在密封环境中用引爆来销毁可疑恐怖武器的方法和装置的制作方法

专利名称：在密封环境中用引爆来销毁可疑恐怖武器的方法和装置的制作方法
我，John L.Donovan，就密封环境中用引爆来销毁可疑恐怖武器的方法和装置方面，有了某种新的、有效的改进措施。下面详细介绍。
本申请是我1998年月11月12日提交的申请号为09/191,045的申请的部分继续申请。那份申请又是1997年3月24日提交的申请No.08/823,223并且于1993年3月23日颁布为美国专利号5,884,569的部分继续申请。而申请No.08/823,223则是1995年12月29日提交的No.08/578,200并且于1997年3月25日颁布为美国专利号5,613,453的部分继续申请。
还有一个目的，是要提供一种小型的便于携带的装置，使有关的军队和警察当局不仅能安全地销毁那些含有爆炸物的可疑装置，而且安全地销毁那些含有爆炸物和有毒化学战和(/或)生物战(CBW)制剂的综合装置。本发明的概述本发明涉及一种改进型的爆炸室，它由一个双层壁的钢制爆炸室所构成，其中有空心壁，顶板和底板。这些腔体中充满了颗粒状的冲击阻尼材料，如石英砂。爆炸室的底板上铺了一层象细砾石那样的颗粒状冲击阻尼物。
在爆炸室外侧放置有钢制集气管，从那里一个线性排列的通气管深入到爆炸室的双层壁中，每一根通气管都在它的入口处有一个硬化防护的钢制小孔。通过小孔，爆炸燃烧产物在被排气前通过通气管先排进钢制集气管中。
在使用时，把一种已知或者可疑的爆炸物或者CBW武器和一种初始炸药或者叫“供体炸药”一道放置在爆炸室中，武器和供体炸药以线束或线网悬挂在差不多是爆炸室的中央。线束或线网是由在爆炸中将会完全崩解的材料制成。为供体炸药安装起爆装置，如用一根细导线或其它适当的方法与外面的起爆能源接连的电雷管。爆炸室里，在炸药周围和近处还要安置一些盛满了水的薄膜塑料袋，它可以起到冲淡和缓减引爆效果的功效。
在引爆后，爆炸产物通过小孔以及通气管排入集气管中，从那里，直接把它们送往诸如除尘器的处理设施，然后释放到大气中。
本发明的操作方法由一系列步骤组成在爆炸室用一个可崩解的线束或线网把一件已知或可疑的爆炸物或CBW装置悬挂在其接近中部的位置；在爆炸物的附近放置一批盛有与炸药重量相近的水的塑料袋；在供体炸药上安放一个引爆初始装置；关闭入口门封闭爆炸室，以防止直接向大气排放；引爆炸药以及控制爆炸产物经过排气管向集气管释放；然后保留，检验以及处理爆炸产物，直到它们可以安全排放到环境中。
本发明的另一个重要特点是，在销毁已知或可疑的CBW制剂中使用的供体炸药，是由一个特殊配方的包含有富含氧的塑料集束炸药以及增强燃烧的成分所组成，后者可保证以最少量炸药材料完全销毁所有的CBW制剂。
图例简释在这些图例中，

图1是本发明所述改进型爆炸密封室的一张断面剖视图；图2是前一张图的爆炸室的纵剖面图；图3是前几张爆炸室的横剖面图；图4是前几张图的爆炸室的向内铰接的自闭门的部分平面图；以及图5是前几张图的爆炸室的部分剖视图，该爆炸室作为一个汽车拖斗单元的一部分，用于可疑爆炸物或CBW装置的受控销毁。
本发明的详细介绍参照所附图例，图1是本发明所述改进型爆炸室的一张断面剖视图。爆炸室由一个内胆1构成，它有一个顶板，底板，侧壁和末端，由钢板通过惯常的焊接技术制成。内胆1的四周是多个彼此隔开的凸缘或横梁2，其上有一片焊接好的钢制外胆3，这样横梁2使外胆3与内胆1彼此分开，同时留下一个空区，其中充填了颗粒状的冲击阻尼材料。
在特别适宜于销毁已知或可疑的小型爆炸物或者CBW装置的最佳实施方案中，内外金属胆是由1/2英寸厚的钢板制成的，彼此由中心间距为12英寸圆型I字钢横梁2隔开。所有焊缝都是连续焊接的。在爆炸室范围内，在拐角处的所有孔隙都用镶板4镶嵌，以把90°的方角分成两个45°角，它起到使拐角圆整以及消除应力增强的边角或小区域的功效，否则将对拐角焊接处强加一种不希望有的破坏力。方角是要避免的，因为，炸药起爆有一种趋势会对这样的地方施加异常高的应力。
