Анотація до роботи:

Чернай А.В. Взаємодія імпульсного лазерного випромінювання з вибуховими речовинами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико–математичних наук за спеціальністю 01.04.17 – хімічна фізика, в тому числі фізика горіння та вибуху. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2003.

Дисертацію присвячено питанням збудження швидких реакцій у конденсованих середовищах, які здібні до екзотермічних перетворень. У роботі розроблено новий напрямок у хімічній фізиці, який ґрунтується на використанні лазерного імпульсу як ініціюючого фактора збудження вибухових речовин та сполук. Установлено, що ініціювання вибухових речовин здійснюється в результаті втрати температурної (бризантні ВР) або деформаційної (ініціюючі ВР) стабільності кристалічної решітки при лазерному нагріванні мікровключень, що поглинають випромінювання. Одержані нові вибухові сполуки, для яких властива аномально велика чутливість до дії лазерного моноімпульсу. Розроблені наукові основи використання лазерного метода ініціювання для вирішення проблем одержання профільованих детонаційних хвиль, зварювання вибухом, зміцнення металів, створення оптичних систем ініціювання вибухових зарядів, випробовування міцності матеріалу та стійкості конструкцій, що сприймають дію механічних імпульсів навантаження.

У дисертаційній роботі сформульовані й вирішені теоретичні та експериментальні задачі, спрямовані на розробку наукового напрямку – хімічна фізика взаємодії лазерного випромінювання з вибуховими речовинами. Вирішення цієї задачі має велике значення для встановлення механізму збудження швидкої реакції у конденсованих ВР, формування профільованих детонаційних хвиль, обробки матеріалів тиском, створення оптичних систем ініціювання вибухових зарядів.

Основні результати, висновки та рекомендації зводяться до наступного:

1. Розроблено фізико–математичну модель лазерного запалювання бризантних ВР, що ураховує міцністні властивості матеріалу. Суть моделі є такою. В результаті лазерної дії нагріваються оптичні мікронеоднорідності, теплообмін яких із навколишнім середовищем спричиняє запалювання ВР, якщо до цього часу не виникло (за рахунок термонапружень) утворення мікротріщин. Для проведення розрахунків по цій моделі вирішена задача визначення перерізу поглинання оптичних мікронеоднорідностей у кристалах ВР. Теоретична модель дозволяє пояснити увесь комплекс експериментальних результатів по лазерному ініціюванні бризантних ВР. Шляхом чисельного розв’язання рівнянь газової динаміки та хімічної кінетики установлені закономірності дії процесу розвантаження речовини у хвилі розрідження на параметри лазерного запалювання.

2. Розвинуто квантово-механічний підхід до рішення задачі стійкості кристалічної решітки ініціюючих ВР в умовах її деформації, викликаної лазерним нагрівом оптичної мікронеоднорідності. Математичний підхід, який базується на рішенні рівняння Шредигера задачі про стан електрона у полі двох кулонівських центрів, допрацьований шляхом урахування екраніровки ядерних потенціалів атомів молекули зв’заними електронами та взаємодії цих електронів між собою. Вирішена задача про вплив зовнішнього кулонівського центру на електронний терм молекули. На прикладі азиду срібла показано, що стійкість групи порушується при деформації кристалічної решітки поблизу поглинаючого випромінювання мікровключення, що є причиною підриву ВР. Виявлений теоретичний ефект підтверджено експериментально.

3. З теоретичних досліджень визначені основні напрямки пошуку ВР та шляхи створення на їх основі високочутливих до лазерного імпульсу вибухових сполук: вибухові речовини повинні мати велику швидкість переходу від горіння до детонації, бути прозорими для лазерного випромінювання; при розробці ВС необхідно прагнути до збільшення прозорості зразків ВС, пониження їх пористості. Крім цього, доцільно використовувати лазерні імпульси малої тривалості.

4. Результати теоретичних досліджень використані при розробці технології приготування в’язкої основи, яка уявляє собою суспензію порошку ВР у розчині полімерного матеріалу, прозорого для лазерного випромінювання. Одержано монолітну тверду суміш кристалів ВР та полімеру у вигляді покриття.

5. Одержано чотири вибухових сполуки, що виявляють аномально високу чутливість до дії лазерного моноімпульсу: ВC2 – 2,3 мДж/см², ВС7 – 5 мДж/см², ВС16 – 23 мДж/см², ВС17 – 40 мДж/см². Завдяки розробці цих вибухових сполук виріщені такі практичні задачі:

уперше створено та апробовано метод випробовування міцності матеріалів та стійкості конструкцій до дії механічних імпульсів навантаження суб– та мікросекундної тривалості при помірних густинах імпульсу – 0,1–1,0 кПас. Регулювання тривалості дії здійснюється шляхом зміни концентрації зв’язуючого матеріалу у вибуховій сполуці або вибором відповідного типу ВР.

