Электроискровое инициирование жидких взрывчатых веществ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ 
"РФЯЦ – ВНИИЭФ" 
 
 
 
 
 
 
 
Е. В. Зотов 
 
 
ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ ИНИЦИИРОВАНИЕ 
ЖИДКИХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 
 
 
 
Монография 
 
Под редакцией доктора технических наук 
А. Л. Михайлова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Саров, 2004 

УДК 662.215.4 
ББК 35.63 
З–88 
 
 
 
Е. В. Зотов. Электроискровое инициирование жидких взрывчатых 
веществ. Монография / Под ред. д-ра техн. наук А. Л. Михайлова. – Саров: ФГУП "РФЯЦ – ВНИИЭФ", 2004. – 295 с. – ил.  
5-9515-0038-9. 
 
 
Систематизированы многосторонние экспериментальные исследования явлений в жидких взрывчатых веществах типа окислитель (тетранитрометан, фторнитроформ, азотная кислота) + горючее в результате электрического искрового разряда. Благодаря прозрачности исследованных жидких ВВ с помощью высокоскоростной фоторегистрирующей аппаратуры с наносекундным разрешением удалось проследить последовательные процессы пробоя и 
развития детонации. Выявлены и исследованы различные механизмы инициирования детонации, зависящие от условий выделения 
энергии в канале разряда. Продемонстрирована возможность инициирования жидких ВВ незавершенным разрядом. Наибольший интерес представляет ионизационный (высоковольтный) механизм с 
минимальными энергетическими затратами. Изучено влияние многочисленных начальных факторов на вероятность возбуждения 
взрыва при пробое, таких как химическое строение компонентов 
жидких ВВ, их соотношение и химическое взаимодействие, диэлектрические характеристики, температура и давление, тип разряда, 
параметры инициирующего импульса и т. д. 
Монография может быть полезна специалистам, работающим 
в области физики взрыва, разработки средств инициирования и т. д. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 5-9515-0038-9                                               ФГУП "РФЯЦ – ВНИИЭФ", 2004 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
Предисловие редактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   
6 
Перечень сокращений и обозначений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
7 
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
13 
Список литературы к введению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   
24 
Глава 1. Физико-химические и детонационные свойства ЖВВ 
и их компонентов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
26 
1.1. Литературный обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
26 
1.1.1. Общие замечания по выбору окислителей и горючих . . . .  
26 
1.1.2. Окислители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
27 
1.1.3. Горючие компоненты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
32 
1.1.4. Физико-химические свойства ЖВВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
36 
1.2. Детонационные характеристики жидких ВВ и других  
взрывчатых систем на их основе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
38 
1.2.1. Скорость детонации ЖВВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
38 
1.2.1.1. Литературный обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
38 
1.2.1.2. Методики измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
41 
1.2.1.3. Экспериментальные результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
47 
1.2.2. Распространение детонации в тонких слоях ЖВВ . . . . . . .  
52 
1.2.3. Детонация в пористых средах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
58 
1.2.4. Детонация ЖВВ в порошкообразных инертных средах . .  
61 
1.2.5. Некоторые особенности поведения ЖВВ в практических 
условиях испытаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
68 
Список литературы к главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
74 
Глава 2. Методика эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
78 
2.1. Генерирование высоковольтных импульсов . . . . . . . . . . . . . . .  
78 
2.2. Измерение высоковольтных импульсов . . . . . . . . . . . . . . . . .  
81 
2.3. Регистрация оптических процессов, сопровождающих  
электрический пробой в жидком ВВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
84 
2.4. Принципиальные конструкции разрядников . . . . . . . . . . . . .  
86 
2.5. Технология проведения опытов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
88 
Список литературы к главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
89 
Глава 3. О механизмах электроискрового инициирования ЖВВ . . .  
90 
3.1. Обзор механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
90 
3.2. Ионизационный механизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
91 

Cодержание 
 
4 

3.3. Ударно-волновой механизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
92 
3.4. Эффект ограничения энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
96 
3.5. О других механизмах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   
102 
Список литературы к главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
103 
Глава 4. Характеристика ионизационного механизма  
инициирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
104 
4.1. Результаты фоторегистрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
104 
4.2. Энергетические характеристики ионизационного  
механизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
112 
4.2.1. Выбор критерия электроискрового инициирования ЖВВ . . .  112 
4.2.2. Энергетические характеристики ионизационного  
механизма инициирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
121 
4.3. Качественные представления  о физике ионизационного  
механизма инициирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
134 
Список литературы к главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
140 
Глава 5. Инициирование жидких ВВ скользящим разрядом . . . . .  
142 
5.1. Особенности скользящего разряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
142 
5.2. Влияние диэлектрической подложки и толщины слоя ЖВВ . .  
144 
5.2.1. Диэлектрическая проницаемость подложки . . . . . . . . . . . .  
144 
5.2.2. Толщина слоя ЖВВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
150 
5.2.3. Структура подложки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
151 
5.2.4. Введение дополнительных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . .  
154 
5.3. Влияние размеров и формы электродов печатных  
разрядников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
158 
5.4. Некоторые варианты обеспечения скользящего разряда . . .  
166 
5.5. Инициирование детонации скользящим разрядом в тонких  
слоях ЖВВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
170 
Список литературы к главе 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
173 
Глава 6. Влияние состава ЖВВ на его чувствительность  
к электроискровому разряду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
174 
6.1. Соотношение окислитель – горючее . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  174 
6.2. Влияние окислителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
180 
6.3. Влияние горючего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
182 
6.4. Влияние примесей и целевых добавок . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
188 
6.4.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
188 
6.4.2. Качество тетранитрометана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
189 
6.4.3. Качество нитробензола . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
191 
6.4.4. Качество фторнитроформа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
192 
6.4.5. Целевые добавки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
193 