根据本发明，在内外胆之间的空间，将填满一种坚硬的颗粒状的能吸收冲击的材料4，最好是石英砂。爆炸室的底板上也均匀盖有一层颗粒状的能吸收冲击的材料5(图1)如细砾石。
在所示的最佳实施方案中，爆炸室的尺寸是内部尺寸 外部尺寸宽 21.5英寸 宽 37.25英寸长 48.0英寸 长 61.25英寸高 48.0英寸 高 66.5英寸在实施方案的图示中，门上的开孔是16.0×16.0平方英寸，而门是18.0×18.0平方英寸，在开孔两边重迭各1英寸。实施方案图示中门是实心的，由0.75英寸厚的实心钢板制成，尽管如象在我的美国专利5,613,453中所讲的那样，它也可能是空心的并且其中填满了颗粒状的冲击阻尼材料。这些镶板或者图示方案是1/2英寸厚，3.0英寸宽的钢材。
入口门6由内铰链支撑可以向内旋转打开。它需要严密封闭，这可以用任何合适的方式实现，如采用一个抗高温垫衬材料，如象室温硫化(RTV)硅胶(图中未显示)，或者直接在装配门时使之与门框密合，二者具有极其相近的公差。无论何种方式，当门关闭到门框时，爆炸室里爆炸产生的压力都会倾向于把门压得更紧贴门框，从而把它密封得更好。
当炸药在爆炸室中起爆时，爆炸产物以一种可控方式通过由排气口8组成的多孔系统来释放。每一个排气口8通过一个通气管9与集气管10相连，该集气管沿着爆炸室的顶部和背部安放，并且在位于与门6相对的一端的排气道11汇集在一起。在实施方案的图示中，每个排气口直径1.0英寸，并且有一个U形护板12焊接其上以保护它免于使用中破裂或破坏，同时还能使爆炸产物有控制地排放到集气管10中并且从排气道11排出。
如同在图1中清楚地表示的那样，一件要被销毁的武器13，通过门5置入爆炸室，悬放在覆盖着底板的砾石层5的上方，大致位于爆炸室的中央位置上，其支持方式最好由网带或悬带14组成。按照本发明，该网带或悬带14是由一种在引爆时基本上会解体而留下极少或几乎不会留下残渣的材料制成。在最佳实施方案中，一种棉线网已经证明是令人满意的，尽管也可以用其它可解体的材料制成的网带或支撑物，如象聚合物单纤维或者细金属丝。换言之，武器13可以用以细绳或金属线(图中未显示)悬挂在爆炸室顶板上的纸袋或布袋来支撑。
在将武器13放进爆炸室后，要装配通过引爆实施销毁的设施。它包含合适的供体炸药16；点火装置，如通过在爆炸室壁上一个压力封闭孔引入导线的电雷管17；以及一个能量吸收模块18，它最好由盛满水的塑料袋做成，并且其中盛有定量的水。人们已经发现，商用“Ziplock”标牌的三明治袋，大小为6×8英寸，厚为0.002英寸(两密耳)，运用于此是令人满意的；尽管水是优选的，但任何一种适宜于能量吸收、可气化的材料也可以使用。
已经发现，在使用盛水的塑料袋作为一种能量吸收手段时，爆炸产生的瞬时理论压力少了一半多，并且在引爆时，湿气引入爆炸室有一种抑制尘土和迅速冷却爆炸产物的功效。实际上，无论是水还是塑料袋都完全汽化了，其作用是吸收和抑制不希望有的爆炸冲击，并且事实上不留下任何残渣。
在实际实验中已经证实，最佳实施方案图示里的爆炸室，将会经得住5.0磅(2.7公斤)C-2型塑料炸药的引爆，它可以重复多次而不会使爆炸室或它的附属装置产生损伤，并且不会有残渣或爆炸物残片显著累积的现象产生。如果武器13被确认或怀疑含有爆炸物的话，就要按比例使用较小质量的供体炸药16，以便把最大的爆炸载荷保持在一个安全的范围内。
已经发现，在能量吸收模块中所用水的质量，与要引爆的炸药的类型以及它的质量有关。由于每单位炸药释放的能量随着所述的炸药的型号而不同，为了得到最佳的爆炸抑制效果，水对炸药的质量比必定也不同。对于采用所标明的这类炸药而言，已经确定，下面列举的质量比基本上是最佳的。
