Введение к работе
Актуальность темы Физика детонационных процессов интенсивно исследуется уже много лет, но до сих пор изучена не достаточно Недостаточность информации о параметрах в зоне детонации обусловлена ограниченностью существующих методик исследования при таких больших давлениях (« 400 кбар) и малых (» 0,1 мкс) временах В 80-90 годы произошло радикальное улучшение пространственного и временного разрешения современных методов измерений, что сделало возможным исследования экстремальных состояний в лабораторных условиях с применением ВВ и перспективных генераторов интенсивной импульсной нагрузки, таких, как лазеры, релятивистские электронные и ионные пучки Основной прогресс в эти годы был связан с регистрацией профилей давлений и массовой скорости на границе заряда ВВ [1,2]. Для восстановления параметров внутри ВВ требуется корректное решение обратной задачи Исследование зоны реакции конденсированных ВВ этими методами [3] показало, что в некоторых мощных прессованных ВВ при некоторой критической, как правило, высокой начальной плотности исходного заряда в зоне реакции вместо химпика регистрируется рост давления Возможность распространения стационарной детонационной волны без химпика не соответствует классическим представлениям и требует экспериментального подтверждения другими методиками, обеспечивающими прямое экспериментальное исследование детонационных процессов
Метод импульсной рентгенографии позволяет определять распределение плотности вещества за фронтом инициирующей ударной волны, не внося дополнительных искажений в развитие переходного процесса Получаемые зависимости р(х) качественно отличаются от зависимостей, получаемых с помощью разного рода датчиков, так как значения плотности связаны с пространственной координатой, а не с временной Однако имеющееся пространственное разрешение метода (-1-2 мм) не позволяет исследовать фронт детонации [4]
Использование синхротронного излучения (СИ) позволяет получить новую методику дистанционного изучения быстропротекающих процессов (невозмущающую, с возможностью измерения дифракционных сигналов) Это стало возможным благодаря уникальным свойствам самого СИ и высокому качеству созданной регистрирующей аппаратуры, обеспечивающей регистрацию рентгеновского излучения в наносекундном диапазоне времени
Величина мало-углового рентгеновского рассеяния
пропорциональна флуктуации плотности, которая в наших экспериментах связана с появлением наночастиц конденсированного углерода Последовательная регистрация МУРР впервые позволяет исследовать динамику роста наночастиц во взрывных процессах
*
Интерес к динамике конденсации углерода в детонационных волнах обусловлен несколькими причинами Во-первых, она может хотя бы частично пролить свет на пути химических превращений вещества в детонационных волнах Во вторых, - получить сведения о физике возникновения зародышей конденсированной фазы углерода и их роста
Цель работы. Разработка методики использования синхротронного излучения для исследования детонационных и ударно-волновых процессов Измерение распределения плотности на фронте и в разлетающихся продуктах детонации цилиндрических зарядов малого диаметра Измерение динамики конденсации углерода при детонации конденсированных взрывчатых веществ
Научная новизна.
-
Впервые измерено распределение проходящего синхротронного излучения при детонации тротила, гексогена и ТГ50/50 с экспозицией 1 не и частотой 4 МГц
-
Разработана методика измерения распределения плотности на фронте детонации цилиндрических зарядов малого диаметра с разрешением 100 мкм Измерено распределение плотности в зарядах из тротила, ТГ50/50, гексогена
-
Предложен и реализован метод измерения объемного распределения плотности в разлетающихся продуктах стационарной детонации цилиндрических зарядов ВВ с помощью одномерного детектора Измерено распределение плотности разлетающихся продуктов при детонации цилиндрического заряда из прессованного тротила
-
Предложен и реализован метод повышения пространственного разрешения путем объединения измеренных распределений поглощения в разных экспериментах Точность синхронизации положения первого кадра детектора к фронту волны составляет 20 не
5. Впервые измерено мало-угловое рентгеновское рассеяние (МУРР) при детонации тротила, гексогена и ТГ50/50 с частотой 4-8 МГц и экспозицией 1 не Показано, что в ТГ 50/50 величина МУРР связана с конденсацией углеродных наночастиц Впервые МУРР измерено одновременно с проходящим излучением
6 Эксперименты с введенными в ВВ наноалмазами показали, что в ТГ 50/50 большая часть взрывных наноалмазов начинает появляться за пределами зоны химической реакции.
