МАРКИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ВО ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО, СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ, СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА
MARKING ADDITIVE TO EXPLOSIVE, METHOD OF ITS PREPARATION, METHOD FOR DETERMINATION OF EXPLOSIVE ORIGIN

Изобретение относится к взрывчатым веществам и может быть использовано для маркировки взрывчатых веществ (ВВ) с целью определения происхождения взрывчатого вещества, в том числе производителя ВВ, по заложенному коду в случае несанкционированного распространения взрывчатых веществ или террористического акта, когда взрыв уже произошел и в распоряжении имеются только продукты взрыва.
Известна маркировка предметов (патент США, №3772099, 1973 г.), маркирующей добавкой, содержащей маркирующее вещество в виде малых материальных точек (частиц), которые выполнены из люминесцентного материала и добавлены в основное взрывчатое вещество. Эта маркировка позволяет проводить идентификацию ВВ как до взрыва, так и в продуктах детонации. Это позволяет обнаружить материальные точки при облучении их светом с короткой длиной волны, ультрафиолетовым излучением. Под действием светового излучения от ультрафиолетовой лампы материальные точки испускают световое излучение в другой спектральной области с длиной волны, большей, чем длина волны света, которым облучаются материальные точки. Цветовая гамма (спектр) испускаемого светового излучения всеми материальными точками определяется типом веществ, из которых изготовлены индивидуальные материальные точки. Для обнаружения материальных точек, например, в продуктах взрыва они предварительно скрепляются неорганическим цементом или соединительной деталью и образуют зерна люминофора (конгломерат), которые добавляются в основное взрывчатое вещество. Поскольку вещества материальных точек могут вступать в химическую реакцию с взрывчатым веществом и изменять его свойства, маркирующее вещество материальных точек покрывают (капсулируют) органической пластмассой типа полиэтилена (патент США №3961106,1976 г.).
Недостатком данного изобретения является то, что пластмассовое покрытие материальных точек может приводить к электризации взрывчатого вещества и возможности самопроизвольного взрыва.
Известно решение по маркировке (патент США №3993838, 1976 г.), для предотвращения электростатического заряда от трения между собой капсулированных материальных точек предложено антистатическое покрытие типа аморфного углерода.
Недостатком данного изобретения является то, что вещество, связующее материальные точки в зерна конгломерата, ослабляет интенсивность люминесценции и снижает чувствительность метода.
Известно изобретение (патент США №3897284, 1975 г.) в качестве связующей детали для материальных точек предложены пластины из магнетита (ферритов), к которым притягиваются материальные точки под действием магнитного поля.
Недостатком данного изобретения является то, что после взрывания могут измениться магнитные свойства материала, что приведет к невозможности идентификации ВВ.
Известно изобретение (патент США №4131064, 1978 г.), в котором предлагается использовать материальные точки из магнитного материала.
Недостатком данного изобретения является то, что после взрывания могут измениться магнитные свойства материала, что приведет к невозможности идентификации ВВ.
Известна маркирующая добавка (патент США №5059261, 1991 г.) содержащая маркирующее вещество внутри микрокапсулы, которая разрывается при определенных условиях возникающих сдвиговых напряжений, например при взрыве ВВ. Маркирующее вещество из разгерметизированных микрокапсул выдавливается под давлением в химический материал, смешивается с ним, создавая изменения вязкости в области смешения, способствующие лучшему перемешиванию веществ.
Недостатком данного технического решения является то, оно решает задачи направленного смешения, при его использовании в качестве идентификатора ВВ будет характерно рассеяние идентифицирующего вещества, поскольку действие ударной волны при взрыве будет более значительным, чем эффекты молекулярного сцепления за счет сил вязкости, с учетом высокой температуры в эпицентре взрыва. Это обстоятельство существенно снижает чувствительность метода.
