FR2669724A1 - Laser detonator operating by sheet (plate) projection effect - Google Patents
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Abstract
Description
Le secteur technique de la présente invention est celui des détonateurs haute sécurité, comportant en particulier un explosif secondaire initié par choc, désignés sous le terme détonateur à effet de projection de plaque.The technical sector of the present invention is that of high security detonators, comprising in particular a secondary explosive initiated by shock, designated under the term detonator with a plate projection effect.
Pour améliorer la sécurité des détonateurs, on a d'abord proposé les détonateurs électriques
et les détonateurs à initiation laser et maintenant les détonateurs à effet de projection de plaques.To improve the safety of detonators, we first proposed electric detonators
and laser initiation detonators and now plate-blasting detonators.
Les détonateurs électriques de haute sécurité, actuellement utilisés, sont des détonateurs dits "à fil explosé" qui nécessitent
- une charge initiatrice d'explosif secondaire ultra fin (granulométrie souvent inférieure à 5
microns), difficile à fabriquer et à mettre en oeuvre, - une densité de chargement très faible, proche de la densité gravimétrique du produit, obtenue par très faible compression qui ne donne qu'une faible tenue aux contraintes mécaniques (vibrations, chocs,...)
- une alimentation électrique haute tension (supérieure à 2000 V) de courte durée et de haute
puissance (20 à 50 mJ pour une puissance crête de l'ordre de 1,1 MW, qui impose des
circuits de mise à feu aselfiques, parfaitement isolés, et qui se révèle génératrice de parasites
électro-magnétiques parfois inacceptables.The high security electric detonators currently used are so-called "exploded wire" detonators which require
- an initiating charge of ultra fine secondary explosive (particle size often less than 5
microns), difficult to manufacture and implement, - a very low loading density, close to the gravimetric density of the product, obtained by very low compression which gives only poor resistance to mechanical stresses (vibrations, shocks ,. ..)
- a short-term and high-voltage high voltage power supply (greater than 2000 V)
power (20 to 50 mJ for a peak power of the order of 1.1 MW, which imposes
aselfic firing circuits, perfectly isolated, which turns out to generate parasites
electromagnetic sometimes unacceptable.
Les composants de cette technologie sont complexes, fragiles et très coûteux, donc limités à des utilisations très spécifiques.The components of this technology are complex, fragile and very expensive, therefore limited to very specific uses.
Les détonateurs à initiation laser, de première génération, dérivent directement de la
technologie "fil explosé" et sont décrits par exemple dans le brevet FR-A-2 617 277; dans
ces détonateurs: - la source d'alimentation électrique est rempIacée par une source laser de haute puissance (20 à 1000 mj en 20 à 50 ns, soit des puissances crêtes de l'ordre de 2 MW)
- le fil explosé est remplacé par une couche métallique mince, - les explosifs utilisés et les conditions de chargement restent identiques. Les problèmes rencontrés demeurent donc à peu près les mêmes : complexité, fragilité, coût des composants et des connexions (fibres optiques).The first generation laser initiation detonators derive directly from the
"exploded wire" technology and are described for example in patent FR-A-2 617 277; in
these detonators: - the electrical power source is replaced by a high power laser source (20 to 1000 mj in 20 to 50 ns, i.e. peak powers of the order of 2 MW)
- the exploded wire is replaced by a thin metallic layer, - the explosives used and the loading conditions remain the same. The problems encountered therefore remain more or less the same: complexity, fragility, cost of components and connections (optical fibers).
Les détonateurs à effet de projection de plaque sont décrits par exemple dans le brevet US
A-4 602565. ll comprend: - une plaque vaporisée par une une décharge électrique de haute puissance, - l'explosion de cette plaque projette une "plaque" mince, généralement isolante (Kapton) sur un explosif secondaire de granulométrie plus forte et de densité de chargement plus élevée, - l'impact de la plaque sur l'explosif provoque une onde de choc qui assure l'initiation de cet explosif secondaire. Detonators with a plate projection effect are described for example in the US patent
A-4 602565. It includes: - a plate vaporized by a high-power electrical discharge, - the explosion of this plate projects a thin, generally insulating "plate" (Kapton) on a secondary explosive of larger particle size and of higher loading density, - the impact of the plate on the explosive causes a shock wave which ensures the initiation of this secondary explosive.
