レーザー駆動パルスデトネーションエンジン用固相爆薬混合物の製作と応用

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16360423
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 永山 邦仁 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (20040446)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 厚史 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (10243924) ; 西山 貴史 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (80363381) ; 久保田 士郎 産業総合技術研究所, 爆発安全研究センター, 研究員 (00294893)
• Keywords: デトネーション / 固相爆薬 / 限界薬径 / レーザー起爆 / DDT / 爆轟中断 / 薄膜 / バーコーター法

Research Abstract

昨年に引き続き膜作製方法、条件を変えた一連の実験を行った。具体的には起爆薬物質DDNP(ジアゾジニトロフェノール)を主成分とし、バインダーとしてCTA(セルローストリアセテート)を加える。溶剤としてジクロロメタンを用いた。バーコーター法もしくは、テフロンテープで隔壁を作製して流し込む方法を用いることにより50μmから500μmにおよぶ膜厚の混合物膜を作製した。製作した膜はパルスレーザー照射による反応試験を行った。バインダー物質の質量分率が小さくなると製膜性がわるくなりDDNPの最大質量分率は90%程度であった。製作した膜を観察すると、DDNPの粒子が下方に沈みCTAが上に集まる構造となっていた。また、バーコーターを用いず厚い膜を製作する場合には繰り返し溶液を足して作るため、上に述べた構造が繰り返される周期構造となっていると推測できた。
本研究で試験した条件の範囲では爆轟性を失い爆燃となった。アクリル材で密閉した条件では大気中で行った実験と比較すると、反応速度が速く破壊力、音響ともに激しくなる。したがってたとえ爆燃であっても境界条件による反応過程の影響は多大である。
本研究で行った大気中の実験からきわめてユニークな燃焼過程が観測された。すなわち、パルスレーザー照射によるナノ秒のエネルギー投入により膜のレーザーアブレーションが生じる。大気中であるので、空気中の強い衝撃波、プラズマプルーム、膜上面を上方への流れ場が生じる。(レーザー投入後100ms以内)この過程の後、アブレーションで膜からはがれた微粒子が着火し燃焼が始まる。(レーザー投入後1ms程度)最後に膜面が加熱されて着火する。この着火はレーザー照射点ではなく広範囲の表面が反応を始める。以上の3段階燃焼過程は本研究の発見である。今後も詳細な検討が望まれる。