WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Наибольший интерес с точки зрения задачи данной работы представляет связь между величиной базы разлета "l" и временем появления тестового сигнала (первый пик на рис. 1 б, в и второй пик на рис 2 б, в), несущая информацию о скорости разлета продуктов взрыва. Эти данные представлены на рис. 3, 4. За время появления тестового сигнала принимался промежуток времени, отсчитываемый по осциллограммам типа рис. 1, 2 от начала развертки до момента достижения этим сигналом 0,1 амплитудного значения. Из результатов, приведенных на этом рисунке, видно, что на начальных стадиях разлета (до ~1 мкс) скорость разлета продуктов взрыва возрастает со временем, а затем начинает уменьшаться, причем скорость разлета продуктов взрыва в вакууме выше, чем в воздухе.

Особенно интересен разлет продуктов на начальных стадиях процесса (рис. 3 б, 4 б): до t ~1 мкс зависимость l(t) хорошо аппроксимируется выражением a(t - t0)l = (1) при a = 3,6109 м/с2, t0 = 70 нс - в воздухе и a = 9109 м/с2 t0 = 70 нс - в вакууме Выражение (1) описывает равноускоренное движение фронта разлетающихся продуктов взрыва, начинающееся в момент времени t0.

Обращает на себя внимание близость значений величин t0 (70 нс) и положения максимума опорного импульса (рис. 1a), соответствующего началу разрушения образца, т.е. окончанию предвзрывной стадии.

При l = 0, т.е. замыкании тестового промежутка образцом, форма и положение тестового сигнала совпадают с опорным.

1,а О Т hv l 0,К 0,0,0 500 1000 б l=1,14 мм 0,0,0 500 1000 в l=2,07 мм t, нс 0,0 500 1000 Рис 2. Кинетика токовых сигналов при взрыве нитевидного кристалла азида серебра в вакууме.

Инициирование лазерным импульсом 1064 нм, 30 пс, 50 мДж/см2.

а – опорный сигнал; б, в – тестовые сигналы при различных базах разлета.

На врезке: принципиальная схема эксперимента К – кристалл, О – опорный канал, Т тестовый канал, h – излучение лазера, l – база разлета.

Т. о., полученные результаты свидетельствуют о том, что разлет продуктов взрыва начинается после окончания предвзрывной стадии (t0 ~ 70 нс) и на начальной стадии (до t ~ 1 мкс) их движение близко к равноускоренному.

Увеличение базы разлета приводит к изменению характера связи между l и t (рис. 3a). Крутизна кривой l(t) начинает уменьшаться, что соответствует падению ускорения, а затем и скорости разлета с увеличением расстояния.

U, отн. ед.

U, отн. ед.

U, отн. ед.

а l, мм 2 t, нс 0 2000 4000 б l, мм t, нс 0 500 1000, км/с в t, нс 0 2000 4000 Рис 3. Кинетика разлета продуктов взрыва азида серебра в воздухе а, б - cвязь между базой (l) и временем (t) появления тестового сигнала при взрыве нитевидных кристаллов азида серебра, инициированных лазерным импульсом (1064 нм, 30 пс, 50 мДж/см2) в разных временных масштабах.

а – общая зависимость l(t); б – начальный участок этой зависимости.

Каждая точка – результат усреднения по 5 взрывам, || – среднеквадратичная погрешность в - зависимость скорости разлета продуктов взрыва, полученные дифференцированием кривой а Основной экспериментальный результат главы может быть сформулирован следующим образом: на начальных стадиях разлета продуктов взрыва азида серебра наблюдается их ускоренное движение, сменяющееся движением с уменьшающейся скоростью (рис. 3в, 4в).

В условиях нашего эксперимента ускоренное движение наблюдается до времен порядка 1 мкс.

а l, мм t, нс 0 2000 4000 б l, мм t, нс 0 500 1000, км/с в t, нс 0 2000 4000 Рис 4. Кинетика разлета продуктов взрыва азида серебра в вакууме.

а, б - cвязь между базой (l) и временем (t) появления тестового сигнала при взрыве нитевидных кристаллов азида серебра, инициированных лазерным импульсом (1064 нм, 30 пс, 50 мДж/см2) в разных временных масштабах.

а – общая зависимость l(t); б – начальный участок этой зависимости.

Каждая точка – результат усреднения по 5 взрывам, || – среднеквадратичная погрешность в - зависимость скорости разлета продуктов взрыва, полученные дифференцированием кривой а Следует отметить, что значение средней скорости в воздухе за время ~ 6 мкс, оцененное по данным рис. 3а, составляет ~2 км/с и практически совпадает с литературными данными, полученными при использовании близких расстояний разлета. Более высокое значение ускорения и скорости разлета, а также более медленное падение скорости со временем при опытах в вакууме связано с меньшим сопротивлением воздуха в этом случае.

Наибольший интерес естественно представляет наличие начального участка, на котором движение продуктов взрыва происходит ускоренно (рис. 3б, 4б).