Известна маркирующая добавка для маркировки химического продукта (товара), включая взрывчатые материалы (патент США №5677187 А, 14.10.1997 г.), химическим составом, являющимся инородным химическому продукту. Химический состав в прототипе содержит различные редкие элементы Периодической системы, которые рассеяны на атомном уровне в химическом составе в обнаруживаемом количестве и на естественном уровне изотопного распространения.
Недостатком данного решения является высокая стоимость маркирующей добавки, а также известное изобретение не может быть применено для достоверного определения происхождения взрывчатого вещества по продуктам взрыва из-за рассеивания химического состава в случае взрыва до необнаруживаемого и/или пригодного до идентификации количества.
Известен метод обнаружения микроколичеств примесных веществ в основном веществе и установка для определения спектральных характеристик химических элементов (патент США №6069695 А, 30.05.2000) посредством лазерного возбуждения примесных и основных веществ в виде плазменного образования, которое выбрасывается из вещества в виде конуса в направлении, противоположном лазерному лучу, и возбуждении, поперечном относительно лазерного луча, искровым разрядом вещества, выброшенного из точки воздействия лазерного луча. Излучение от полученного совместного плазменного образования анализируется спектроанализатором и определяется состав примесных веществ, который используется для идентификации примесных веществ.
Недостатком является то, что излучение плазмы, индуцированной лазерным излучением для анализа микропримесей, содержит большой уровень фоновых помех, вызванных высокой температурой из-за непрерывного тормозного излучения электронной компоненты разряда в области воздействия лазерного излучения на вещество, содержащее микропримеси. Снижение фоновых помех за счет уменьшения мощности лазера приводит к потере чувствительности спектроанализатора. Искровой разряд в поперечном направлении компенсирует в определенной мере потери чувствительности от помех, однако не в полной мере, поскольку большая часть выброшенного под действием лазерного излучения вещества не попадает в область искрового разряда из-за поперечной его ориентации относительно конуса и направления действия лазерного луча. Это обстоятельство существенно ограничивает по чувствительности возможности спектрального анализа примесных веществ при идентификации взрывчатых веществ и продуктов взрыва.
Известен способ маркировки взрывчатого вещества (патент РФ №2595245, опубл. 20.08.2016, бюл. №23), который заключается во введении во взрывчатое вещество маркирующей композиции, содержащей идентификаторы, количество которых равно количеству технических показателей, подлежащих маркировке. В качестве идентификаторов используют смесь полиорганосилоксанов с различными длинами молекулярных цепочек, в которой каждому одному техническому показателю соответствует идентификатор в виде полиорганосилоксана с соответствующей длиной молекулярной цепочки и соответствующим «временем выхода» («удерживания») на хроматограмме. Таким образом, в составе взрывчатого вещества формируется «химический штрихкод», считывание которого осуществляют на хроматограмме по принципу наличия или отсутствия компонента при определенном значении времени его «выхода» («удерживания»).
Недостатком данного изобретения является высокая стоимость маркирующего вещества и высокая трудоемкость его подготовки и последующего распознавания.
Известен способ маркировки взрывчатых веществ (патент РФ №2426171, опубл. 10.08.2011). Способ маркировки взрывчатых веществ реализуется с помощью считывателя и микрочипа, который используется в качестве маркирующей добавки. Считыватель содержит задающий генератор, усилители мощности, циркулятор, рупорную приемо-передающую антенну, фазовый детектор, блок регистрации, амплитудный ограничитель, световой и звуковой маячки. Микрочип содержит пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей. Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов, шины, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины связаны с микрополосковой антенной.
Недостатком данного изобретения является высокая стоимость маркирующего вещества и высокая трудоемкость его подготовки и последующего распознавания.
