Кіріспе
Үлкен жарылысты іске қосу үшін қолданылатын шағын жарылғыш құрылғы. Ағытқыш, кейде АҚШ-та жарылыс қақпасы деп аталады, коммерциялық кен өндірісі, қазба жұмыстары, нысандарды бұзу және т.б. салаларында қолданылатын жарылғыш құрылғының ішіндегі үлкен, күшті, бірақ салыстырмалы түрде сезімтал емес екінші жарылғыш затты іске қосуға арналған шағын, сезімтал құрылғы. Ағытқыштар қандай жолмен іске қосылатынына (химиялық, механикалық немесе электрлік) және олардың ішкі құрылысына байланысты түрлі болып келеді, бұл көбінесе бірнеше кезеңді қамтиды. Оларға электрлік емес қақпақтар, электрлік қақпақтар және фитилді қақпақтар жатады, соңғы екеуі ең көп таралғандары. Электрлік түрлері қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін ұзын сым арқылы немесе радиоарқылы басқарылатын көздер арқылы жарылыс машинасынан қақпаққа жіберілетін қысқа тоқпен іске қосылады. Дәстүрлі фитилді қақпақтардың фитилі шырша немесе тұтқынша сияқты от көзімен тұтандырылады. Ескі ағытқыштарда негізгі жарылғыш зат ретінде сынап фулминаты қолданылған, көбінесе жақсы нәтиже алу үшін калий хлоратымен қосылған. Бұл қосылысты қорғасын азиді, қорғасын стифнаты, алюминийдің кейбір түрлері немесе DDNP (диазодинитрофенол) сияқты басқа материалдар алмастырды, бұл кен және карьер жұмыстарынан атмосфераға шығатын қорғасын мөлшерін азайтуға бағытталған. Олар сондай-ақ әскери ағытқыштарда аздаған мөлшерде ТНТ немесе тетрил, ал коммерциялық ағытқыштарда ПЕТН қолданады.
A detonator, sometimes called a blasting cap in the US, is a small sensitive device used to provoke a larger, more powerful but relatively insensitive secondary explosive of an explosive device used in commercial mining, excavation, demolition, etc. Detonators come in a variety of types, depending on the way they are initiated (chemically, mechanically, or electrically) and details of their inner working, which often involve several stages. They include non electric caps, electric caps, and fuse caps, the last two being the most common. Electric types are set off by a short burst of current sent to the cap, by a blasting machine via a long wire or a radio controlled source to ensure safety. Traditional fuse caps have a fuse which is ignited by a flame source, such as a match or a lighter. Old detonators used mercury fulminate as the primary explosive, often mixed with potassium chlorate to yield better performance. This compound was superseded by others: lead azide, lead styphnate, some aluminium, or other materials such as DDNP (diazo dinitro phenol) to reduce the amount of lead emitted into the atmosphere by mining and quarrying operations. They also often use a small amount of TNT or tetryl in military detonators and PETN in commercial detonators.
Тарих
Бірінші жарылғыш қақпақ немесе детонатор 1745 жылы британдық дәрігер және дәріханашы Уильям Уотсонның сығу машинасының электр ұшқыны қара ұнтақты тұтандырып, қара ұнтақпен араластырылған тұтанғыш затты тұтата білгенін көрсетуімен жасалды. 1750 жылы Филадельфиядағы Бенджамин Франклин екі жағынан сымдары бар және ұштары бітетілген ватамен тығыздалған, қара ұнтақпен толтырылған қағаз түтігінен тұратын коммерциялық жарылыс қақпағын жасады. Екі сым бір-біріне жақын келді, бірақ жанаспады, сондықтан екі сым арасындағы үлкен электр ұшқыны қақпақты жақты. 