Наличие ускорения однозначно свидетельствует о энерговыделении на этой стадии разлета продуктов взрыва. Этот результат хорошо согласуется с обнаруженным ранее значительным нагревом продуктов взрыва на стадии их разлета. Поэтому ускоренный характер движения на начальных стадиях разлета можно рассматривать в качестве еще одного серьезного довода в пользу того, что основная экзотермическая реакция 2N3 3N2 протекает в АТМ, в основном, не в исходном образце, а уже на стадии разлета продуктов взрыва.

Длительность процесса нагрева продуктов взрыва в сходных условиях эксперимента оказывается порядка микросекунды, что коррелирует с положением перегиба на кривых рис. 3в, 4в, соответствующего окончанию ускоренного движения. Это совпадение подтверждает рассмотренную выше интерпретацию и свидетельствует о том, что длительность участка ускоренного движения продуктов взрыва может быть использована для оценки времени протекания экзотермической реакции в продуктах взрыва.

Неожиданным, на первый взгляд, является чрезвычайно простой характер ускоренного движения продуктов взрыва: равноускоренное движение.

Следует, однако, иметь в виду, что расчет разлета плазмы, нагреваемой излучением лазера, дает близкую к наблюдаемой нами картину разлета при условии постоянства мощности лазерного излучения.

Хотелось бы также обратить внимание на возможность использования предложенного в данной работе метода определения времени начала разлета продуктов взрыва (t0) для экспериментального разделения предвзрывной проводимости и проводимости продуктов взрыва, или более широко – для разделения предвзрывных процессов и процессов, происходящих в продуктах взрыва в других системах.

В четвертой главе излагаются результаты изучения природы токового сигнала в разрядном промежутке в вакууме, совпадающего по времени с импульсом предвзрывной проводимости, позволяющие сделать вывод о связи этого сигнала с предвзрывной электронной эмиссией.

В экспериментах использовались два варианта тестовых электродов:

разрядный промежуток (РП), замыкаемый разлетающимися продуктами взрыва (или эмитируемыми образцом частицами) (рис. 5, врезка), и коллекторный электрод (КЭ) (рис. 6, врезка). Токовые сигналы регистрировались при помощи двухканального осциллографа Tektronix TDS3032B.

На рис. 5 представлены результаты синхронного измерения импульсов тока через образец и тестовый разрядный промежуток при атмосферном давлении. В канале образца (опорном) наблюдается импульс взрывной проводимости, начальный участок которого (до ~ 150 нс на рис. 5а) представляет собой предвзрывную проводимость, т.е. проводимость образца перед его механическим разрушением. В тестовом канале наблюдается только импульс, обусловленный замыканием разрядного а 1.00 U, Отн. ед. промежутка долетающими до него продуктами взрыва, сдвинутый по времени относительно опорного сигнала на величину времени пролета (рис. 5 б, в).

0.При увеличении расстояния между поверхностью образца и тестовым разрядным промежутком величина этого 0.сдвига увеличивается.

0 500 б Откачка экспериментальной камеры до ~ 1 Па не меняет картины, 0.наблюдаемой в опорном канале, ситуация же в тестовом канале кардинально меняется (рис. 5в). Появляется дополнительный импульс, время появления 0.00 которого практически совпадает с появлением импульса предвзрывной про0 500 в 0.водимости. В контрольных опытах, по облучению лазерным импульсом измерительной ячейки без образца в тех же 0.условиях измеримых сигналов в тестовом канале не наблюдалось. При возбуждении образца лазерным импульt, нс 0.сом меньшей интенсивности, не приводящим к взрыву (довзрывной режим) и в опорном и тестовом каналах сигналы Рис. 5. Осциллограммы токовых имтакже не наблюдались. Этот результат пульсов при взрывном разложении азида свидетельствует о том, что появление серебра.

а) через образец; дополнительного пика на рис. 5в связаб) в разрядном промежутке на расстояно с реакцией взрывного разложения в нии ~ 3,5 мм в воздухе;

образце. Помещение между образцом и в) в разрядном промежутке на расстоятестовым разрядным промежутком нии ~ 3,5 мм в вакууме.

кварцевой пластинки приводит к исРасположение кристалла относительно чезновению сигнала в тестовом канале, электродов представлено на врезках.

что позволяет исключить связь обнаруженных пиков с эмиссией фотонов образцом.

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что дополнительный пик на рис. 5в вызван замыканием тестового разрядного промежутка потоком сильно поглощающихся в воздухе частиц, эмитируемых образцом на предвзрывной стадии. Поэтому в дальнейшем для обозначения этого пика мы будем использовать термин «эмиссионный».

Для определения знака заряда и оценки энергии эмитируемых частиц в качестве тестовых электродов использовался коллекторный электрод, на который подавалось напряжение различной полярности (врезка на рис.6).

Подача достаточно высокого отрицательного напряжения на коллек торный электрод приводила к U, отн. ед.