Известен способ маркировки взрывчатого вещества (патент РФ №2328481, 10.07.2008, бюл. №19). Предложен способ маркировки взрывчатого вещества путем введения во взрывчатое вещество маркирующей композиции в количестве не менее 200 граммов на одну тонну взрывчатого вещества. Маркирующая композиция содержит идентификаторы, количество которых равно количеству технических показателей, из синтетических органических или неорганических соединений класса красителей и/или низкомолекулярных полимеров из международного CAS-регистра химических веществ с молекулярной массой менее 1000 г/моль. Причем предлагается использовать идентификторы, обладающие масло-жирорастворимостью, химической стойкостью в средах с любым диапазоном pH, стойкостью к свободным радикалам, химической инертностью к компонентам взрывчатого вещества, отсутствием свойств поверхностно активных веществ 1-го рода, химической инертностью к продуктам взрыва, отсутствием токсических свойств. При одновременном использовании соединений класса красителей и низкомолекулярных полимеров идентификаторы не должны вступать в химические реакции друг с другом.
Недостатком данного изобретения является высокая стоимость маркирующего вещества и высокая трудоемкость его подготовки и последующего распознавания с низкой информативностью.
Известна маркирующая добавка во взрывчатое вещество, способ ее приготовления, способ определения происхождения взрывчатого вещества и устройство для его осуществления, принятые за прототип (патент РФ №2283823, опубл. 20.09.2006). Предложена маркирующая добавка во взрывчатое вещество, содержащая маркирующее вещество, инородное взрывчатому веществу и сохраняющее свои свойства в условиях взрыва, и вещество, образующее с маркирующим веществом сплав, для микрокапсулирования маркирующего вещества в условиях взрыва. В качестве маркирующего вещества добавка содержит, по крайней мере, один редкий элемент Периодической системы (например, лантаноид), а в качестве вещества для микрокапсулирования - алюминий. Предложены также способ приготовления маркирующей добавки во взрывчатое вещество, способ определения происхождения взрывчатого вещества, в которое она введена, и установка для определения спектральных характеристик химических элементов маркирующего вещества во взрывчатом веществе.
Недостатком данного изобретения является высокая стоимость маркирующей добавки и высокая трудоемкость ее подготовки, а также последующего распознавания с ограниченной информативностью.
Техническим результатом изобретения является снижение стоимости маркирующей добавки, снижение трудоемкости ее подготовки, а также последующего распознавания для организации системы первоначального кодирования производителя взрывчатого вещества до и после его применения по первичному кодированию в микропримесях после взрыва с повышением информативности.
Технический результат достигается тем, что в маркирующей добавке во взрывчатое вещество, содержащей маркирующее вещество, инородное взрывчатому веществу и сохраняющее свои свойства в условиях взрыва, согласно изобретению в качестве маркирующего вещества она содержит материал, обладающий электретными свойствами - природную слюду, имеющий остаточную поляризацию, полученную путем объемно-зарядовой поляризации электронного или ионного типов.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют мусковит.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют парагонит.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют флогопит.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют биотит.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют лепидомелан.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют лепидолит.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют циннвальдит.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойства, используют тайниолит.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют роскоэлит.
Технический результат достигается также тем, что в качестве материала, обладающего электретными свойствами, используют фуксит.
Технический результат достигается также тем, что материал, обладающий электретными свойствами, измельчают до частиц требуемой формы.
Технический результат достигается также тем, что материал, обладающий электретными свойствами, измельчают до частиц требуемого размера.
Технический результат в части способа приготовления достигается тем, что в способе приготовления маркирующей добавки во взрывчатое вещество, включающем операции приготовления маркирующей добавки, достигается тем, что из материала, обладающего электретными свойствами, изготавливают пластину произвольной формы, помещают пластину в электрическое поле для электростатической записи информационного кода с помощью объемно-зарядовой поляризации электронного или ионного типов, затем пластину с информационным кодом измельчают до получения частиц требуемой формы и размера, после чего смешивают маркирующую добавку со взрывчатым веществом.
Технический результат в части способа определения происхождения взрывчатого вещества достигается тем, что в способе определения происхождения взрывчатого вещества, включающем отбор пробы, определение наличия в пробе частиц маркирующей добавки, определение характеристик маркирующего вещества, составляют код маркирующего вещества, идентифицируют по коду маркирующей добавки взрывчатое вещество и производителя взрывчатого вещества, в которое ввели добавку, для его последующего обнаружения, достигается тем, что пробу отбирают в поляризованном свете, устанавливают материал маркирующей добавки по оттенку свечения в поляризованном свете, размещают отобранные пробы в виде шлихов в считывающем устройстве для считывания информационного кода маркирующей добавки, составляют код маркирующего вещества и сверяют его с имеющейся базой.
