闪光X射线技术在爆炸过程中的成像应用.pdf

2 0 0 9 年1 2 月闪光x 射线技术在爆炸过程中的成像应用任西等 2 l 闪光X 射线技术在爆炸过程中的成像应用。 任西①陈 军⑦韩克华①钱勇① ①中国兵器工业第2 1 3 研究所 陕西西安，7 1 0 0 6 1 ②西安微电机研究所 陕西西安，7 1 0 0 7 7 [ 摘要]闪光x 射线系统是一种高速辐射摄影系统，它使用1 0 0 5 0 0k V 的高压脉冲激发x 射线管产生时间非 常短 1 0 。‘s 的x 射线脉冲，因此能够穿透火光、烟雾、金属壳体，对爆炸、碰撞、冲击等过程进行拍摄，为高速运动 研究提供有效的测试手段；瑞典S c a n d i f l a s hA B 公司的m o d e l3 0 0k V 闪光x 射线系统由控制台、高压脉冲发生器、x 射线管组成，输出高压1 0 0 - 3 0 0k V ，产生的x 射线可穿透1 0 衄钢板，利用该系统拍摄到爆炸网络、冲击片雷管爆 炸过程，并对爆炸图像做简要分析。 [ 关键词] 闪光x 射线射线拍摄爆炸穿透探测 [ 分类号] T J 4 5 0 1 引言 闪光x 射线系统是一种高速辐射摄影系统，是 一项现代化的测试技术，广泛应用于高速运动现象 的研究。例如弹丸在膛内的运动，聚能、破甲射流的 形成及对目标的侵彻过程，带壳战斗部破片的形成， 炸药及火工品的爆炸过程及结构设计等方面的研 究。特别近几十年来，专业人员应用闪光x 射线设 备对弹道学、爆炸力学等诸领域中的实际问题进行 了广泛的研究⋯。 2 闪光X 射线技术 闪光x 射线摄影是高速摄影的一种，它使用高 压脉冲发生器及闪光x 射线管产生时间非常短 1 0 。s 的x 射线脉冲u 】。闪光x 射线摄影与可见 光高速摄影的主要区别是它使用脉冲宽度非常窄 的射线源，这样可以透过爆炸及高速撞击现象所造 成的火光和烟雾记录下来弹丸、破片的形态和轨迹。 闪光x 射线摄影与一般射线探伤的差别是，一般的 x 射线探伤使用直流x 射线源，只能探伤静止的物 体，而闪光x 射线摄影应用纳秒级脉冲的X 射线 源，所以它可记录高速运动物体的瞬时剖面图 像‘3 1 。 图l 为闪光x 射线实时成像系统图。首先由 一个触发装置 机械触点开关、电平信号、脉冲信 号 给出指令信号，经预定的时间延迟后，触发脉冲 发生器输出高压脉冲，此高压脉冲加到闪光x 射线 管上，即发出闪光X 射线束，当闪光X 射线束照射 到高速运动的物体后，可使x 光底片曝光直接记录 下高速运动物体的运行轨迹和状态。 1 一触发装置；2 一控制台；3 一脉冲发生器； 4 一闪光x 射线管；5 一火工品；6 一x 射线底片或C C D 图1 闪光X 射线系统使用示意图 3 闪光X 射线技术在爆炸领域中的应用 3 ．1m o d e l3 0 0k V 闪光X 射线系统简介 m o d e l3 0 0k V 型闪光x 射线系统是瑞典S c a n d i f l a s hA B 公司的代表产品。主要性能指标见表1 。 表l m o d e l3 0 0k V 闪光x 射线系统主要参数 性能参数 输出电矽k V 1 0 0 3 0 0 输出峰值电流／l 认 1 0 脉冲宽度／u s 2 0 距x 光管lm 处每个脉冲的剂量／m R 9 X 光源焦点尺寸／舢 1 羔鲞堡与X 光底片距离2 5m 时的穿透钢 1 0 板深度／m m m o d e l3 0 0 k V 系统最多可以有4 个x 射线管， 即对于高速碰撞、爆炸过程，能从不同位置或不同角 收稿日期2 0 0 9 ．0 6 - 1 6 作者简介任西 1 9 6 6 ． 男，工程师，主要从事火工品新技术研究。E - m a r l m a 2 1 3 s o b u ．嗍 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 8 卷第6 期 度拍摄到4 张照片；给X 射线管设置不同的延迟触 发时间，则能拍摄不同时刻的照片。