энергии активации при небольшом инициирующем взрыве. Будучи небольшим устройством, его легко безопасно хранить и обращаться с ним, и, хотя он по-прежнему опасен, он нанесет небольшой ущерб даже в случае случайного срабатывания. Детонатор и основное взрывное устройство можно хранить отдельно и соединять только непосредственно перед использованием, сохраняя основной заряд в безопасности.
Детонатор обычно представляет собой многоступенчатое устройство, состоящее из трех частей:
Взрывчатые вещества, обычно используемые в качестве основных в детонаторах, включают азид свинца , стифнат свинца , тетрил и ДДНП . В ранних капсюлях-детонаторах также использовалось гремучее серебро, но оно было заменено более дешевыми и безопасными первичными взрывчатыми веществами. Азид серебра до сих пор иногда используется, но очень редко из-за его высокой цены.
В качестве вторичного «базового» или «выходного» взрывчатого вещества обычно используются тротил или тетрил в военных детонаторах и тэн в коммерческих детонаторах.
Хотя детонаторы делают обращение со взрывчатыми веществами более безопасным, обращаться с ними опасно, поскольку, несмотря на их небольшой размер, они содержат достаточно первичного взрывчатого вещества, чтобы ранить людей; неподготовленный персонал может не распознать в них взрывчатку или ошибочно счесть их неопасными из-за внешнего вида и обращаться с ними без необходимой осторожности.
Обычные детонаторы обычно представляют собой взрывчатые вещества, основанные на воспламенении. Хотя они в основном используются в коммерческих операциях, обычные детонаторы все еще используются в военных операциях. Эта форма детонатора чаще всего инициируется с помощью предохранительного взрывателя и используется при 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: электрические детонаторы мгновенного действия (СВУ), детонаторы с короткой задержкой (SPD) и детонаторы с длительной задержкой (LPD). SPD измеряется в миллисекундах, а LPD измеряется в секундах. В ситуациях, когда требуется наносекундная точность, особенно при взрывных зарядах ядерного оружия , используются детонаторы с взрывающейся проволокой . Первоначальная ударная волна создается путем испарения отрезка тонкой проволоки электрическим разрядом . Новой разработкой является ударный детонатор , в котором для нанесения первоначального удара используются тонкие пластины, ускоряемые электрически взорванной проволокой или фольгой. Он используется в некоторых современных системах вооружения. Вариант этой концепции используется при добыче полезных ископаемых, когда фольга взрывается лазерным импульсом , доставляемым на фольгу по оптическому волокну .
Неэлектрический детонатор представляет собой детонатор с ударной трубкой, предназначенный для инициирования взрывов, как правило, с целью сноса зданий и использования при взрывных работах горных пород в шахтах и карьерах. Вместо электрических проводов воспламеняющий импульс к детонатору подает полая пластиковая трубка, что делает его невосприимчивым к большинству опасностей, связанных с блуждающим электрическим током. Он состоит из трехслойной пластиковой трубки небольшого диаметра, внутренняя стенка которой покрыта реактивным взрывчатым составом, который при воспламенении распространяет сигнал низкой энергии, похожий на взрыв пыли. Реакция протекает со скоростью примерно 6500 футов/с (2000 м/с) по длине трубки с минимальными возмущениями за пределами трубки. Неэлектрические детонаторы были изобретены шведской компанией Nitro Nobel в 1960-х и 1970-х годах и выпущены на рынок сноса зданий в 1973 году.
В гражданской горнодобывающей промышленности электронные детонаторы имеют более высокую точность задержки. Электронные детонаторы предназначены для обеспечения точного контроля, необходимого для получения точных и стабильных результатов взрывных работ при различных видах взрывных работ в горнодобывающей, карьерной и строительной отраслях. Электронные детонаторы можно программировать с шагом в миллисекунды или субмиллисекунды с использованием специального устройства программирования.
Беспроводные электронные детонаторы начинают появляться на рынке горнодобывающей промышленности. [13] Зашифрованные радиосигналы используются для передачи сигнала взрыва каждому детонатору в нужное время. Несмотря на то, что беспроводные детонаторы в настоящее время дороги, они могут обеспечить новые методы добычи полезных ископаемых, поскольку несколько взрывов могут быть загружены одновременно и запущены последовательно, не подвергая людей опасности.
Испытательный капсюль-детонатор номер 8 — это капсюль-детонатор, содержащий 2 грамма смеси, состоящей из 80 процентов гремучей ртути и 20 процентов хлората калия, или капсюль-детонатор эквивалентной прочности. Капсюль эквивалентной прочности состоит из 0,40-0,45 грамм базового заряда ТЭНа, запрессованного в алюминиевую оболочку с толщиной дна не более 0,03 дюйма, с удельным весом не менее 1,4 г/см3 и загрунтованного стандартными навесками капсюля. в зависимости от производителя.[1]
Самый старый и простой тип колпачка, колпачки-предохранители, представляют собой металлический цилиндр, закрытый с одного конца. От открытого торца внутрь сначала располагается пустое пространство, в которое вставляется и обжимается пиротехнический взрыватель , 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 предохранитель необходимо вставить, а затем зажать на месте, сдавив основание капсюля вокруг предохранителя. Если инструмент, используемый для обжима крышки, используется слишком близко к взрывчатке, первичное взрывчатое вещество может взорваться во время обжима. Распространенной опасной практикой является зажатие крышек зубами; случайный взрыв может привести к серьезной травме рта. Капсюли-детонаторы с предохранителем активно используются и сегодня. Они являются самым безопасным типом для использования при определенных типах электромагнитных помех и имеют встроенную задержку по времени при перегорании предохранителя.