Содержание 
 
5 

6.5. Химическое взаимодействие компонентов . . . . . . . . . . . . . . . 
197 
Список литературы к главе 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
201 
Глава 7. Влияние внешних условий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
202 
7.1. Температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
202 
7.2. Давление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  204 
Список литературы к главе 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
212 
Глава 8. Электроискровое инициирование тонких слоев ЖВВ . . .  213 
8.1. Электроискровое инициирование ЖВВ в гетерогенных  
средах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
213 
8.2. Щелевой разрядник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  217 
Список литературы к главе 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
221 
Глава 9. Влияние других начальных условий . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
222 
9.1. Межэлектродное расстояние разрядников . . . . . . . . . . . . . . .  
222 
9.2. Форма и полярность электродов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
230 
9.3. Длительность фронта импульса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  234 
Глава 10. Электроискровое инициирование ЖВВ на основе  
азотной кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
237 
10.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   
237 
10.2. Пробой электролитов. Краткий обзор экспериментальных  
работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
238 
10.3. Проводимость АК и ее растворов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
242 
10.4. Качественное описание процессов пробоя и возбуждения  
детонации в ЖВВ на основе азотной кислоты . . . . . . . . . . . . . . .  
 
252 
10.5. Влияние конструкции и параметров разрядника на основные 
характеристики инициирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
257 
10.6. Влияние соотношения окислитель/горючее на чувствительность растворов на основе АК к электрическому разряду . . . . . .  
 
266 
10.7. Влияние горючего на чувствительность ЖВВ  
на основе азотной кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
268 
10.8. Влияние концентрации азотной кислоты на основные  
характеристики электроискрового инициирования ее растворов  
с тротилом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  

 
 
270 
10.9. Инициирование ЖВВ незавершенным электрическим  
разрядом (лидерное инициирование) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
 
280 
Список литературы к главе 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
290 
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
292  
 

ПРЕДИСЛОВИЕ  РЕДАКТОРА 
 
Исследования свойств жидких взрывчатых веществ проводятся 
во ВНИИЭФ в течение нескольких десятилетий, и прежде всего в связи 
с возможностями 
создания 
уникальных 
прецизионных 
взрывных 
устройств. Исследования были начаты по инициативе А. С. Козырева для 
решения проблемы осуществления инерциального термоядерного синтеза 
с импульсным обжатием, разогревом и последующим удержанием плазмы 
при фокусировке ударной волны, создаваемой в мишени ИТС с помощью 
заряда химического взрывчатого вещества. Исторически это было первым 
в мире направлением по исследованию и созданию систем инерциального 
термоядерного синтеза. Во ВНИИЭФ оно получило название "газодинамического термоядерного синтеза" и в силу ряда причин не очень известно даже специалистам. Тем не менее именно в этом направлении в начале 
80-х годов прошлого века были получены рекордные по тем временам 

значения выхода нейтронов из термоядерной мишени (
13
4 10

 нейтр. /имп.), 
чему в немалой степени способствовали исследования и разработки автора 
настоящей монографии, позволившие создать системы синхронного электроискрового инициирования больших зарядов жидких ВВ, характеризующиеся 
асинхронностью детонационного фронта на уровне единиц наносекунд. 
Монография охватывает далеко не весь перечень вопросов, исследованных автором с сотрудниками. Основное внимание в ней уделено исследованиям механизмов инициирования и развития детонации в жидких 
ВВ в условиях одиночного электроискрового разряда. 
Помимо решения основной задачи, упомянутой выше, эти исследования открыли новое направление в прецизионировании взрывных систем и 
позволили создать другие устройства, не имеющие аналогов по ряду параметров (прецизионные устройства с малым удельным импульсом, системы из смесей жидких ВВ с твердыми порошкообразными ВВ и т. д.). 
Хочется надеяться, что предлагаемая вниманию читателей монография, приоткрывающая "надводную часть айсберга" исследований систем 
с жидкими ВВ во ВНИИЭФ, будет полезной специалистам и окажет стимулирующее действие на работы в этой области. 
 