炸药千瓦小时/磅水/炸药质量比HMX(环四甲撑四硝胺) 3,4022.50RDX(三甲撑三硝基胺) 2,9702.20PETN(季戊四醇四硝酸脂)2,7702.00C-2 1,7001.25C-4 2,2861.68TNT(三硝基甲苯) 1,6651.22本发明的另一个重要的方面是，要能够成功地用这种爆炸室来销毁已知或可疑化学战和(/或)生物战(CBW)制剂。为此，要修改引爆的装置，保证爆炸会在爆炸室范围内创造出一种条件，其瞬时压力为155千帕，温度高达4000摄氏度。压力至少100千帕、温度至少3000摄氏度，是人们所期望的。
按照本发明，这些条件可通过采用一种特殊配方制造的炸药来实现。这种炸药富含氧而且含有金属粉末，从而强化和延长了从爆炸中产生的瞬时火球。通过掺入或添加重量达10％的氧化材料，如硝酸钾、硝酸钠或硝酸铵，可以将一种适宜的季戊炸药基的塑料炸药如象C-4，予以改善。一种精细研磨的金属粉末，最好是铝粉，镁粉或铁粉，无论那一种添加到供体炸药上放在供体炸药旁边的一个口袋中(图中未显示)，这样，它的含量在爆炸中被消耗而使温度、压力和持续时间都增加。用这种技术，引爆供体炸药会在爆炸室中创造一种接近于瞬时同步条件，这样的条件，没有任何已知的生物的或神经的制剂能够耐受。
在试验中，本发明关于销毁即便是CBW神经制剂方面的用途和功效已经得到证实。便于搞到的和容易控制的有机磷酸盐除害剂Malathion(TM)，可以用来作为那些极端危险、但是化学上很相似的神经气体制剂如Sarin和VX的替代品。在一次实际的如上所述的爆炸室现场试验中，使用了95％农用Malathion(比重为1.21)作为代用品，获得了下列结果(其中所有的量以盎司为单位)。
1999年2月25日试验结果
每次试验，将4.0盎司的Malathion作为武器13，预定的C-4塑料炸药，一种由氧化铝制成的火球增强剂以及一种装在塑料袋中的称好重量的水一起被置于爆炸室。然后关上并密封爆炸室的门，用电引爆炸药。每次，都观察到一小股爆炸产物主要是水蒸汽从排气道11排出。打开门6，可观测少量剩余的几缕蒸汽，但是测察者注意到实际上并没有Malathion那种十分明显而特别的气味，哪怕是少量的气味也未嗅出。
两家独立的环境测试公司被邀请去观察试验，并测量每次爆炸后残留在爆炸室内的Malathion浓度。技术人员将爆炸室内壁、砾石层以及排气管内壁100平方厘米的面积擦净以作试验。在4次试验中，第3次试验记载的Malathion浓度最高，是已经经过了先前两次爆炸后积累下来的，在这次试验中从爆炸室内壁擦拭中显示Malathion剩余浓度仅为0.092毫克每平方毫米。在这一系列试验中的其它几次读数，比上述结果要低一个量级。而其它(系列)的试验结果，甚至低于可检测的下限。
本发明爆炸室的一个突出优点，在于它十分小巧，足以轻易地用一个卡车或拖车，将其运往野外去处理各种爆炸装置包括可疑恐怖武器的废弃物。由于其宽度刚超过3英尺，爆炸室能够安置在一种有轮的支架车上，并且通过一扇现成的门例如一扇可以移走门板的旋转门，直接送到建筑物里。可以由遥控机械手或一位身着防护服的官员把可疑炸弹或者其它恐怖装置放进爆炸室。当把可疑装置放进爆炸室，并紧挨着供体炸药、引爆器以及水袋放好时，门就关闭起来并且被固定住，而供体炸药的引爆则在一个安全的距离上操作。不管可疑装置里装的是炸药，是CBW制剂还是两者均有，炸药和制剂都会以对人或财产没有危险的方式快速地安全地销毁。然后，爆炸室可以从建筑物中拖出来，送回到一个安全的地点去清扫以备下次使用。
图5显示的是本发明的又一个改进，目的在于处理那些装有已知CBW制剂的大尺寸的装置。在这个方案中，爆炸室21安装在一辆封闭的拖车22上，它适宜于用一辆拖拉机(图中未显示)来牵引。拖车上装配有一个喷水式除尘器或者其它具有惯常结构的处理器23，与一个颗粒分离器24以及一个排气扇25相匹配，以便在引爆后把所有的爆炸产物排出爆炸室，因而不会有任何气体爆炸产物会未经处理而排到大气中。
为了格外安全起见，在爆炸室入口门门孔的上方要安放一种由铰接的泄漏抑制罩26构成的二次密封装置来收集任何从门孔中排出的泄漏爆炸产物。设置有一个导管把任何泄漏的爆炸产物输送到除尘器或其它处理设施23中。