запропоновані та реалізовані способи формування профільованих детонаційних хвиль за рахунок геометричної форми лазерного пучка (сферичної збіжної, кільцевих ковзних збіжних та розбіжних хвиль, лінійної ковзної, плоскої );

розроблені методи обробки матеріалів тиском (зміцнення, зварювання), засновані на лазерному методі ініціювання плоских зарядів ВС;

створені теоретичні основи та технічні вимоги до оптичної системи ініціювання вибухових зарядів, основними елементами якої є оптичний капсуль–детонатор, світлопровідна мережа та оптичний квантовий генератор. Розроблено на основі ВС7 оптичний капсуль–детонатор, що виявляє рекордно велику чутливість до дії лазерного моноімпульсу – ~10 мкДж, експериментальний зразок трьох канального ОКГ з електронною затримкою спрацювання каналів відносно один одного для потреб ОПСІН.

Результати роботи можуть бути використані у машинобудуванні при розробках нових способів і методів обробки матеріалів вибухом, що базуються на використанні профільованих детонаційних хвиль, випробовуванні міцності матеріалів та стійкості конструкцій до дії механічних імпульсів навантаження. Розроблені основи створення оптичних систем ініціювання вибухових речовин можуть бути використані при практичній реалізації безпечних систем ініціювання у гірничодобувній промисловості. Методи створення профільованих детонаційних хвиль дозволяють застосовувати їх у наукових дослідженнях стану речовини при екстремально великих значеннях тиску, вивченні у лабораторних умовах взаємодії детонаційних хвиль із перешкодами, між собою та інш.

Наукові результати та положення дисертації опубліковані у 53 друкованих працях, основні з яких такі:

1. О методе получения механических импульсов нагружения, основанном на лазерном подрыве покрытий из взрывчатых составов/ А.В.Чернай, В.В.Соболев, М.А.Илюшин, Н.Е.Житник // Физика горения и взрыва.–1994.–Т.30, №2.–С.106–11.

2. К вопросу о механизме зажигания взрывчатых составов лазерным моноимпульсом/ А.В.Чернай, В.В.Соболев, М.А.Илюшин, Н.Е.Житник, Н.А.Петрова// Химическая физика.–1996.–Т.15, №3.– С.134–139.

3. Чернай А.В., Соболев В.В. Лазерный метод получения профилированных детонационных волн для обработки материалов взрывом//Физика и химия обработки материалов.–1995 –№5.–С.120–123.

4. Чернай А.В. О механизме зажигания конденсированных вторичных ВВ лазерным импульсом// Физика горения и взрыва.–1996.–Т.32, №1.–С.62–69.

5. Чернай А.В., Соболев В.В., Илюшин М.А. Получение профилированных детонационных волн путем лазерного инициирования взрывчатых составов// Физика и техника высоких давлений. 1995.–№4.–С.62–69.

6. Соболев В.А., Чернай А.В. Применение ударных волн в экспериментальной минералогии//Минералогический журнал. –1995.–№3.–С.15–25.

7. О системе оптического инициирвания скважинных зарядов взрывчатых веществ/А.В.Чернай, В.В.Соболев, Н.М.Студинский, И.Л.Гуменик //Металлургическая и горнорудная промышленность. –1995.–№1.–С. 47–49.

8. Соболев В.В. Чернай А.В., Ярковой Г.О. 111 Синтез алмаза. Теоретические исследования с применением квантовомеханических методов расчета //Минералогический журнал.–1994.–№4.–С. 61–71.

9. Соболев в,В., А.Чернай, О.Кашуба. Нова оптическа система заиницииране на сондажни взривни заряди//Минно дело и геология.–1996.–№9.–С.16–18.

10. Илюшин М.А., Целинскй И.В., Чернай А.В. Светочувствительные взрывчатые вещества и составы и их инициирование лазерным моноимпульсом//Российский химический журнал.–1997.–Т.41, №4.–С. 81–88.

11. Чернай А.В. О механизме зажигания инициирующих взрывчатых веществ лазерным моноимпульсом//Физика и техника высоких давлений.–1997.–Т.7, №4.–С.60–68.

12. Чернай А.В. Применение лазерного метода инициирования взрывчатых веществ для упрочнения материалов взрывом//Металлофизика и новейшие технологии.–1998.–Т.20, №2.–С.76–79.

13. Чернай А.В. Получение коротких импульсов нагружения при лазерном подрыве покрытий из взрывчатых составов//Физика и техника высоких давлений.–1997.–Т.7, №3.–С.98–100.

14. Salts of Perchloryiamide as a Novel Class of Light– sensitive for Laser Initiation /Iliuchin M.A., Tselinskiy I.V., Petrova N.A. Chernay A.V, N.D.Zemlykov//Hanneng Cailiao (Energetic Materials), (Eng.).–1999.–7(3).– P.122– 123.

15. Чернай А.В., Соболев В.В., Чернай В.А. Применение лазерного метода инициирования взрывчатых веществ для упрочнения металлов взрывом//Металлургическая и горнорудная промышленность.–2000.–№8–9.–С. 379–581.