利用该系统可 以拍摄爆炸序列、火工品等的爆炸作用过程，或者小 尺寸弹丸运动、碰撞过程。此外，该系统采用计算机 成像系统 c o m p u t e rr a d i o g r a p h y ，C R 拍照时，将成像 板放在观察物背后，拍照后将成像板放入扫描仪扫 描，就可在计算机上看到拍摄的照片【4 j 。 3 ．2 爆炸同步网络爆炸过程拍摄 为得到不同时刻的照片，利用同步机产生2 路 控制脉冲 幅度5 1 5 V ，脉宽1 0 t z s ，分别控制起爆 装置和闪光x 射线系统，使爆炸过程和拍摄过程能 够协调工作。 拍摄对象一人四出爆炸同步网络，网络由4 根 1 2 j 1 ．2 8m m 银质导爆索 壁厚0 ．1 4r a m 构成，长度 1 0 0m m ，导爆索装药为聚奥一9 J O - 9 C 。 拍摄参数2 个x 射线管 A 管、B 管 ，A 管、B 管摆设方向垂直，2 管距拍摄物1 ．5m ；充电电压 3 8 k V ，A 管延时1 “s 触发 相对控制脉冲 、B 管延 时1 3 炉触发 相对控制脉冲 。 从图2 清楚地看到导爆索爆炸过程，起爆后 1 斗s 导爆索还未发生爆轰，1 2 1 z s 后，4 根索发生完全 爆轰，与理论计算值吻合；此外，4 根导爆索爆炸形 态完全相同，说明爆炸同步性很好。 图2 一入四出爆炸同步网络爆炸瞬间 3 ．3 冲击片雷管爆炸过程拍摄 冲击片雷管不含起爆药，采用2 3 k V 电压起 爆，属于冲击起爆，作用时间通常在1 2 弘s ，且雷管 作用时间一致性很好。利用闪光X 射线系统能够 拍摄到雷管药柱的爆轰过程。 拍摄对象冲击片雷管，囝1 0 8 m m ，0 ．5m m 不 锈钢管壳，装药H N S I V ，6 0m g ，0 4 3 m m 。 拍摄参数A 管、B 管摆设方向垂直，2 管距拍 摄物1 ．5m ；充电电压3 5 k V 。 共拍摄3 发雷管。第一发，A 管延时0 灿触 发、B 管延时1 卜s 触发；第二发，A 管延时2 斗s 触 发、B 管延时3p s 触发；第三发，A 管延时4 斗s 触 发、B 管延时5 斗s 触发。 在图3 中，0j x s 时，H N S 药柱完好，1 炉时， H N S 药柱已发生爆轰，2p , s 时爆轰波已使雷管底部 壳体鼓起，3 斗s 时，在爆轰波推动下壳体底部破片 冲出壳体。 图3冲击片雷管爆炸过程 3 ．4 静态拍摄 利用闪光x 射线系统可以进行X 光探伤，得到 金属、非金属件内部x 光照片，与通常x 光拍摄无 区别，是一种无损检测方法。 图4 爆炸逻辑网络内部结构静态图 爆炸逻辑网络结构复杂，使用闪光x 射线对其 内部结构进行无损检测。图4 所示为一入十二出的 一个同步爆炸网络内部结构图，清楚地看到顶盖下 面埋在金属沟槽中的传爆接头和导爆索。 4 拍摄中需要考虑的问题 在利用闪光x 射线系统拍摄时，为得到理想的 X 光图像，还有一些问题需要注意，首先根据被拍摄 物的结构、材质以及拍摄距离，充电电压需要调整在 合适范围，电压越高，距离越近，x 光穿透深度越大， 此时高密度物体成像质量好，低密度物体则相反。 其次，拍摄时间要协调一致，提早、拖后出光，都不能 得到需要的图像。 万方数据 2 0 0 9 年1 2 月闪光x 射线技术在爆炸过程中的成像应用任西等 2 3 5 结论 闪光x 射线技术是爆炸、高速碰撞、高速弹药 发射等研究领域中的一个重要测试手段。通过对导 爆索、雷管等爆炸过程的研究，得到了爆炸图像；初 步探索了闪光x 射线拍摄方法，试验中还有许多拍 摄问题有待研究，希望国内同行进行更多交流，共同 提高拍摄水平。 参考文献 [ 1 ]李靖源．哥伦布航天器对轨道碎片撞击危害的设计考 虑[ J ] ．强度与环境，1 9 9 7 ， 3 4 7 - 5 4 ． [ 2 ] [ 法] 詹姆特 F ．J a n e t ，[ 德] 托默 G ．