权利要求
1.一种用炸药销毁武器的装置，包括一个抗压容器，它有一个内胆和一个包围着内胆并与之分离的外胆，所述内胆指的是一个封闭的腔室，有壁、一面顶板、一面底板，加上至少一扇门孔可以穿过所述胆内并且为一扇可封闭的入口门所关闭；一个外集气管；一组穿透到所述封闭室的内胆的小孔，每个小孔通过一个通气管与外集气管相连；用于连接内外胆的隔离设施，确定了基本上围绕着密封室的一组腔体，其中每个所述腔体都基本上填满了颗粒装的冲击阻尼材料；所述密封室的底板，基本上盖上了一层颗粒状的冲击阻尼材料；所述武器的引爆设施，包括一个足以销毁这些武器的供体炸药，以及用于引爆供体炸药的点火设施；至少一个盛满液体的能量吸收模块，置于所述供体炸药和武器附近；以及可以崩解的支撑设施，置于密封室内用于在密封室底板上方大约正中的位置上悬挂所述供体炸药、武器以及至少一个盛满液体的能量吸收模块。
2.权利要求1所述的装置，其特征在于，能量吸收模块由可蒸发的盛满水的容器构成。
3.权利要求2所述的装置，其特征在于，选择可蒸发容器中的水的质量以调节引爆供体炸药和武器时产生的瞬时峰值压力，不超过所述抗压容器能够反复耐受的水平。
4.权利要求1所述的装置，其特征在于，充填腔室的颗粒状能量吸收材料是石英砂。
5.权利要求1所述的装置，其特征在于，覆盖在底板上的颗粒状能量吸收材料是细砾石。
6.权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可崩解支撑设施，由一种在引爆供体炸药和武器时基本上消耗掉的材料制成。
7.权利要求6所述的装置，其特征在于，可崩解的支撑设施是一种网带，其材料从天然有机纤维、聚合物单纤丝以及细金属线中选出。
8.权利要求1所述的装置，其特征在于，外集气管与用以检测和测量所述爆炸产物中的有毒残留物的测试设施以及用以在所述爆炸产物释放到环境以前去除这样的有毒残留物而采用的处理设施相连结。
9.权利要求8所述的装置，其特征在于，还包含一个位于门孔上方可拆卸的外泄漏抑制箍，用于收集在门的四周经过门孔逃逸出的泄漏爆炸产物，以及包含一个通道设施，把所述泄漏爆炸产物输送到测试设施以及处理设施之中。
10.权利要求1所述的装置，其特征在于，供体炸药由一种扩充高能炸药所制成，在引爆时，它将在所述密封室内产生至少100千帕的压力和至少3000摄氏度的温度。
11.权利要求1所述的装置，其特征在于，引爆所述武器的设施还包括一种从硝酸钾、硝酸钠和硝酸铵中选出的富氧组分；一种从铝、镁和铁中选出的火球增强组分，所述组分是一种精细研磨的粉末
12.权利要求1所述的装置，其特征在于，供体炸药由一种增强的塑性炸药构成，它含有一种从PETN，RDX，HMX，C-2，C-4以及TNT中选出的主要强力成份；一种从硝酸钾、硝酸钠和硝酸铵中选出的富氧组分；一种从铝、镁和铁中选出的火球增强组分，所述组分是一种精细研磨的粉末。
13.权利要求1所述的装置，其特征在于，能量吸收模块由盛满水的可蒸发容器构成，在可蒸发容器中的水的质量要选择得与供体炸药的有效质量相匹配。
14.权利要求13所述的装置，其特征在于，能量吸收模块中的水的质量要按照供体炸药的主要成分从下表选取炸药 千瓦小时/磅 水/炸药质量比HMX(环四甲撑四硝胺) 3,402 2.50RDX(三甲撑三硝基胺) 2,970 2.20PETN(季戊四醇四硝酸脂)2,770 2.00C-2 1,700 1.25C-4 2,286 1.68TNT(三硝基甲苯) 1,665 1.22