Технический результат в части способа определения происхождения взрывчатого вещества достигается тем, что код маркирующего вещества составляют в виде штрихкода, в котором ширина штриха прямо пропорциональна типу материала или форме частицы маркирующей добавки, а расстояние между штрихами пропорционально размеру частиц маркирующей добавки.
Изобретение направлено на создание маркирующей добавки, пригодной для организации системы кодирования взрывчатого вещества при его производстве с целью последующего определения производителя взрывчатого вещества по двоичному или троичному коду, например, при изъятии взрывчатого вещества или в микропримесях пыли или породы после его взрыва.
Сложность задачи состоит в том, что при добавлении вещества маркировки необходимо выполнить ряд требований промышленных производителей взрывчатки. Среди них наиболее важными являются следующие: вещество кодировки не должно изменять энергетических свойств взрывчатки, она должна сохранять способность к длительному хранению, чувствительность к трению и к удару, а также не должна приводить к существенному повышению стоимости взрывчатого вещества. Кроме того, при идентификации ВВ необходимо учитывать снижение детектирующей способности вещества маркировки за счет снижения его концентрации при разлете продуктов в момент взрыва, а также влияние фоновых концентраций на местности. Следует учитывать и тот фактор, что вещества кодировки, вводимые в ВВ, не должны являться источником загрязнения окружающей среды.
Поставленная задача решается тем, что маркирующая добавка во взрывчатое вещество, содержащая маркирующее вещество, инородное взрывчатому веществу и сохраняющее свои свойства в условиях взрыва, в качестве маркирующего вещества содержит материал, обладающий электретными свойствами.
Электреты (материалы с электретными свойствами) - диэлектрики, сохраняющие поляризованное состояние длительное время после снятия внешнего воздействия, вызвавшего поляризацию. Если вещество, молекулы которого обладают постоянными дипольными моментами, расплавить и поместить в сильное постоянное электрическое поле, то молекулы частично ориентируются по полю. При охлаждении расплава до затвердевания и выключения электрического поля в затвердевшем веществе поворот молекул затруднен, и они длительное время сохраняют ориентацию. Электрет, изготовленный таким способом, может оставаться в поляризованном состоянии в течение довольно длительного времени (от нескольких суток до многих лет). Первый такой электрет был изготовлен из воска японским физиком Егути в 1922.
Остаточная поляризация диэлектрика может быть обусловлена также ориентацией «квазидиполей» в кристаллах (2 вакансии, миграцией противоположного знака, примесный атом и вакансия и т.п.), миграцией носителей заряда к электродам, а также инжекцией носителей заряда из электродов или межэлектродных промежутков в диэлектрик во время поляризации. Носители могут быть введены искусственно, например, облучением диэлектрика электронным пучком. Поляризация электрета со временем уменьшается, что связано с релаксационными процессами, а также с перемещением носителей заряда во внутреннем поле электрета.
