Влияние температуры на лазерное инициирование тэна

УДК 541.124.16:541.126.2:541.128

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ЛАЗЕРНОЕ ИНИЦИИРОВАНИЕ ТЭНА

Ф.

Кемеровский государственный университет (кафедра физической химии)

Тел. 8(3842)583527

e-mail *****@***ru

Исходным материалом для исследований служил порошкообразный тетранитрат пентаэритрита (ТЭН) с дисперсностью ~ 10 мкм. Использовалась следующая процедура подготовки образцов. Навеска порошка массой 5 мг помещалась в лунку медного нагревателя, нагревалась до 450 К (температура плавления ТЭНа – 414 К [1]), после чего нагреватель выключался и охлаждался до температуры, при которой производилось инициирование.

Такая процедура обеспечивала одинаковую высокотемпературную обработку образцов и, следовательно, "стандартизацию" содержания продуктов термического разложения (в случае их наличия!) в образцах при всех температурах инициирования.

Инициирование открытой поверхности образца осуществлялась импульсным лазером на фосфатном стекле, активированном неодимом (1,06 мкм, 10 нс, 1 – 5 Дж). Лазерный пучок формировался с помощью линзы в пятно, диаметр которого варьировался в пределах 4–8 мм. Факт взрыва фиксировался как по возникновению громкого хлопка, так и по токовому сигналу, обусловленному замыканием тестового разрядного промежутка разлетающимися продуктами взрыва (принципы измерений подробно описаны в [2]).

Измерялась зависимость частости взрывов (вероятности взрыва) от плотности энергии инициирующего импульса при различных температурах образца.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Примеры зависимостей вероятности взрыва (p) от плотности энергии инициирующего импульса (W) при различных исходных температурах образцов приведены на рис. 1а. Каждая точка на этих кривых получена при инициировании 10 образцов. Видно, что с ростом температуры кривые смещаются в сторону меньших энергии инициирующего импульса и крутизна их увеличивается.

Результаты этой обработки показаны на рис.1б. Данные вполне удовлетворительно аппроксимируются зависимостью

(1),

где A – предэкспоненциальный множитель, E – энергия активации E = 0,4±0,05 эВ, k – постоянная Больцмана, T – температура.

Возможность аппроксимации температурной зависимости W0,5 выражением (1) свидетельствует об участии в механизме инициирования термоактивированного процесса.

Однако, инициирование, по-видимому, не сводится только к этому термически активированному процессу. В пользу этого заключения можно привести довод: чисто тепловое инициирование ТЭНа требует значительно больших энергий активации: 1,3 – 1,6 эВ. [1]

Наиболее естественная и прозрачная интерпретация полученных результатов: процесс лазерного инициирования ТЭНа является двустадийным и включает в себя фотостимулированную и термостимулированную стадии. Например, оптическое возбуждение молекулы (возможно рядом с дефектом) и ее последующую термическую диссоциацию (отщепление NO2 [3]).

Двустадийность процесса инициирования подтверждается также тем фактом, необходимо именно совместное воздействие лазерного импульса и температуры, т. к. ни один из этих факторов по отдельности не приводит к взрыву.

Рис.1.Влияние температуры на взрывную чувствительность ТЭНа при лазерном инициировании (1064 нм, 20 нс).

а – зависимость вероятности взрыва p от плотности энергии инициирования W, – аппроксимация выражением (1). 1 – Т = 373К, 2 – Т = 393 К, 3 – Т = 410 К, 4 – T = 420 K, 5 – T = 450 K

б – зависимость пороговой плотности энергии инициирования W0,5 от температуры в координатах lnW0,5 от 1/Т. – аппроксимация выражением (2) при E = 0,4 эВ.

Литература

1. А., А., К. Термохимия нитросоединений. Наука. М. 1970, 165с.

2. П., Д., М. и др. Предвзрывные явления в азидах тяжелых металлов. М.: ЦЭИ «Химмаш». 2002. 116 с.

3. Kuklja M. M., Aduev B. P., Aluker E. D. et al. // Journal Of Applied Physics Volume 89, Number 7, 2001, p. 4156- 4166

Научный руководитель – к. ф.-м. н., доцент Ю.