15.一种通过引爆来销毁武器的方法，包括提供一个用炸药销毁武器的装置，它包括一个抗压容器，它有一个内胆和一个包围着内胆并与之分离的外胆，所述内胆指的是一个封闭的腔室，有壁、一面顶板、一面底板，加上至少一扇门孔可以穿过所述胆内并且为一扇可封闭的入口门所关闭；一个外集气管；一组穿透到所述封闭室的内胆的小孔，每个小孔通过一个排气管与外集气管相连；用于连接内外胆的隔离设施，确定了基本上围绕着密封室的一组腔体，其中每个所述腔体都基本上填满了颗粒装的冲击阻尼材料；所述密封室的底板，基本上盖上了一层颗粒状的冲击阻尼材料；在所述密封室内安放一件武器，以及用于引爆所述武器的设施，它包括一个足以销毁这些武器的供体炸药，用于引爆供体炸药的点火设施，以及至少一个盛满液体的能量吸收模块，置于所述供体炸药和武器附近；在密封室内在底板上方大约正中的位置上，用一种可以崩解的支撑设施悬挂所述供体炸药、武器以及至少一个盛满液体的能量吸收模块；关闭和封闭密封室的门；以及引爆所述供体炸药。
16.权利要求15所述的方法，其特征在于，能量吸收模块由可蒸发的盛满水的容器构成。
17.权利要求15所述的方法，其特征在于，选择可蒸发容器中的水的质量以调节引爆供体炸药和武器时产生的瞬时峰值压力，不超过所述抗压容器能够反复耐受的水平。
18.权利要求15所述的方法，其特征在于，充填腔室的颗粒状能量吸收材料是石英砂。
19.权利要求15所述的方法，其特征在于，覆盖在底板上的颗粒状能量吸收材料是细砾石。
20.权利要求15所述的方法，其特征在于，所述可崩解支撑设施，由一种在引爆供体炸药和武器时基本上消耗掉的材料制成。
21.权利要求20所述的方法，其特征在于，可崩解的支撑设施是一种网带，其材料从天然有机纤维，聚合物单纤丝以及细金属线中选出。
22.权利要求15所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤对存在于外集气管中的爆炸产物中的有毒残留物进行测量，以及对这些有毒残留物进行处理，使得将它们释放到环境时变得无害。
23.权利要求15所述的方法，其特征在于，供体炸药由一种扩充高能炸药所制成，在引爆时，它将在所述密封室内产生至少100千帕的压力和至少3000摄氏度的温度。
24.权利要求15所述的方法，其特征在于，引爆所述武器的设施还包括一种从硝酸钾、硝酸钠和硝酸铵中选出的富氧组分；一种从铝、镁和铁中选出的火球增强组分，所述组分是一种精细研磨的粉末。
25.权利要求15所述的方法，其特征在于，供体炸药由一种增强的塑性炸药构成，它含有一种从PETN，RDX，HMX，C-2，C-4以及TNT中选出的主要强力成份；一种从硝酸钾、硝酸钠和硝酸铵中选出的富氧组分；一种从铝、镁和铁中选出的火球增强组分，所述组分是一种精细研磨的粉末。
26.权利要求15所述的方法，其特征在于，能量吸收模块由盛满水的可蒸发容器构成，在可蒸发容器中的水的质量要选择得与供体炸药的有效质量相匹配。
27.权利要求26所述的方法，其特征在于，能量吸收模块中的水的质量要按照供体炸药的主要成分从下表选取炸药 千瓦小时/磅水/炸药质量比HMX(环四甲撑四硝胺) 3,402 2.50RDX(三甲撑三硝基胺) 2,970 2.20PETN(季戊四醇四硝酸脂) 2,770 2.00C-2 1,700 1.25C-4 2,286 1.68TNT(三硝基甲苯) 1,665 1.2全文摘要
一种在双层密封钢制爆炸室(1)中通过引爆来销毁恐怖武器包括化学和生物制剂的装置和方法,所述爆炸室有壁(3),入口门(6)以及铺满颗粒状冲击阻尼材料(4)的底板。爆炸室通过小孔与通气管(9)相通,通气管汇集在一个集气管(10)中。集气管向一个膨胀箱或除尘器排气,用于对爆炸产物冷却、检测以及环境处理。一件要销毁的武器(13)与供体炸药(16)一起置入爆炸室中,并用一根可崩解的线(17)以及一个或多于一个盛水的塑料聚合物薄膜袋(18)支撑。为了销毁已知的或可疑的化学或生物武器,采用了氧化材料如硝酸钾强化的供体炸药,产生的火球也是用金属粉末如铝粉增强,达到瞬时压力100千帕、瞬时温度3000摄氏度。
文档编号F23N5/24GK1340148SQ00803605
公开日2002年3月13日 申请日期2000年10月24日 优先权日1999年12月9日
发明者约翰·L·多诺万 申请人:约翰·L·多诺万