В капсюлях-детонаторах с твердой пачкой используется тонкая перемычка, находящаяся в прямом контакте (следовательно, с твердой пачкой) с основным взрывчатым веществом, которое нагревается электрическим током и вызывает детонацию основного взрывчатого вещества. Это первичное взрывчатое вещество затем взрывает больший заряд вторичного взрывчатого вещества. Некоторые твердотельные предохранители имеют небольшой пиротехнический элемент задержки срабатывания до нескольких сотен миллисекунд перед срабатыванием колпачка.
В капсюлях-детонаторах спичечного типа используется электрическая спичка (изоляционный лист с электродами с обеих сторон, тонкая перемычка, припаянная по бокам, все погружено в воспламеняющую и выходную смесь) для инициирования первичного взрывчатого вещества, а не прямой контакт между перемычкой и основным взрывчатым веществом. . Спичка может быть изготовлена отдельно от остальной части колпачка и собрана только в конце процесса. Кепки спичечного типа в настоящее время являются наиболее распространенным типом, встречающимся во всем мире.
Детонатор с взрывающейся проволокой был изобретен в 1940-х годах в рамках Манхэттенского проекта по разработке ядерного оружия. Целью разработки было создание детонатора, который действовал бы очень быстро и предсказуемо. Электрические капсюли типа Match и Solid Pack срабатывают за несколько миллисекунд, поскольку перемычка нагревается и нагревает взрывчатое вещество до точки детонации. Взрывоопасные перемычки или детонаторы EBW используют электрический заряд более высокого напряжения и очень тонкую перемычку длиной 0,04 дюйма и диаметром 0,0016 (длина 1 мм, диаметр 0,04 мм). Вместо нагрева взрывчатого вещества проволока детонатора EBW нагревается настолько быстро высоким током зажигания, что проволока фактически испаряется и взрывается из-за электрического сопротивления. Затем этот взрыв с электрическим приводом запускает инициирующее взрывчатое вещество детонатора (обычно тэн ). В некоторых подобных детонаторах вместо проволоки используется тонкая металлическая фольга, но они действуют так же, как настоящие детонаторы с мостовой проволокой. Детонаторы EBW не только очень быстро срабатывают при правильной активации, но и защищены от случайного статического электричества и другого электрического тока. Достаточный ток расплавит перемычку, но он не сможет взорвать инициирующее взрывчатое вещество без прохождения полного высоковольтного сильноточного заряда через перемычку. Детонаторы EBW используются во многих гражданских целях, где радиосигналы, статическое электричество или другие опасности, связанные с электричеством, могут вызвать несчастные случаи с обычными электрическими детонаторами.
Шлепковые детонаторы представляют собой усовершенствованную версию детонаторов EBW. Ударники вместо того, чтобы напрямую использовать взрывающуюся фольгу для взрыва инициирующего взрывчатого вещества, используют электрическое испарение фольги, чтобы прогнать небольшой круг изоляционного материала, такого как ПЭТ-пленка или каптон , в круглое отверстие в дополнительном диске из изоляционного материала. В дальнем конце этого отверстия находится шарик обычного взрывчатого вещества-инициатора. Эффективность преобразования энергии электричества в кинетическую энергию летающего диска или ударника может составлять 20–40%. Поскольку ударник воздействует на широкую область взрывчатого вещества - 40 тысячных дюйма (примерно один мм) в поперечнике, а не на тонкую линию или точку, как во взрывающейся фольге или детонаторе с перемычкой, детонация является более регулярной и требует меньше энергии. Надежная детонация требует повышения минимального объема взрывчатого вещества до температуры и давления, при которых начинается детонация. Если энергия выделяется в одной точке, она может излучаться во взрывчатом веществе во всех направлениях в виде волн разрежения или расширения, и только небольшой объем эффективно нагревается или сжимается. Летающий диск теряет энергию удара по бокам из-за волн разрежения, но конический объем взрывчатого вещества эффективно сжимается. Хлопковые детонаторы используются в ядерном оружии . Для инициирования этих компонентов требуется большое количество энергии, что делает их случайный разряд крайне маловероятным.
В лазерных инициаторах боеприпасов импульс лазера проходит по оптическому волокну, чтобы поразить и, таким образом, инициировать взрывчатое вещество, легированное углеродом. Эти инициаторы отличаются высокой надежностью. Непреднамеренное инициирование очень затруднено, поскольку взрывное устройство может быть взорвано только прикрепленным к нему лазером, который точно настроен для этой цели, или полностью независимым соответствующим лазером.