Практическая ценность Построена экспериментальная станция, в которой можно также проводить измерения МУРР с наносекундным разрешением Разработана методика измерения распределения плотности в быстропротекающих (взрывных) процессах с помощью синхротронного
излучения ускорителей высоких энергий Методика позволяет измерять распределение плотности, как в новых перспективных ВВ, так и при ударно-волновом сжатии сплошной среды Измерение МУРР является сегодня единственным экспериментальным способом измерения динамики конденсации наночастиц за фронтом детонационной волны Эти данные необходимы для построения уравнений состояний в экстремальных состояниях вещества
Основные положения, выносимые па защиту
-
Создание экспериментальной станции для исследования детонационных и ударно-волновых процессов с помощью СИ с возможностью регистрации наносекундных импульсов с частотой 8 МГц на базе ускорителя ВЭПП-3 На станции возможно измерение динамики распределения плотности и конденсации наночастиц
-
Постановка экспериментов и результаты измерения профиля проходящего излучения с помощью линейного детектора DIMEX при детонации тротила, гексогена и ТГ50/50.
-
Результаты измерения радиусов кривизны фронта детонации цилиндрических прессованных зарядов малого диаметра из гексогена, тротила и сплавов из ТГ 50/50
-
Методика восстановления профиля плотности при детонации цилиндрических зарядов малого диаметра из тротила, гексогена и ТГ50/50
-
Постановка экспериментов и результаты измерения распределения проходящего излучения при объемном разлете продуктов детонации цилиндрического заряда ТГ50/50 с помощью линейного детектора DIMEX
-
Практическая реализация способа повышения временного разрешения путем совмещения нескольких записей детектора
-
Реализация численного восстановления распределения плотности разлетающихся продуктов стационарной детонации цилиндрических зарядов из тротила
-
Постановка экспериментов и результаты измерений мало-углового рассеянного рентгеновского излучения при детонации тротила, гексогена и ТГ50/50 с экспозицией 1 не и частотой 8 МГц
-
Постановка экспериментов и результаты измерений мало-углового рассеянного рентгеновского излучения при детонации ВВ с введенными наноалмазами
Публикации и апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной конференции «Харитоновские тематические научные чтения» (Сэров, 2001, 2003 и 2005, 2007), Международной конференции «Забабахинские научные
чтения» (Снежинск, 2001, 2003 и 2005), Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Приэльбрусье, 2001, 2003, 2005, 2007), Международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Приэльбрусье, 2000, 2002, 2004, 2006), Международной конференции «Shock Compression of Condensed Matter» (C-Петербург, 2003, 2005), Международной конференции «Симпозиум по горению и взрыву» (Черноголовка, 2000 и 2005), Международной конференции «Лаврентьевкие чтения по математике, механике и физике (Новосибирск, 2000 и 2005), Международной конференции по использованию синхротронного излучения (Новосибирск, 2000, 2002, 2004, 2006), Международной конференции "UltraNanoCrystalhne Diamond' (С-Петербург, 2003, 2004, 2006), а также на научных семинарах в ИГиЛ СО РАН и ВНИИТФ (Снежинск) По теме диссертации опубликовано 28 научных работ, список 14 из них приведен в конце реферата
Личный вклад автора. Автор работы активно участвовал на всех этапах создания станции, но основное участие заключалось 1) в реализации проведения взрывных работ (устройство взрывной камеры, систем ее установки и перемещения, систем подрыва и синхронизации), 2) в совместной выработке технического задания на проектирование и изготовление быстродействующего рентгеновского детектора DIMEX, 3) в совместных динамических испытаниях детектора DIMEX. Автору принадлежит работа по подготовке, проведению и обработке данных во всех взрывных экспериментах, проведенных на этой станции
Объем и структура работы. Диссертационная работа объемом 120 страниц состоит их введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 83 библиографических единиц В начале каждой главы приведен краткий литературный обзор В работе содержится 48 рисунков и 4 таблицы
