(19) |
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(11) |
EP 1 067 357 B1 |
(12) |
FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
(45) |
Mention de la délivrance du brevet: |
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05.11.2003 Bulletin 2003/45 |
(22) |
Date de dépôt: 05.07.2000 |
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(54) |
Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation
Zweistufiger, optischer Detonator mit Schlagwirkung
Two stage flying-plate optic detonator
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(84) |
Etats contractants désignés: |
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DE FR GB |
(30) |
Priorité: |
06.07.1999 FR 9908715
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(43) |
Date de publication de la demande: |
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10.01.2001 Bulletin 2001/02 |
(73) |
Titulaire: Institut Franco-Allemand de Recherches de Saint-Louis |
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68301 Saint-Louis Cedex (FR) |
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(72) |
Inventeur: |
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- Moulard, Henry
68300 Saint Louis la Chaussee (FR)
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(74) |
Mandataire: Somnier, Jean-Louis et al |
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Novagraaf Technologies
122, rue Edouard Vaillant 92593 Levallois Perret Cedex 92593 Levallois Perret Cedex (FR) |
(56) |
Documents cités: :
EP-A- 0 397 572 US-A- 4 735 145
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WO-A-99/00343 US-A- 4 898 095
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Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication
de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition
au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition
doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement
de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] La présente invention concerne un détonateur optique à deux étages et à transition
choc-détonation.
[0002] Pour réaliser un détonateur optique avec des sources laser de faible puissance telles
que les diodes laser envisagées dans les applications spatiales, on a recours à l'heure
actuelle à un détonateur à deux étages : le premier étant utilisé pour l'allumage
thermique par le laser d'une combustion et le second étage étant dédié à une transition
déflagration-détonation.
[0003] A l'interface entre les deux étages, est placée une membrane métallique qui sous
l'action de la pression de combustion du 1
er étage se découpe en paillet qui agit comme un piston et va compacter l'explosif poreux
du 2
ème étage et initier une combustion qui, compte tenu du confinement va déclencher un
processus de transition déflagration-détonation.
[0004] Les inconvénients de ce concept sont liés à l'utilisation du processus de transition
déflagration-détonation. Cela nécessite :
- l'utilisation d'un explosif à basse densité de chargement (1.1 g/cm3), en fait proche
de la densité de tassement pour avoir une porosité importante et aussi des grosses
granulométries : ceci augmente la sensibilité du composant pyrotechnique et est peu
favorable pour assurer une bonne reproductibilité de chargement dans ses petits composants
;
- une longueur suffisante du 2ème étage afin d'atteindre le point de transition à la détonation : ce qui en pratique
augmente notablement la quantité d'explosif utilisé.
[0005] Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus.
[0006] Dans la technique courante, voir le document US-A-4848095, on envisage un détonateur
optique à deux étapes et à transition choc-détonation, dans lequel le premier étage
comprend une composition pyrotechnique et une fibre optique dont une extrémité est
raccordée à une source de rayonnement laser, l'autre extrémité adjacente à la composition
pyrotechnique étant engagée dans un connecteur, des moyens étant insérés entre l'extrémité
de la fibre optique et la composition pyrotechnique pour transmettre le rayonnement
laser vers la composition pyrotechnique, détonateur dans lequel le second étage comprend
une composition pyrotechnique placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique
du premier étage et séparée de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde
de choc générée par l'allumage de la composition pyrotechnique du premier étage.
[0007] Suivant l'invention, ce détonateur optique est caractérisé en ce que les moyens qui
séparent la composition pyrotechnique du premier étage de celle du second étage comprennent
une plaquette métallique dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique
du premier étage et dont l'autre face est adjacente à une cavité qui la sépare de
la composition pyrotechnique du second étage et est en appui par sa périphérie contre
l'extrémité d'un élément de confinement de la composition pyrotechnique du second
étage.