-8
2
Практически все известные органические и неорганические диэлектрики могут быть переведены в электретное состояние. Стабильные материалы с электретными свойствами могут быть получены из восков и смол (карнаубский воск, пчелиный воск, парафин и т.д.), из полимеров (полиметилметакрилат, поливинилхлорид, поликарбонат, политетрафторэтилен и др.), неорганических поликристаллических диэлектриков (титанаты щелочноземельных металлов, стеатит, фарфор и другие керамические диэлектрики), монокристаллических неорганических диэлектриков (например, галогениды щелочных металлов, корунд), стекол и ситаллов, слюд и др. Стабильные электреты можно получить, нагревая диэлектрики до температуры, меньшей или равной температуре плавления, а затем охлаждая их в сильном электрическом поле (термоэлектреты), освещая в сильном электрическом поле (фотоэлектреты), радиоактивным облучением (радиоэлектреты), просто помещая в сильное электрическое поле (электроэлектреты), в магнитное поле (магнетоэлектреты), при застывании органических растворов в электрическом поле (криоэлектреты), с помощью механической деформации полимеров (механоэлектреты), путем трения (трибоэлектреты), помещая диэлектрик в поле коронного разряда (коронноэлектреты). Все материалы с электретными свойствами имеют стабильный поверхностный заряд 10 к/см. (Губкин А.Н. Электреты. М., 1961; Фридкин В.М., Желудев И.С. Фотоэлектреты и электрофотографический процесс. М., 1960; Браун В., Диэлектрики. Пер. с англ., М., 1961; Физический энциклопедический словарь. Т. 5, М., 1966, с. 442; Лущейкин Г.А. Полимерные электреты. М., 1976.)
В качестве материала, обладающего электретными свойствами, можно использовать природную слюду, например мусковит, парагонит, флогопит, биотит, лепидомелан, лепидолит, циннвальдит, тайниолит, роскоэлит, фуксит. Это природные слюды, имеющие электретные свойства, имеющие достаточно низкую стоимость и позволяющие решить задачу маркировки взрывчатых веществ. По химическому составу выделяют следующие группы слюды:
1. Алюминиевые слюды:
2
3
10
2
- мусковит KAl[AlSiO](OH),
2
3
10
2
- парагонит NaAl[AlSiO](OH),
2. магнезиально-железистые слюды:
3
3
10
2
- флогопит KMg[AlSiO](OH, F),
3
3
10
2
- биотит K (Mg, Fe)[AlSiO](OH, F),
3
3
10
2
- лепидомелан KFe[AlSiO](ОН, F);
3. литиевые слюды:
2-x
1+x
2x
4-2x
10
2
- лепидолит KLiAl[AlSiO](OH, F),
3
10
2
- циннвальдит KLiFeAl[AlSiO](ОН, F),
2
4
10
2
- тайниолит KLiMg[SiO](OH, F)
2
3
10
2
+
+
2+
2+
+
+
2+
2+
+
2+
2+
3+
3+
3+
4+
3+
Встречаются также ванадиевая слюда - роскоэлит KVAlSiO](OH), хромовая слюда - хромовый мусковит, или фуксит, и др. В слюде широко проявляются изоморфные замещения: К замещается Na, Са, Ва, Rb, Cs и др.; Mg и Fe октаэдрического слоя - Li, Sc, In и др.; Al замещается V, Cr, Ti, Ga и др.
Материал, обладающий электретными свойствами, можно измельчить до частиц определенной формы для возможности формирования двоичного кода.
Материал, обладающий электретными свойствами можно измельчить до частиц определенного размера для возможности формирования двоичного кода.
Диапазон отношений размеров частиц добавки к исходным размерам частиц взрывчатки определяется требованиями сохранения энергетических свойств взрывчатки, условиями минимизации потерь маркирующего вещества при взрыве и получения устойчивых следов веществ при идентификации продуктов взрыва и взрывчатки.
Способ приготовления маркирующей добавки осуществляют следующим образом. Изготавливают пластину произвольной формы из материала, обладающего электретными свойствами (например, слюды). Также можно использовать основу с закрепленным тонким слоем материала с электретными свойствами. Затем помещают кратковременно пластину в электрическое поле для электростатической записи информационного кода в виде объемного заряда эффективной величины на материал с электретными свойствами. Информационный код получают, например, за счет создания объемно-зарядовой поляризации электронного или ионного типов. Данные типы поляризации создаются в течение кратковременного воздействия электрического поля и сохраняются практически неограниченное количество времени. Информационный код получают путем нанесения заряда электретов, например, сочетаниями положительного, отрицательного и нейтрального заряда, что позволяет получить троичный код с полной идентификацией производителя взрывчатого вещества, включая место, состав продукта, номер смены и т.д. Данный троичный код может быть считан с любой обнаруженной частицы маркирующей добавки. Для считывания информации (измерения заряда электретов) можно использовать известные устройства, работающие на методах электростатической индукции, вибрационным или компенсационном. Таким образом, резко повышается информативность определения происхождения взрывчатого вещества. Информационный код можно наносить как с помощью иглы (как на пластины граммофона, например) или с помощью лазерного луча (как, например, на компакт диски). Затем измельчают полученную пластину с информационным кодом до получения частиц требуемой формы и размера, например, в лабораторной дробилке, после чего смешивают маркирующую добавку со взрывчатым веществом в заводских или полевых условиях (например, для маркировки эмульсионных взрывчатых веществ).