исчезновению сигнала в области эмиссионного пика (кривая 3 на рис.6). При положительном же напряжении на коллекторном электроде, сигнал в этой области t, нс наблюдается (кривая 2 на рис.6).

Этот результат позволяет 0 200 400 600 800 сделать следующий вывод:

эмиссионный пик обусловлен КЭ отрицательно заряженными часК тицами.

К сожалению, из-за -большого разброса величины Рис. 6. Кинетика токовых сигналов с коллексигналов от образца к образцу, торного электрода при различных полярностях характерного для взрывных эксприложенного напряжения.

1- предвзрывная проводимость периментов, нам не удалось 2 - +5В корректно измерить вольтам3 - -5В перную характеристику. ОднаРасположение кристалла относительно электроко, путем набора достаточно дов представлено на врезке.

большой статистики удалось установить, что величина минимального отрицательного напряжения на коллекторном электроде, приводящего к исчезновению эмиссионного пика, составляет 0,7±0,2 эВ (запирающее напряжение). Следовательно, максимальная кинетическая энергия частиц, эмитируемых в первом пике составляет ~0,эВ.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о знаке и максимальной энергии эмитируемых частиц: частицы заряжены отрицательно и их максимальная энергия 0,7 эВ.

Грубая оценка скорости эмитируемых частиц может быть сделана на основании данных (рис. 5в). Эмиссионный пик появляется значительно раньше, чем пик обусловленный продуктами взрыва, следовательно, скорость эмитируемых частиц значительно выше скорости разлета продуктов взрыва, составляющей ~ 103 м/с.

Для более точной оценки скорости были проведены синхронные измерения эмиссионных пиков в двух тестовых разрядных промежутках, расположенных на разных расстояниях от образца (рис. 7). Оказалось, что при максимально возможной в наших условиях разнице расстояний ~ 4 мм, разница во временах появления сигналов по обоим каналам не превышала 10 нс.

Следовательно, оценка нижней границы скорости разлета: 3,6105 м/с.

Полученные оценки (Е 0,7 эВ, 3,6105 м/с) позволяют обсудить вопрос о природе эмитируемых частиц. В принципе, речь может идти об эмиссии электронов, или отрицательных ионов. Полученные оценки (Е 0,7 эВ, 3,6105 м/с) позволяют сделать выбор между этими возможностями.

Для электронов кинетическая 1 U энергия Е = 0,7 эВ соответствует c1 cскорости = 3,6105 м/с, для отрицаcтельных же ионов с массой ~ 20 а.е.м., соответственно – cc2Ч x 2,5103 м/с.

t, нс Эта оценка скорости для электронов хорошо согласуется с 0 50 100 150 приведенным выше значением скорости эмитируемых частиц Рис. 7. Осциллограммы токовых импульсов, возникающих при разлете продуктов взрыва 105 м/с. Для отрицательных же азида серебра в вакууме в разрядных промеионов имеет место явное несоответжутках, расположенных на расстояниях ствие оценки и экспериментального 0,5 мм (c1) и 4,5 мм (c2).

значения скорости (2,5103 м/с и Расположение кристалла относительно элек3,6105 м/с).

тродов представлено на врезке.

Т.о. полученные результаты позволяют сделать вывод о связи эмиссионного пика на рис. 5в с внешней электронной эмиссией, т.е. свидетельствует о наличии нового, ранее не наблюдаемого явления – предвзрывной электронной эмиссии, возникающей на начальных (твердотельных) стадиях реакции взрывного разложения, перед началом механического разрушения образца.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ.

1. Разработаны конструкции измерительных ячеек, позволяющие изучать кинетику разлета продуктов взрыва азида серебра при малых базах разлета (<1 мм) и предвзрывную электронную эмиссию.

2. Обнаружено, что на начальных стадии разлета продуктов взрыва азида серебра их движение близко к равноускоренному и описывается выраa(t - t0)l = жением, где l - величина базы разлета, а – ускорение продуктов взрыва на начальной стадии t0 – начало разлета продуктов взрыва.

3. Для нитевидных кристаллов азида серебра a = (3,6±0,2)*109 м/с2 в воздухе и a = (9±0,3)*109 м/с2 – в вакууме, t0 = 70 нс и в воздухе и в вакууме.

4. Показано, что значение t0 хорошо коррелирует с положением максимума предвзрывной проводимости и может быть использовано для оценки длительности предвзрывной стадии.

5. Обнаружена предвзрывная электронная эмиссия нитевидных кристаллов азида серебра, т.е. электронная эмиссия, сопровождающая начальные (твердотельные) стадии реакции взрывного разложения.

6. Оценены максимальная энергия (Е 0,7 эВ) и минимальная скорость ( 105 м/с) эмитируемых электронов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Алукер, Э.Д. Влияние плотности энергии инициирующего импульса на кинетику предвзрывных процессов в азиде серебра / Э.Д. Алукер, А.Г.

Кречетов, А.Ю. Митрофанов, А.С. Пашпекин // Письма в ЖТФ, 2004, т.

30, вып. 18, С. 42-45.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»