[0008] Grâce à la pression de la combustion vive générée lors de l'allumage de la combustion
de la composition pyrotechnique du premier étage, la plaquette métallique ci-dessus
est propulsée à grande vitesse sur la surface nue de la composition pyrotechnique
du second étage.
[0009] Lors de son impact, cette plaquette amorce dans la composition pyrotechnique une
transition choc-détonation.
[0010] Cette transition choc-détonation est favorisée par un effet de focalisation de l'onde
de choc.
[0011] Cette transition choc-détonation permet de réaliser un détonateur moins long, contenant
moins de composition pyrotechnique, plus insensible, plus reproductible et avec un
temps de réponse plus court que dans le cas de la solution évoquée au début de cette
description.
[0012] L'amélioration de la présente invention par rapport à la technique courante comporte
que le diamètre de la cavité est supérieur à celui de la composition pyrotechnique,
la face d'extrémité de la composition pyrotechnique adjacente à la cavité étant confondue
avec la face constituant le fond de ladite cavité.
[0013] De ce fait, la plaquette lors de son impact entre en collision simultanément avec
la composition pyrotechnique et avec la face d'extrémité de la cavité. Cette disposition
permet de focaliser l'onde de choc sur la composition pyrotechnique.
[0014] D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description
ci-après.
[0015] Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un détonateur optique à deux étages
selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle, montrant une variante de
réalisation de l'invention.
[0016] La figure 1 représente un détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation,
dans lequel le premier étage 1 comprend une composition pyrotechnique 2 et une fibre
optique 3 dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser telle
qu'une diode laser.
[0017] L'autre extrémité de la fibre optique 3 adjacente à la composition pyrotechnique
2 est engagée dans un connecteur 4.
[0018] Des moyens qui seront décrits plus loin, sont insérés entre l'extrémité 3a de la
fibre optique 3 et la composition pyrotechnique 2 pour transmettre le rayonnement
laser vers la composition pyrotechnique 2.
[0019] Le second étage 5 du détonateur comprend une composition pyrotechnique 6 placée dans
l'alignement de la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et séparée de cette
dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage de
la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1.
[0020] Conformément à l'invention, les moyens qui séparent la composition pyrotechnique
2 du premier étage 1 de celle du second étage 5 comprennent une plaquette métallique
7 dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique 2 du premier étage
1 et dont l'autre face est adjacente à une cavité 8 qui la sépare de la composition
pyrotechnique 6 du second étage 5.
[0021] Cette plaquette métallique 7 est en appui par sa périphérie contre l'extrémité 9a
d'un élément de confinement 9 de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5.
[0022] La composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 est confinée dans un élément de
confinement 10 qui est raccordé axialement et de façon amovible à l'élément de confinement
9 de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5.
[0023] Dans l'exemple représenté, les deux éléments de confinement 9, 10 sont raccordés
ensemble par vissage.
[0024] On voit également sur la figure 1 que la face d'extrémité 6a de la composition pyrotechnique
6 adjacente à la cavité 8 est confondue avec la face constituant le fond de la cavité
8 dont le diamètre est supérieur à celui de la composition pyrotechnique 6.
[0025] A titre d'exemple, la plaquette 7 peut être en acier et présente une épaisseur comprise
entre 100 et 250 micromètres.
[0026] L'énergie laser transmise à la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et
les caractéristiques de cette composition doivent de préférence être telles que la
plaquette 7 puisse être propulsée dans la cavité 8 à une vitesse au moins égale à
500 m/s sous l'effet de la pression développée après l'allumage de la composition
pyrotechnique 2.
[0027] De préférence également, la composition pyrotechnique 2 comprend de l'octogène présentant
une densité de chargement de l'ordre de 1,65 g/cm3 et une granulométrie de l'ordre
de 3 micromètres.
[0028] L'octogène peut être mélangé avec environ 1% de noir de carbone ultra fin pour favoriser
l'absorption dans le proche infra-rouge.