1832 жылы американдық химик Роберт Хейр ыстық сыммен детонатор жасады, бірақ осыған ұқсас тәжірибелер бұрын итальяндық Вольта мен Кавалло жасаған болатын. Хейр жарылыс қақпағын көп талшықты сымды қалайы түтіктің ішіндегі оқ-дәрі заряды арқылы өткізіп жасады; ол көп талшықты сымның бір жіңішке талшығын қалдырып, қалғанын кесіп тастады, сонда жіңішке талшық қызған көпір сымы ретінде қызмет етеді. Үлкен батареядан (ол "жарық сөндіргіш" немесе "калоримотор" деп атады) жіңішке талшық арқылы күшті ток өткенде, ол қызып, оқ-дәрі зарядын тұтандырды. 1863 жылы Альфред Нобель нитроглицеринді тек оқшаулау арқылы жарылғызу мүмкін емес екенін, бірақ оны оқшаулау арқылы тұтандырылатын шағын оқ-дәрі зарядының жарылуы арқылы жарылғызуға болатынын түсінді. Бір жыл ішінде ол оқ-дәріге сынап фулминатын қосты, ал 1867 жылы нитроглицеринді жарыту үшін сынап фулминатының мыс капсулаларын тұтқамен іске қосып, жарытты. 1868 жылы Бостондық Генри Джулиус Смит шамшырақ аралығы тұтандырғыш пен сынап фулминатын біріктірген қақпақты ұсынды, бұл динамитті жарыта алатын алғашқы электрлік қақпақ болды. 1875 жылы Смит, ал 1887 жылы Массачусетс штатының Норт Адамс қаласынан Перри Гарднер ыстық сыммен детонатор және сынап фулминаты қосылған электрлік детонаторларды жасады. Бұл алғашқы қазіргі заманғы типтегі жарылыс қақпақтары болды. Қазіргі заманғы қақпақтар әртүрлі жарылғыш заттарды және жеке бастапқы және екіншілік жарылғыш зарядтарды қолданады, бірақ олар Гарднер мен Смит қақпақтарына ұқсас. Смит сондай-ақ жарылыс қақпақтарын тұтандыру үшін бірінші қанағаттанарлық портативті қуат көзін ойлап тапты: жоғары кернеулі магнит, оны тісті дөңгелек және пиньонмен басқаратын, ал ол өз кезегінде төмен қарай итермеленген Т-тұтқасымен басқарылатын. Электрлік от қақпақтары 1900 жылдардың басында Германияда жасалды және 1950 жылдары ICI International Atlas Powder Co сатып алған кезде АҚШ-қа таралды. Бұл қақпақтар әлемдегі стандартты қақпақ түріне айналды.
Мақсаты
Жарылыс қақпақтары сияқты детонаторлардың қажеттілігі, кездейсоқ түсірілгенде, дұрыс қолданылмағанда немесе отқа немесе электр өрісіне ұшырағанда жарылмайтын, қауіпсіз жарылғыш заттардың дамуынан туындады. Бұл олардың жарылуы үшін жоғары белсендіру энергиясын қажет ететін және оларды қасақана жарытуды сәйкесінше қиындататын жағдай жасады. Осыдан кейін детонатор пайда болады, оның міндеті – кішкентай бастапқы жарылыс арқылы қажетті белсендіру энергиясын беру. Шағын құрылғы болғандықтан, оны қауіпсіз сақтау және қолдану оңай, және қауіпті болғанымен, тіпті кездейсоқ оқ атса да, көп зиян тигізбейді. Детонатор мен негізгі жарылғыш құрылғысын бөлек сақтап, пайдалануға дейін ғана біріктіруге болады, бұл негізгі зарядтың қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.
Түрлері
Кәдімгі детонаторлар көбінесе тұтануға негізделген жарылғыш заттар түрінде болады. Олар негізінен коммерциялық операцияларда қолданылса да, қарапайым детонаторлар әскери операцияларда да қолданылады. Детонатордың бұл түрі көбінесе қауіпсіздік сөндіргіші арқылы іске қосылады және уақытты қажет етпейтін детонацияларда, мысалы, дәстүрлі оқ-дәрілерді жою кезінде қолданылады. Белгілі детонаторлар – қорғасын азиді [Pb(N3)2], күміс азиді [AgN3] және сынап фулминаты [Hg(ONC)2]. Электрлік детонаторлардың үш санаты бар: бірден іске қосылатын электрлік детонаторлар (IED), қысқа мерзімді детонаторлар (SPD) және ұзақ мерзімді детонаторлар (LPD). SPD-лер миллисекундтармен, ал LPD-лер секундтармен өлшенеді. Наносекундтық дәлдік қажет болған жағдайларда, әсіресе ядролық қарудағы имплозиялық зарядтарда, жарылатын көпір сымдары детонаторлары қолданылады. Алғашқы соққы толқыны электр разряды арқылы жіңішке сымның бөлігін булану арқылы туындайды. Жаңаша детонатор – шлепперлік детонатор, ол бастапқы соққыны беру үшін электрлік жарылыс арқылы жарылған сым немесе