взрывной источник оптического излучения

Формула изобретения

1. Взрывной источник оптического излучения, содержащий корпус, в котором размещены средство инициирования, заряд бризантного взрывчатого вещества с удельным энерговыделением не менее 5 мДж/кг и светоообразующий состав, при этом средство инициирования выполнено в виде устройства замедления или неконтактного датчика подрыва, отличающийся тем, что светообразующий состав выполнен твердым и расположен с образованием полости, в которой расположен активный элемент оптического квантового генератора.

2. Взрывной источник оптического излучения по п.1, отличающийся тем, что полость имеет форму конфузора.

3. Взрывной источник оптического излучения по п.1, отличающийся тем, что в качестве светоообразующего состава использовано одно или смесь следующих веществ: XeF₂, BaO, UF, UO, BaF, U или Ва.

4. Взрывной источник оптического излучения по п.1, отличающийся тем, что активный элемент оптического квантового генератора выполнен в виде волоконно-активного элемента с зеркальным или диффузным оптическим отражателем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к взрывным источникам излучения с увеличенным световым выходом и может быть использовано в средствах подавления оптико-электронных средств (ОЭС). Известны источники оптического излучения на основе пиротехнических смесей (ПТС), в которых используется излучение продуктов ряда экзотермических реакций. Как правило, ПТС состоят из смеси окислителя, горючего, связующего и регулирующих добавок. В качестве окислителей могут быть использованы хлораты, перхлораты, нитраты, перекиси, оксиды, а в качестве горючего - неметаллы, металлы и сплавы из них, неорганические и органические вещества. При необходимости для формирования зарядов ПТС в их состав могут вводиться связующие материалы (цементаторы), представляющие собой природные или синтетические полимеры. При использовании ПТС энергетический КПД преобразования энергии горения в световое излучение составляет 20%, предельная плотность энергосъема достигает 10 Дж/см³. Быстрое горение ПТС, близкое к взрыву, обеспечивает интенсивное излучение с длительностью импульса до нескольких десятков мс. Основными недостатками указанных источников излучения, предназначенных для подавления оптико-электронных средств, являются относительно низкие температуры и небольшие скорости горения составов, что приводит к малым плотностям мощности светового потока. Такие параметры излучения могут подавлять ОЭС только на небольших дальностях (до 10 м) в зависимости от типа ОЭС, его конкретных конструктивных особенностей. Известен оптический квантовый генератор, в котором оптическая накачка осуществляется излучением, возникающим во фронте ударной волны в инертных газах (см., например, Леонов А.Ф., Фролов-Багреев Л.Ю., Добрынин Д.В., Коренная Е. Ю. Испытания твердотельного лазера с накачкой излучением сходящейся ударной волны. Физика горения и взрыва, т. 35, 2, 1999, с. 114 [1]). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому взрывному источнику оптического излучения является боеприпас подавления ОЭС (RU 2121646 С1, кл. 6 F 42 B 5/15, 10.11.1998)[2]), выбранный в качестве прототипа. Этот боеприпас содержит корпус, в котором размещены средство инициирования, заряд бризантного взрывчатого вещества с удельным энерговыделением не менее 5 МДж/кг и капсула со светообразующим составом, при этом средство инициирования выполнено в виде устройства замедления или неконтактного датчика подрыва. В качестве светообразующего состава используется инертный газ или смесь газов со средней молекулярной массой не менее 100 атомных единиц по углеродной шкале. Основными недостатками этого технического решения являются технологические сложности обеспечения герметичности капсулы, содержащей газообразный светообразующий состав, при применении и хранении, а также малая направленность оптического излучения.

Задачей заявляемого изобретения является получение излучения с увеличенной направленностью и снижение требований к условиям применения и хранения. Для решения этой задачи светообразующий состав выполнен твердым и расположен с образованием полости, в которой расположен активный элемент оптического квантового генератора (ОКГ). В предлагаемом техническом решении для оптической накачки квантового, генератора используется ударная волна, возбужденная на поверхности твердого светообразующего состава в образованной им полости. Для увеличения давления набегающего потока воздуха в указанной полости, в соответствии с п.2 формулы изобретения, полость выполнена в форме конфузора.