[0029] De préférence, la composition pyrotechnique 6 du second étage 5 comprend de l'octogène
ou de l'hexogène sous forme granulaire et présentant une densité supérieure à 1,4
g/cm3.
[0030] La figure 1 montre d'autre part que les moyens pour transmettre le rayonnement laser
depuis la fibre optique 3 vers la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 comprennent
une bague 11 dans l'évidement de laquelle est logée une bille en verre 12.
[0031] Cette bague 11 est en contact avec l'extrémité du connecteur 4 de la fibre optique
3 et avec une plaquette en verre 13 elle-même en contact avec la composition pyrotechnique
2 du premier étage 1.
[0032] Cette disposition permet une transmission du rayonnement laser vers la composition
pyrotechnique 2, sans perte d'énergie surfacique.
[0033] Dans la variante représentée sur la figure 2, les moyens pour transmettre le rayonnement
laser entre la fibre optique 3 et la composition pyrotechnique 2 du premier étage
1 comprennent un barreau en verre 14 à gradient d'indice logé dans un élément 15 en
matière peu conductrice thermiquement. Ce barreau en verre 14 est capable de focaliser
le rayonnement laser issu de la fibre optique 3 sur la face de la composition pyrotechnique
2 du premier étage 1 avec laquelle ce barreau en verre 14 est en contact. Ce barreau
en verre 14 peut être en deux parties.
[0034] Le dispositif que l'on vient de décrire fonctionne de la façon suivante.
[0035] Dans le cas du détonateur représenté sur la figure 1, le rayonnement laser véhiculé
par la fibre optique 3 transmet son énergie à la composition pyrotechnique 2 et génère
la combustion de celle-ci.
[0036] La pression développée par la combustion de cette composition 2 propulse la plaquette
7 à une vitesse supérieure à 500 m/s dans la cavité 8 vers la surface nue 6a de la
composition pyrotechnique 6 du second étage.
[0037] L'onde choc engendrée à l'impact de cette plaquette 7 sur la surface 6a de la composition
pyrotechnique amorce la détonation de celle-ci.
[0038] L'ensemble des dispositions ci-dessus permet de réaliser un détonateur moins long,
contenant moins de composition pyrotechnique, plus insensible, plus reproductible
et avec un temps de réponse plus court que dans le cas de la solution évoquée au début
de cette description.
[0039] La réduction de la masse totale de la composition pyrotechnique est importante, notamment
lors de l'application du détonateur selon l'invention pour commander la séparation
de deux étages d'un vaisseau spatial, car elle permet de réduire l'intensité des chocs
pyrotechniques transmis à ce vaisseau.
[0040] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple que l'on vient de décrire
et on peut apporter à celui-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de
l'invention.
1. Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation, dans lequel le premier
étage (1) comprend une composition pyrotechnique (2) et une fibre optique (3) dont
une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser, l'autre extrémité adjacente
à la composition pyrotechnique (2) étant engagée dans un connecteur (4), des moyens
étant insérés entre l'extrémité de la fibre optique (3) et la composition pyrotechnique
(2) pour transmettre le rayonnement laser vers la composition pyrotechnique (2), détonateur
dans lequel le second étage (5) comprend une composition pyrotechnique (6) placée
dans l'alignement de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et séparée
de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage
de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1),ces moyens comprenant une
plaquette métallique (7) qui est en appui par sa périphérie contre l'extrémité (9a)
d'un élément de confinement (9) de la composition pyrotechnique (6) du second étage
(5), plaquette métallique (7) dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique
(2) du premier étage (1) et dont l'autre face est adjacente à une cavité (8) qui la
sépare de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5), caractérisé en ce que le diamètre de la cavité (8) est supérieur à celui de la composition pyrotechnique
(6), la face d'extrémité (6a) de la composition pyrotechnique (6) adjacente à la cavité
(8) étant confondue avec la face constituant le fond de ladite cavité (8).