Способ определения происхождения взрывчатого вещества осуществляют согласно следующему.
Производят отбор пробы маркирующей добавки. Это можно делать как непосредственно из взрывчатого вещества до взрыва, так и после произведения взрыва с образцов породы или пыли. Определяют в полевых условиях некоторые характеристики маркирующего вещества. Это делают в поляризованном свете, например, с использованием поляризационных очков или поляризационного микроскопа. Пробу отбирают в поляризованном свете для идентификации по свечению наличия в данной пробе частиц маркирующей добавки из слюды, идентифицируют материал маркирующей добавки по оттенку свечения в поляризованном свете (например, каждый тип природной слюды, в зависимости от химического состава имеет свой оттенок). Если каждый производитель использует свой тип слюды, то сразу же возможна идентификация производителя. Далее размещают отобранные пробы в виде шлихов в считывающем устройстве для считывания информационного кода. Составляют код маркирующего вещества и сверяют его с имеющейся базой либо расшифровывают закодированную информацию в виде двоичного или вторичного кода. Код маркирующего вещества составляют в виде штрихкода, в котором ширина штриха прямо пропорциональна типу материала или форме частицы маркирующей добавки, а расстояние между штрихами пропорционально размеру частиц маркирующей добавки (в относительных единицах, удобных для использования).
Маркирующую добавку, содержащую маркирующее вещество, вводят во взрывчатое вещество в обнаруживаемом количестве.
Полученным кодом маркирующего вещества идентифицируют маркирующую добавку, взрывчатое вещество и производителя взрывчатого вещества, в которое ввели добавку, для его последующего обнаружения.
Полученные результаты исследования продуктов взрыва в виде кода сопоставляют с кодами взрывчатых веществ и кодами производителей взрывчатых веществ. Тождество кодов макропробы и кода взрывчатого вещества и/или кода производителя взрывчатого вещества будет указывать на происхождение взрывчатого вещества.
Применение изобретения позволяет сохранить энергетические свойства взрывчатки и безопасность ее технологического хранения при введении маркирующего вещества, повысить точность и информативность идентификации маркирующей добавки, взрывчатого вещества и производителя взрывчатого вещества, сократить потери маркирующего вещества при взрыве.
Таким образом, создана маркирующая добавка во взрывчатое вещество, способ приготовления, способ определения происхождения взрывчатого вещества и устройство, которые позволяют достоверно определять происхождение взрывчатого вещества, в том числе по остаткам продуктов взрыва.
Изобретение позволяет создать код и первоначально кодировать им взрывчатое вещество и производителя взрывчатого вещества (до применения взрывчатого вещества), а по тождеству кода обнаруженных продуктов взрыва, например, при террористическом акте, и производителя определить происхождение взрывчатого вещества.
Применение маркирующей добавки во взрывчатое вещество, способа ее приготовления, способа определения происхождения взрывчатого вещества обеспечивает следующие преимущества:
- снижение стоимости маркирующей добавки за счет использования природных материалов;
- повышение механической прочности материала засыпки;
- снижение трудоемкости подготовки маркирующей добавки;
- повышение эффективности и информативности последующего распознавания для организации системы первоначального кодирования производителя взрывчатого вещества до и после его применения по первичному кодированию в микропримесях после взрыва.