 
Доктор технических наук                    А. Л. Михайлов 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 
 
АК – азотная кислота; 
АП – алмазный порошок; 
ВВ – взрывчатое вещество; 
ГДТС – газодинамический термоядерный синтез; 
ГС – гетерогенный состав (ЖВВ + порошок); 
ДАФ – диаллилфталат; 
ДНБ – динитробензол; 
ДФТНЭ – дифтортетранитроэтан; 
ДЭБ – диэтинилбензол; 
ЖВВ – жидкое взрывчатое вещество; 
И – игла (тип электрода разрядника); 
ИР – искровой разрядник; 
КБ – кислородный баланс; 
КП – кварцевый песок; 
КУМ – кумол (изопропилбензол); 
НБ – нитробензол; 
НСР – низкоскоростной режим; 
О – острие (тип электрода разрядника); 
Об – тип разрядника с пробоем в объеме ЖВВ; 
ОК – окислитель; 
ОКТ – октоген; 
ОККУМ – жидкие ВВ типа окислитель + кумол; 
П – плоскость (тип электрода); 
ПВ – продукты взрыва; 
СК – серная кислота; 
Ск – тип разрядника со скользящим разрядом по границе раздела твердый 
диэлектрик – ЖВВ; 
СФР – скоростной фоторегистратор; 
ТЛЛ – толуол (метилбензол); 
ТНБ – тринитробензол; 
ТНМ – тетранитрометан; 
ТНМ/НБ (74/26) – пример записи ЖВВ с весовым соотношением компонентов; 
ТНТ – тринитротолуол; 

Перечень сокращений и обозначений 
 
8 

ФА – фенилацетилен (этинилбензол); 
ФНФ – фторнитроформ; 
ЭИИ – электроискровое инициирование; 
ЭОП – электронно-оптический преобразователь; 
 – угол между кромками электродов; 

1
2
,

  – раствор электродов печатного разрядника; 

э
  – протяженность электродов печатного разрядника; 

0
f
H

 – энтальпия образования; 

 – относительная диэлектрическая проницаемость; 

в
  – диэлектрическая проницаемость воздуха; 

ЖВВ

 – диэлектрическая проницаемость ЖВВ; 

0
  – электрическая постоянная; 

п
  – диэлектрическая проницаемость подложки разрядника со скользящим 
разрядом; 
 – электрическая проводимость; 

ВВ

 – высоковольтная проводимость; 

НВ

 – низковольтная проводимость; 

к
  – волновое сопротивление кабеля; 
 – плотность вещества; 

изм

 – измеренное значение плотности; 

расч

 – расчетная плотность ЖВВ; 

пр
t

 – средний квадратичный разброс времени запаздывания пробоя; 

пр
U

 – среднее квадратичное отклонение от 
пр50
U
; 

 – постоянная времени (RC); 

к
  – диаметр камеры разрядника; 
B – базовое расстояние (расстояние от точки инициирования до торца  
измерительного датчика); 
С – емкость; 
с – скорость звука; 

АК
С
 – концентрация азотной кислоты; 

АДНБ
С
 – содержание азотной кислоты в растворах динитробензола в АК; 

АТ
С
 – содержание азотной кислоты в растворах тротила в АК; 

Перечень сокращений и обозначений 
 
9 

в
С  – собственная емкость искрового разрядника до заполнения ЖВВ;  

г
С  – содержание горючего; 

ЖВВ
С
 – собственная емкость искрового разрядника после заполнения его 
жидким ВВ; 

ИР
С
 – собственная емкость искрового разрядника; 

к
С  – межэлектродная емкость разрядника в пределах камеры, заполненной 
ЖВВ; 

0
С  – емкость конденсатора в генераторах импульсов; 

огр
С
 – емкость, включенная последовательно с разрядником для ограни
чения энергии; 

ок
С
 – содержание окислителя; 

р
С  – разность собственных емкостей разрядника после и до заполнения 

его жидким ВВ; 

ТНМ
С
 – содержание тетранитрометана в ЖВВ; 

ФНФ
С
 – содержание фторнитроформа в ЖВВ; 
D – скорость детонации; 

и
d  – сечение канала искры; 

кр
d
 – критический диаметр детонации; 

н
D  – нормальная скорость детонации; 
Е – напряженность поля; 

пр
E
 – пробивная напряженность; 

ср
E
U I

 – средняя (условная) напряженность поля в межэлектродном 

промежутке; 
f – частость взрывов; 
h – глубина проточки электродов; 

ЖВВ
h
 – высота слоя ЖВВ в разрядниках со скользящим разрядом; 

к
H  – высота камеры разрядника; 
I – ток в цепи; 

макс
I
 – максимальное значение тока во внешней цепи после пробоя; 

нач
I
 – начальное значение тока до пробоя; 

пр.макс
I
 – максимальное значение тока в цепи в начальный скачкообразный 

момент пробоя;