L'explosif devient plus facile à fabriquer, surtout à mettre en oeuvre; le détonateur présente une bien meilleure résistance aux agressions mécaniques.The explosive becomes easier to manufacture, especially to implement; the detonator has a much better resistance to mechanical attack.
Par contre, l'énergie électrique de mise à feu se révèle légèrement plus élevée, supérieure à
0,5 j et à 10 MW de puissance crête); ceci ne résout pas les problèmes de réalisation des circuits de mise à feu, de connexions et de génération de parasites. Le but de la présente invention est de fournir un détonateur combinant la technique d'initiation des explosifs secondaires par effet de projection de plaque et la technique de vaporisation explosive d'une couche métallique par rayonnement laser, permettant ainsi de garder un explosif secondaire de granulométrie normale et surtout de forte densité de chargement.On the other hand, the electric ignition energy is slightly higher, greater than
0.5 d and at 10 MW peak power); this does not solve the problems of producing firing circuits, connections and generation of parasites. The aim of the present invention is to provide a detonator combining the technique of initiation of secondary explosives by plate projection effect and the technique of explosive vaporization of a metal layer by laser radiation, thus making it possible to keep a secondary explosive with particle size normal and especially of high density of loading.
L'invention a donc pour objet un détonateur à effet de projection de plaque, du type comportant une première couche apte à se vaporiser pour découper une seconde couche et engendrer un projectile dans un moyen de projection initiant un explosif secondaire par choc, caractérisé en ce qu'il est initié par un flash laser et comprend: - un verre d'entrée assurant le confinement, - la première couche étant constituée d'un matériau susceptible de se vaporiser sous l'impact laser, en contact intime avec le verre d'entrée; - la seconde couche à projeter étant en contact intime avec la première couche et le moyen de projection, -l'explosif secondaire étant à densité de chargement élevée et placé contre le moyen de projection.The subject of the invention is therefore a detonator with a plate projection effect, of the type comprising a first layer capable of vaporizing to cut a second layer and generate a projectile in a projection means initiating a secondary explosive by impact, characterized in that that it is initiated by a laser flash and includes: - an entry glass ensuring containment, - the first layer being made of a material capable of vaporizing under the laser impact, in intimate contact with the glass Entrance; the second layer to be sprayed being in intimate contact with the first layer and the projection means, the secondary explosive being at high loading density and placed against the projection means.
La première couche peut être un métal déposé en couche mince sur la seconde couche.The first layer may be a metal deposited in a thin layer on the second layer.
La première couche peut être constituée par l'aluminium ou le cuivre.The first layer can consist of aluminum or copper.
La première couche peut avoir une épaisseur comprise entre 0,01 et 1 micromètre.The first layer may have a thickness of between 0.01 and 1 micrometer.
La seconde couche peut être réalisée en un matériau conducteur ou non conducteur de l'électricité.The second layer can be made of an electrically conductive or non-conductive material.
La seconde couche peut avoir une épaisseur comprise entre 0,1 et 100 ,um.The second layer may have a thickness between 0.1 and 100 µm.
Un résultat de la présente invention réside dans le fait que le détonateur présente la haute sécurité des détonateurs à fil explosé, la simplicité et l'immunité aux parasites électriques des détonateurs à laser, la robustesse, la tenue mécanique et le faible coût des détonateurs à effet de projection de plaque.A result of the present invention resides in the fact that the detonator exhibits the high security of detonators with exploded wire, the simplicity and immunity to electrical noise from laser detonators, the robustness, the mechanical strength and the low cost of detonators with plate projection effect.