фольгамен үдетілген жұқа пластиналарды пайдаланады. Ол кейбір заманауи қару жүйелерінде қолданылады. Бұл тұжырымдаманың бір түрі тау-кен операцияларында қолданылады, онда фольга оптикалық талшық арқылы жеткізілетін лазерлік импульспен жарылады. Электрлік емес детонатор – жарылыстарды іске қосуға арналған, әдетте ғимараттарды бұзу және шахталар мен карьерлерде тас жару үшін қолданылатын соққы түтігі детонаторы. Электр сымдарының орнына, қуыс пластикалық түтік детонаторға оқ ату импульсін жеткізеді, осылайша шашыраған электр тогына байланысты көптеген қауіптерден қорғайды. Ол кішкентай диаметрлі, үш қабатты пластикалық түтікшеден тұрады, ішкі қабырғасы реактивті жарылғыш қоспамен қапталған, ол тұтанғанда шаң жарылысына ұқсас, төмен энергиялы сигналды таратады. Реакция түтікше бойымен шамамен 6500 фут/с (2000 м/с) жылдамдықпен жүреді, түтікшенің сыртында минималды бұзылыстармен. Электрлік емес детонаторларды 1960 және 1970 жылдары швед компаниясы Nitro Nobel ойлап тапты және 1973 жылы бұзу нарығына шығарды. Азаматтық тау-кен өндірісінде электрондық детонаторлар кешіктірулер үшін жақсы дәлдікке ие. Электрондық детонаторлар тау-кен, карьер және құрылыс салаларында әртүрлі жарылыс қолданбаларында дәл және дәйекті жарылыс нәтижелерін алу үшін қажетті дәл басқаруды қамтамасыз ету үшін жасалған. Электрондық детонаторлар арнайы бағдарламалау құрылғысын пайдалана отырып, миллисекундтық немесе миллисекундтың оннан бір бөлігіндей кезеңдермен бағдарламаланады. Сымсыз электрондық детонаторлар азаматтық тау-кен нарығында қол жетімді бола бастады. Шифрланған радиосигналдар жарылыс сигналын әрбір детонаторға дұрыс уақытта жеткізу үшін қолданылады. Қазіргі уақытта қымбат болғанымен, сымсыз детонаторлар бірнеше жарылыстарды бірден жүктеуге және адамдардың қауіпсіздігіне қауіп тудырмастан тізбектей оқ атуға мүмкіндік беретін жаңа тау-кен техникасын іске қосуға мүмкіндік береді. 8-саны бар сынақ ұшқыш қақпағы 80 пайыз сынап фулминаты мен 20 пайыз калий хлораты қоспасының 2 грамын, немесе оған тең күшті ұшқыш қақпақты қамтиды. Теңдестірілген күшті қақпақ 0,40-0,45 грамм PETN негізді зарядтан, алюминий қабыққа басылған, түбінің қалыңдығы 0,03 дюймнен аспайтын, меншікті салмағы 1,4 г/см³ кем емес және өндірушіге байланысты стандартты праймер салмағымен дайындалған.
Жарылыс қалқандары
Қақпақтың ең көне және қарапайым түрі – бір жағынан жабық металл цилиндр. Ашық жағынан ішке қарай, біріншіден пиротехникалық фитиль енгізіліп, қысылатын бос кеңістік, содан кейін пиротехникалық тұтану қоспасы, бастапқы жарылғыш зат, және соңында негізгі жарылғыш заряд орналасқан. Пиротехникалық жарылыс қақпақтарының басты қаупі – дұрыс қолдану үшін фитильді орнына қойып, қақпақтың негізін фитильге қарай қысып бекіту қажеттігінде. Егер қақпақты қысып бекітуге қолданылатын құрал жарылғыш заттарға тым жақын қолданылса, бастапқы жарылғыш қоспа қысым кезінде жарылуы мүмкін. Белгілі бір қауіпті әдет – қақпақтарды тістермен қысып бекіту; кездейсоқ жарылыс ауызға ауыр жарақат келтіруі мүмкін. Фитильдік жарылыс қақпақтары бүгінге дейін белсенді қолданылуда. Олар кейбір электромагниттік кедергілер кезінде қолдануға ең қауіпсіз тип, және оларда фитиль жанғанда белгілі бір уақыт кешігуі қарастырылған. Қатты жиналған электрлік жарылыс қақпақтары тікелей байланыста болатын жұқа сымды (сондықтан жиналған) бастапқы жарылғыш затты пайдаланады, ол электр тогымен қыздырылып, бастапқы жарылғыш заттың жарылуын тудырады. Бұл бастапқы жарылғыш зат екінші жарылғыш заттың үлкен зарядын жарылысқа келтіреді. Кейбір қатты жиналған қақпақтарда