Увеличение давления воздуха в полости при его торможении в конфузоре приводит к усилению интенсивности химической реакции материала светообразующего состава с атмосферным кислородом и увеличение энергии оптического излучения. Увеличение энергии импульса оптического излучения достигается, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, выбором в качестве твердофазного светообразующего состава тяжелых химических элементов с низким потенциалом ионизации, либо их соединений со фтором или кислородом: ХеF₂, или ВаО, или UF, или UO, или ВаF, или U или Ва. С целью снижения требований к условиям эксплуатации, в соответствии с п.4 формулы изобретения, активный элемент ОКГ выполнен в виде волоконно-активного элемента (ВАЭ) с зеркальным или диффузным отражателем. Такое выполнение повышает стойкость активного элемента к ударным нагрузкам при хранении и транспортировке и стойкость к перегрузкам при применении. Отсутствие газообразного светообразующего состава повышает эксплуатационные качества источника, а наличие активного элемента ОКГ улучшает направленность излучения. Общими признаками прототипа и заявляемого технического решения являются наличие корпуса, средства инициирования, заряда ВВ и светообразующего состава. Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются наличие элемента оптического квантового генератора, полости и их взаимное расположение. Наличие этих признаков определяет соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна". В результате патентного поиска до даты подачи заявки не выявлено технических решений, которым присущи признаки, идентичные всей совокупности существенных признаков, содержащихся в предлагаемой заявке, что говорит об изобретательском уровне предлагаемого технического решения.

В предлагаемой конструкции предполагается использовать бризантное ВВ с удельным энерговыделением не менее 5 МДж/кг (например, ВВ тип А-9). В качестве средства инициирования заряда ВВ может применяться неконтактный датчик подрыва любого вида, например, оптико-электронный или радиолокационный. Волоконно-активный элемент целесообразно изготавливать из стеклянных волокон, легированных ионами неодима. В качестве светообразующих составов могут применяться вещества ХеF₂, ВаО, UF, UO, ВаF, U, Ва. На чертеже представлена схема предлагаемого взрывного источника оптического излучения. В корпусе 1 размещено устройство замедления (датчик подрыва) 2, служащее для инициирования заряда ВВ 3 в заданный момент времени. Светообразующий состав 4 и активный элемент ОКГ 5 образуют полость 6, имеющую форму конфузора. В корпусе также расположен оптический отражатель 7.

Процесс генерации в предложенном взрывном источнике оптического излучения начинается с того, что от воздействия пороховых газов запускается устройство замедления 2. Через установленное время задержки устройство замедления инициирует подрыв заряда 3. В результате инициирования заряда 3 в светообразующем составе 4 образуется ударная волна, которая, выходя на поверхность светообразующего состава, граничащую с полостью 6, выбрасывает в эту полость пары светообразующего состава. Во фронте ударной волны молекулы светообразующего состава разлагаются. Эти пары взаимодействуют с кислородом воздушного потока, находящегося в полости. Давление воздушного потока в полости, вследствие торможения его в диффузоре, значительно выше атмосферного. Ударная волна инициирует в своем фронте ионизацию и свечение газообразных продуктов. Плотность светообразующего состава предлагаемого устройства в исходном состоянии составляет 1,4-10²¹ атомов в см³, что на три порядка больше по сравнению с газом (2,68-10¹⁹ атомов/см³ [2]). При ударно-волновом нагружении тяжелых химических элементов ударной волной со средней скоростью 7,5 км/с происходит разложение соединения, высвобождение ионов тяжелых химических элементов и нагрев их до температуры десятков тысяч градусов. При такой температуре ударно-нагретые вещества интенсивно излучают в дальнем УФ, видимом и ближнем ИК диапазоне спектра. Кроме того, при остывании и рекомбинации плазмы в результате экзотермических реакций веществ светообразующего состава, атмосферного кислорода и фтора, образуется неравновесное распределение населенности на электронных и колебательных уровнях молекул. Это распределение вызывает неравновесное излучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Часть этого излучения используется для накачки активного элемента ОКГ. Излучение ударно-нагретых газообразных продуктов и излучение активного элемента оптического квантового генератора попадает на объект воздействия, вызывая его функциональное подавление.

Если допустить, что излучение ударно-нагретых веществ близко к излучению абсолютно черного тела, то спектральную плотность излучения в шкале частот можно оценить по формуле Планка:



где - частота;

Т - температура в К;

с₁ и с₂ - постоянные коэффициенты.

Полная мощность импульса излучения активного элемента ОКГ и широкополосного излучения нагретых газообразных продуктов в диапазоне прозрачности воздуха составляет 20 МВт, суммарная энергия составляет около 200 Дж. Такие параметры источника оптического излучения позволяют эффективно подавить ОЭС военного назначения в радиусе до сотен метров.