T h o m e r ．高速 辐射摄影[ M ] ．北京国防工业出版社，1 9 8 0 ． A p p l i c a t i o no fH a s hR a d i o g r a p h yo nE x p l o s i o n R E N X i ①，C H E NJ u n o ，H A NK e h n a ①，Q I A NY o n g ① D T h e2 1 3 t hR e s e a r c hI n s t i t u t eo fC h i n aO r d n a n c eI n d u s t r y S h n a n x iX i ’a n ，7 1 0 0 6 1 ②T h e 【i ’舳M i c r oM o t o rR e s e a r c hI n s t i t u t e S h a a n x iX i ’锄，7 1 0 0 7 7 [ A B S T R A C T ]n ef l a s hX r a ys y s t e mi so n et y p eo fh i g hs p e e dr a d i o g r a p h ys y s t e m ．V e r ys h o aX r a yp u l s e s a b o u t 1 0 - 8s e c o n d s C a l lb ep r o d u c e db yt h es y s t e mt h r o u g hs t i m u l a t i o n so fh i g hv o l t a g ep u l s e sa b o u t1 0 0t o5 0 0k i l o - v o l t a g e ， w h i c hm a k e si tp o s s i b l et or e c o r dh i g h8 p e 副p h e n o m e n al l k eb l a s t ，c o l l i s i o na n di m p a c t ，p e n e t r a t i n gt h es h i e l d sl i k ef i r e - l i g h t ，s m o g ，m e t a ls h e l l se t e ．I tp r o v i d e sav e r yu s e f u lt e s t i n gm e a n sf o rmt oe x p l o r eh i g hs p e o dp h e n o m e n a ．‰m o d e l 3 0 0 K Vf l a s hX - r a ys y s t e mo fS c a n d i t l n s hA Bi n c l u d e sc o n s o l e ，h i g hv d t a g ep u l s ep r o d u c e ra n dX r a yt u b e ．I tC a ne x p o r t h i g hv o l t a g ec o v e t i n gt h er a n g ef r o m1 0 0t o3 0 0k V ．a n dt h eX r a yp r o d u c e db yt h ef l a s hX - r a ys y s t e mC a np e n e t r a t e s t h r o u g ha na r m o rp l a t eo f1 0m i H i m e t e m 。1 1 1 ee x p l o s i o np r o c e s s e so fe x p l o s i v en e t w o r ka n ds l a p p e rd e t o n a t o ra 弛r e c o r d e d t h r o u g ht h i sf l a s hX r a ys y s t e m ．