Un autre résultat réside dans l'application du flash laser à la structure particulière du détonateur selon l'invention qui procure: - une meilleure définition de la surface "explosée" de la feuille métallique qui peut être optimisée en fonction de l'effet de projection recherché, - une meilleure régularité et un meilleur rendement de "l'explosion" de la couche métallique, - une transmission à distance de l'énergie de mise à feu par connexions non métalliques, non susceptibles. d'émettre ou de recevoir des parasites d'origine électrique (décharges électrostatiques, impulsion électro-magnétique, rayonnement parasite). Another result lies in the application of the laser flash to the particular structure of the detonator according to the invention which provides: - a better definition of the "exploded" surface of the metal sheet which can be optimized as a function of the projection effect sought, - better regularity and better efficiency of the "explosion" of the metallic layer, - remote transmission of ignition energy by non-metallic, non-susceptible connections. to emit or receive parasites of electrical origin (electrostatic discharges, electromagnetic pulse, parasitic radiation).
D'autres avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple en relation avec la figure 1 unique.Other advantages of the invention will be better understood on reading the additional description which follows of an embodiment given by way of example in relation to FIG. 1 only.
Le détonateur selon l'invention représenté suivant une coupe longitudinale sur la figure I, comprend une source laser 1 émettant un rayonnement laser 12 sur un verre 2 suivi d'une couche dite explosive 3, préférentiellement déposée sur le verre d'entrée 2 qui assure le confinement et la protection de la couche, une couche "à projeter" 4 (feuille volante) en contact intime avec la couche 3, un dispositif de projection constitué d'une entretoise 8 percée d'un alésage 7, une ou plusieurs charges explosives 5, d'explosifs secondaires à densité de chargement élevée. On entend par densité de chargement élevée une densité égale à 0,7-1 fois la densité cristalline.The detonator according to the invention shown in a longitudinal section in FIG. I, comprises a laser source 1 emitting laser radiation 12 on a glass 2 followed by a so-called explosive layer 3, preferably deposited on the entry glass 2 which ensures containment and protection of the layer, a "spray" layer 4 (loose sheet) in intimate contact with the layer 3, a projection device consisting of a spacer 8 pierced with a bore 7, one or more explosive charges 5, high explosive density secondary explosives. By high loading density is meant a density equal to 0.7-1 times the crystal density.
Un capot de protection ou alvéole 6 adapté à l'utilisation choisie isole l'ensemble des composants du détonateur.A protective cover or cell 6 adapted to the chosen use isolates all of the components of the detonator.
Sous l'impact du flash laser 1, à travers le verre 2, la partie "éclairée" 9 de la couche j, se vaporise et "explose". La pression développée par I'explosion de cette partie 3 découpe et projette la partie 10 de la couche 4 en regard de 9. La couche projetée 10 traverse l'alésage 7 et vient impacter la zone 1 1 de la couche explosive 5, provoquant l'initiation de l'explosif.Under the impact of the laser flash 1, through the glass 2, the "lit" part 9 of the layer j, vaporizes and "explodes". The pressure developed by the explosion of this part 3 cuts and projects the part 10 of the layer 4 opposite 9. The projected layer 10 crosses the bore 7 and comes to impact the zone 11 of the explosive layer 5, causing the initiation of the explosive.
Le phénomène d'explosion de la couche 9 et le rendement de projection de la partie 10 sont grandement améliorés par le confinement apporté par le verre 2 et les contacts intimes verre 2/couche 3 et couche 3/couche 4. La surface de l'impact de laser 1 (diamètre de la "tâche" laser) détermine la surface de la partie explosive 9 de la couche 3 et de la partie projetée 1 O de la couche 4 et donc de la surface d'impact 1 i sur l'explosif 5.The explosion phenomenon of layer 9 and the projection efficiency of part 10 are greatly improved by the confinement provided by glass 2 and the intimate contacts glass 2 / layer 3 and layer 3 / layer 4. The surface of the impact of laser 1 (diameter of the laser "spot") determines the surface of the explosive part 9 of layer 3 and of the projected part 1 O of layer 4 and therefore of the impact surface 1 i on the explosive 5.
La couche 3 doit être constituée d'un matériau susceptible de se vaporiser sous l'impact du flash laser; parmi les matériaux utilisables, on peut citer Al, Cu, Ta, Ti, Au, Ag etc..., c'est à dire la plupart des métaux déposables en couche mince.Layer 3 must be made of a material capable of vaporizing under the impact of the laser flash; among the materials that can be used, mention may be made of Al, Cu, Ta, Ti, Au, Ag, etc., that is to say most of the metals which can be deposited in a thin layer.