16. Инициирование лазерным моноимпульсом взрывчатых составов на основе ди(3-гидразино-4-амино-1,2,3-триазол) медь (II) перхлората/ А.В.Чернай, В.В.Соболев, А.Длугашек, В.А.Чернай, А.Д.Шарабура // Физика и техника высоких давлений. –2001. –№2, Т.11. –С.115–120.

17. Нагружения материалов плоскими ударными волнами методом лазерного инициирования взрывчатых составов / А.В.Чернай, В.В.Соболев, М.А.Илюшин, В.А.Чернай, А.Д.Шарабура //Физика и техника высоких давлений. –2001. –№3, Т.11. –С.93–100.

18. Lazer–iinitiation of pressed light–sensetivive and sheet/ Iliuchin M.A., Tselinskiy I.V., Petrova N.A. Chernay A.V//Han neng Cailiao (Energetic Materials), (Eng.).–1995.– 3(1).–P.22–25.

19. Обработка многослойных материалов плоскими ударными волнами / А.В.Чернай, В.В.Соболев, М.А.Илюшин, В.А.Чернай, А.Длугашек // Сб. науч. тр. / НГА Украины.–1999.–№8.–С.221-227.

20. Патент на винахід №17521 Україна, МКІ F 45 B 3/02. Спосіб одержання збіжної сферичної детонаційної хвилі та пристрій для його здіснення/ А.В.Чернай, В.В.Соболєв, Н.М.Студинський, В.В.Фомічов; Заявл. 31.03.95; Опубл. 28.02.2000, Бюл. №1–4с.

21. Патент на винахід №12553 Україна, МКІ, F 45 B 3/02. Спосіб виготовлення біметалевих виробів шляхом зварювання вибухомі/А.В. Чернай, В.В.Соболсв, А.П.Коваленко, Э.В.Ключко/ Заявл. 22.02.93; Опубл. 20.04.1999, Бюл. №2–4с.

22. Патент на винахiд №17319 Україна, МКІ, С О6В 45/22. Ініцїруюча вибухова сполука/А.В.Чернай, В.В.Соболєв, О.П. Коваленко, М.О. Ілюшин, М.Є. Житнік; Заявл. 23.05.94; Опубл. 17.09.1999, Бюл. №8–5с.

23. Патент №DE 195 44 341, Німеччина С 06 С7/00. Optisher Sprengzunder/Schnaider Alexander, Chernay Anatoliy, Sobolev Valeriy; Одержано 18.03.99.

24. Патент №DE 195 46 342, Німеччина С 06B 23/00. Initiieren der Sprengstoff/ Schnaider Alexander, Chernay Anatoliy, Sobolev Valeriy, Iluchin Mishail; Одержано 11.03.99.

25. Чернай А.В., Соболев В.В. Метод получения профилированных детонационных волн, основанный на лазерном инициировании взрывчатых составов//Воздействие высоких давлений на материалы.–Киев: ИПМ, 1993.–С. 165–170.

26. Соболев В.В., Чернай А.В., Чернай В.А., Илюшин М.А. К вопросу о разработке системы лазерного взрывания зарядов В.В.// Высокоэнергетическая обработка материалов. Сборник научных трудов. –Днепропетровск: НГАУ, 1997.–С. 63–67.

27. Чернай А.В., Соболев В.В., Студинский Н.М. Особенности зажигания взрывчатых веществ лазерным моноимпульсом и перспективы построения оптической системы инициирования //Промышленные взрывчатые вещества и средства их инициирования.–Шостка: НИИХП, 1995.–Вып.1.– С.16–19.

28. Чернай А В., Соболев В.В., Илюшин М.А. Высокочувствительные к лазерному воздействию взрывчатые составы //Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация. –Черноголовка, 1996.– С.25–27.

29. Чернай А В., Соболев В.В., Илюшин М.А. Практическое применение лазерного метода инициирования ВВ //Химическая физика процессов горения и взрыва. Горение конденсированных систем. –Черноголовка, 1996.– С.75–79.

30. Соболев В.В., Чернай А.В., Студинский Н.М. О методике измерения чувствительности взрывчатых веществ и импульса продуктов взрыва в условиях лазерного воздействия// Высокоэнергетическая обработка материалов. Сборник научных трудов. В 2–х т., Т.1. –Днепропетровск: ГГАУ, 1995.–С.136– 141.

31. Sobolev V.V., Chernay A.V., Studinsky N.M. OPSIN–A nev system of blast–hole and deep–hole charges blasting in th explosives //5 –International Symposium on MinePlanning and Equipment Selektion, Sao Paulo, Brazil, 22–25 October 1996.– Sao Paulo, 1996.–P.57–63.

Особистий внесок автора у роботах, опублікованих у співавторстві: (1-3, 5–7, 9, 15–19, 25, 27, 29, 31)–формулювання задач, одержання основних результатів, висновки; (1–3, 5, 7, 9, 15–19, 25, 28–31)– проведення експериментальних досліджень, аналіз результатів, висновки; (1–3, 5–9, 14, 15 17–19, 31)–теоретичні дослідження; (5, 9 15–18, 31)–виконання основних розрахунків; (20-25) - розробка суттєвих ознак винаходу, (19, 31) –методик досліджень.