a n dt h ep h o t o g r a p hc a p t u r e di sa n a l y z e d ∞w e l l ． [ K E YW O R D S ] f l a s hX - m y ，r a d i o g r a p h ，e x p l o s i o n ，p e n e t r a t e ，d e t e c t i o n l 乳化炸药 日本专利J P2 0 0 11 3 0 9 9 3 ，2 0 0 1 ，5 ，1 5 ，共6 页 日文 油包水乳化炸药含有氧化剂、油类、0 ．5 ％一 7 ．O ％ 质量计 乳化剂和0 ．5 ％一1 0 ．O ％玻璃微球。 乳化剂可以是伯胺一叔胺的缩合物和多烷基 链 烯基 丁二酸或它的酸酐。在配方中使用的油类的 动态粘度在4 ℃时应为2 3 5 0C S T 厘斯托克斯 和 玻璃微球在7 5 0p s i 磅／平方英寸 时的破裂强度应 为1 0 ％。乳化炸药的粘度要使炸药在当地可用泵 送装填，并具有视温度而定的良好的安定性。 2 乳化炸药 日本专利J P2 0 0 l1 3 9 3 8 7 ，2 0 0 l ，5 ，2 2 ，共6 页 日文 乳化炸药含有氧化剂溶液、油、乳化剂和玻璃微 球，它的粘度被控制在4 0 ～1 5 0 0P a ／s 2 5 ℃ 。玻璃 微球在4 0 0 1 0 0 0p s i 磅／平方英寸 时的破碎强度 为1 0 ％。氧化剂溶液含有2 ％一5 0 ％ 质量计 硝 酸钙和4 ％一5 0 ％水。油的动态粘度为2 3 5 0 C S T 厘斯托克斯 4 0 ℃ 。乳化剂可以是胺和多烷基 链烯基 丁二酸或丁二酸酐的缩合物。乳化炸药 的粘度须控制在可用泵送的机械装填并保持其安定 性和抗冲击能力。 钟一鹏译自美国化学文摘 V 0 1 ．1 3 4 ，N o ．2 6 2 0 0 1 民爆专利信息 专利名称一种处理炸药废水的方法 专利申请号C N 2 0 0 7 1 0 0 6 9 0 9 0 ．X 公开号C N l 0 1 0 7 4 1 2 1 申请日2 0 0 7 ．0 6 ．1 2公开日2 0 0 7 ．1 1 ．2 1 申请人浙江大学 本发明是处理炸药废水的方法。步骤如下 1 将膨润 土投加到K C l 溶液中，搅拌，合成膨润土吸附剂； 2 将膨润 土吸附剂投加到含有硝基化合物的炸药废水中，膨润土吸附 剂与含有硝基化合物的炸药废水的质量体积比为1 1 0 0 1 2 0 0 0 0 ，搅拌，吸附去除废水中硝基化合物，经沉淀后，废 水达标排放； 3 沉淀后的污泥经脱水，用e a c h 溶液洗脱， 回收硝基化合物和膨润土； 4 回收的膨润土经多次循环使 用后，活化，再用于废水处理。本发明的净化方法所采用天 然矿物，原料易得，我国膨润土资源十分丰富，总储量大于 7 0 亿吨。该方法工艺简单、技术要求低i 固- 液分离迅速，处 理效果好、运行成本低；且经简单处理，处理废水后的膨润土 能够重复利用，效果不降。 专利名称工业雷管专用压力机及压缩雷管炸药的方法 专利申请号C N 2 0 0 6 1 0 1 0 7 9 7 8 ．3公开号C N l 0 1 0 7 4 8 5 9 申请日2 0 0 6 ．0 8 ．0 1公开日2 0 0 7 ．1 1 ．2 1 申请人杭州强立机械有限公司 本发明涉及一种工业雷管专用压力机，它包括机架，四 根立柱分别位于机架侧部且四根立柱下端与升降板连接，四 根立柱的上部与液压补偿机头连接，液压补偿机头液压腔通 过油管与气液增压机构液压口连通，主气缸的底座固定在机 架的工作台面背面且主气缸活塞杆的端部与升降板连接。 优点一是设备造价低，体积缩小，基础投资减小；二是充分 利用了雷管压药的特点，降低了设备的能耗，消除了噪音；三 是方便自动化控制，有利于雷管自动化装填线的技术进步。 王元荪 万方数据