L'épaisseur de la couche 4 peut être comprise entre 0,01 et 1 micromètre (préférentiellement 0,02 à 1 clam) et doit être choisie en fonction de la capacité de vaporisation du laser qui doit vaporiser toute l'épaisseur de la couche.The thickness of the layer 4 can be between 0.01 and 1 micrometer (preferably 0.02 to 1 clam) and must be chosen as a function of the vaporization capacity of the laser which must vaporize the entire thickness of the layer.
La couche 4 qui, dans le détonateur électrique du brevet US-A-4-602565 doit toujours être isolante peut, dans le cas du détonateur laser selon l'invention, être choisie dans un matériau isolant (Kapton, ou autre polyimide ou tout autre polymère disponible en feuille, céramique ou autres oxydes), mais aussi en métal (Al, Ti, Mg ... ou plus lourd, Fe, Cu, Ni etc...).The layer 4 which, in the electric detonator of patent US-A-4-602565 must always be insulating, can, in the case of the laser detonator according to the invention, be chosen from an insulating material (Kapton, or other polyimide or any other polymer available in sheet, ceramic or other oxides), but also in metal (Al, Ti, Mg ... or heavier, Fe, Cu, Ni etc ...).
La nature du matériau et son épaisseur doivent être choisies en fonction des considérations de rendement balistique de la projection et d'adaptation de choc à l'impact sur explosif (les épaisseurs choisies sont généralement comprises entre 0,1 et 100 llm). The nature of the material and its thickness must be chosen according to considerations of ballistic performance of the projection and shock adaptation to impact on explosive (the thicknesses chosen are generally between 0.1 and 100 µm).
Dans certains cas, la couche 3 et la couche 4 peuvent être confondues si la vaporisation d'une partie de l'épaisseur de la couche peut provoquer la projection de la partie restante (exemple: couche d'aluminium de l'ordre de 10 à 50 clam). In some cases, the layer 3 and the layer 4 can be confused if the vaporization of a part of the thickness of the layer can cause the projection of the remaining part (example: aluminum layer of the order of 10 to 50 clam).
Les dimensions du "tube de canon" constitué par l'alésage 7 dans l'entretoise 8 sont choisies en fonction de la dimension de l'impact laser (et donc de la couche projetée 10), soit 0,2 à 2 mm de diamètre et de considérations balistiques sur la projection de plaque (hauteur de 0,5 à 2 mm). Le matériau de l'entretoise sera choisi parmi les matériaux à forte impédence de choc (acier, alliage de cuivre, ...)
L'explosif utilisé sera choisi parmi les explosifs secondaires de haute sécurité et de grande stabilité thermique tels que hexogène, octogène, HNS, TATB, ... Leur densité de chargement pourra varier en fonction de considération détonique entre 60 et 80 % de la densité cristalline. Par exemple, pour l'hexogène le chargement en deux couches de densités respectives 1,2 à 1,4 pour la couche d'initiation et 1,5 à 1,7 pour la couche renforçatrice donne de bons résultats. The dimensions of the "barrel tube" constituted by the bore 7 in the spacer 8 are chosen as a function of the dimension of the laser impact (and therefore of the projected layer 10), ie 0.2 to 2 mm in diameter and ballistic considerations on the plate projection (height of 0.5 to 2 mm). The material of the spacer will be chosen from materials with a high impact impedence (steel, copper alloy, ...)
The explosive used will be chosen from high security secondary explosives with high thermal stability such as hexogen, octogen, HNS, TATB, ... Their charge density may vary depending on detonic consideration between 60 and 80% of the density crystalline. For example, for hexogen loading in two layers of respective densities 1.2 to 1.4 for the initiation layer and 1.5 to 1.7 for the reinforcing layer gives good results.
Claims (6)
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|---|---|---|---|
| FR9014562A FR2669724B1 (en) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | LASER DETONATOR WITH PLATE PROJECTION EFFECT. |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2669724A1 true FR2669724A1 (en) | 1992-05-29 |
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| FR (1) | FR2669724B1 (en) |
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