кішкентай пиротехникалық кешігу элементі болады, қақпақ жарылғанға дейін бірнеше жүз миллисекундқа дейін. Шамды типтегі жарылыс қақпақтары бастапқы жарылғыш затты іске қосу үшін тікелей байланыс орнына электрлік шамды (екі жағында электродтары бар оқшаулағыш қабат, бүйірлерінде дәнекерленген жұқа сым, барлығы тұтану және шығыс қоспаларына батырылған) пайдаланады. Шамды қақпақтың қалған бөлігі жеке жасалып, процестің соңында ғана құрастырылады. Шамды типтегі қақпақтар қазір әлемде ең көп таралған тип болып табылады. Жарылатын сым детонаторы 1940 жылдары Манхэттен жобасы аясында ядролық қару жасау үшін ойлап табылды. Жобалау мақсаты – өте жылдам және болжамды әрекет ететін детонатор жасау. Шамды және қатты жиналған электрлік қақпақтардың жарылуына бірнеше миллисекунд уақыт кетеді, себебі сым қызып, жарылғыш затты жарылу температурасына дейін қыздырады. Жарылғыш сымды немесе EBW детонаторлары жоғары кернеулі электр зарядын және өте жұқа сымды пайдаланады, 0,04 дюйм ұзындығы, 0,0016 диаметрі (1 мм ұзындығы, 0,04 мм диаметрі). Жарылғыш затты қыздырудың орнына, EBW детонатор сымы жоғары токпен өте тез қыздырылады, сондықтан сым электрлік кедергісінен буланып, жарылады. Бұл электрлік жарылыс детонатордың бастауыш жарылғыш затын (әдетте PETN) іске қосады. Кейбір ұқсас детонаторлар сымның орнына жұқа металл фольгасын қолданады, бірақ шынайы сымды детонаторлармен бірдей жұмыс істейді. Дұрыс іске қосылғанда өте жылдам жарылудан басқа, EBW детонаторлары сыртқы статикалық электр тогынан және басқа электр тогынан қорғалған. Ток сымды балқыта алады, бірақ сымнан толық жоғары кернеулі ток өтпесе, бастауыш жарылғыш затты жарылғыза алмайды. EBW детонаторлары радиосигналдар, статикалық электр немесе басқа электрлік қауіптер кәдімгі электрлік детонаторлармен апатқа әкелуі мүмкін көптеген азаматтық қолданыстарда қолданылады. Шалқымалы детонаторлар – EBW детонаторларының жетілдірілген түрі. Шалқымалы детонаторлар жарылыс бастаушы жарылғыш затты жарылту үшін жарылатын фольганы тікелей пайдаланбайды, фольганы электрлік буландыру арқылы ПЭТ пленкасы немесе каптоны сияқты оқшаулағыш материалдың кішігірім шеңберін оқшаулағыш материалдың қосымша дискісіндегі дөңгелек тесік арқылы төменге түсіреді. Ондағы ойықтың шетінде бастауыш жарылғыш заттың пеллеты орналасқан. Ұшатын диск немесе шалқымалы дискінің электр энергиясын кинетикалық энергияға айналдыру тиімділігі 20-40% болуы мүмкін. Шалқымалы диск жарылғыш заттың кең ауданына (шамамен 1 мм) әсер ететініне байланысты, жарылатын фольга немесе сымды детонаторлардағыдай жұқа сызық немесе нүкте емес, жарылыс тұрақты және аз энергия қажет етеді. Жарылыс қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін жарылғыш заттың ең аз көлемін жарылыс басталатын температура мен қысымға дейін көтеру қажет. Егер энергия бір нүктеде жинақталса, ол жарылғыш заттың барлық бағыттарында сұйықтау немесе кеңею толқындарымен таралуы мүмкін, ал тек кішкентай көлем тиімді қыздырылады немесе сығылады. Ұшақ дискінің бүйір жағындағы әсер ету энергиясы сұйықтық толқынына жоғалады, бірақ жарылғыш заттардың конустық көлемі тиімді қысылады. Шалқымалы детонаторлар ядролық қаруда қолданылады. Бұл компоненттерді іске қосу үшін үлкен мөлшерде энергия қажет, сондықтан олардың кездейсоқ оқшаулануы өте аз. Лазерлік бастауыштарда лазер сәулесі оптикалық талшық арқылы өтіп, көміртегі қосылған жарылғыш затқа тиіп, оны іске қосады. Бұл бастауыштар өте сенімді. Кездейсоқ іске қосу өте қиын, өйткені жарылғыш затты тек қосылған лазер ғана, нақты реттелген, немесе толыққанды дербес лазер іске қоса алады.