2. Détonateur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) est confinée dans un élément
de confinement (10) qui est raccordé axialement et de façon amovible à l'élément de
confinement (9) de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5).
3. Détonateur optique conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les deux éléments de confinement (9, 10) sont raccordés ensemble par vissage.
4. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette (7) est en acier et présente une épaisseur comprise entre 100 et 250
micromètres.
5. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'énergie laser transmise à la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1)
et les caractéristiques de cette composition sont telles que la plaquette (7) est
propulsée dans la cavité (8) à une vitesse au moins égale à 500 m/s après l'allumage
de la composition pyrotechnique (2) ci-dessus.
6. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1), comprend de l'octogène présentant
une densité de chargement de l'ordre de 1,65 g/cm3 et une granulométrie de l'ordre
de 3 micromètres.
7. Détonateur optique conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que l'octogène est mélangé avec environ 1% de poudre de noir de carbone ultra fin.
8. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (6) du second étage (5) comprend de l'octogène ou de
l'hexogène sous forme granulaire et présentant une densité supérieure à 1,4 g/cm3.
9. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour transmettre le rayonnement laser depuis la fibre optique (3) vers
la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) comprennent une bague (11) dans
l'évidement duquel est logée une bille en verre (12), cette bague (11) étant en contact
avec l'extrémité du connecteur (4) de la fibre optique (3) et avec une plaquette en
verre (13) elle-même en contact avec la composition pyrotechnique (2) du premier étage
(1).
10. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour transmettre le rayonnement laser entre la fibre optique (3) et la
composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) comprennent un barreau en verre
(14) à gradient d'indice logé dans un élément (15) en matière peu conductrice thermiquement,
ce barreau en verre (14) étant capable de focaliser le rayonnement laser issu de la
fibre optique (3) sur la face de la composition pyrotechnique (2) du premier étage
(1) avec laquelle ce barreau en verre (14) est en contact.
1. Zweistufiger optischer Detonator mit Schlagwirkung, dessen erste Stufe (1) eine pyrotechnische
Mischung (2) und einen Lichtleiter (3) aufweist, dessen eines Ende mit einer Laserstrahlungsquelle
verbunden ist und dessen anderes, an die pyrotechnische Mischung (2) angrenzendes
Ende in einem Verbindungsstück (4) aufgenommen ist, wobei für die Übertragung der
Laserstrahlung auf die pyrotechnische Mischung (2) Elemente zwischen dem Endpunkt
des Lichtleiters (3) und der pyrotechnischen Mischung (2) eingesetzt sind, wobei die
zweite Stufe (5) des Detonators eine pyrotechnische Mischung (6) aufweist, die mit
der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) in einer Linie liegt und von
dieser durch Elemente zur Übertragung der durch die Zündung der pyrotechnischen Mischung
(2) der ersten Stufe (1) erzeugten Stoßwelle getrennt ist, wobei diese Elemente ein
Metallplättchen (7) aufweisen, welches mit seiner Außenfläche gegen den Fortsatz (9a)
eines Verdämmungselementes (9) der pyrotechnischen Mischung (6) der zweiten Stufe
(5) anstößt, wobei eine Seite des Metallplättchens (7) die pyrotechnische Mischung
(2) der ersten Stufe (1) berührt und dessen andere Seite an einen Hohlraum (8) angrenzt,
welcher das Metallplättchen von der pyrotechnischen Zusammenstellung (6) der zweiten
Stufe (5) trennt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchmesser des Hohlraums (8) größer ist als der der pyrotechnischen Mischung
(6), wobei die an den Hohlraum (8) angrenzende Außenseite (6a) der pyrotechnischen
Mischung (6) mit der hinteren Seite des besagten Hohlraums (8) zusammenfällt.
2. Optischer Detonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Mischung (2) der ersten Stufe (1) in einem Verdämmungselement
(10) verdämmt ist, das axial lösbar mit dem Verdämmungselement (9) der pyrotechnischen
Mischung (6) der zweiten Stufe (5) verbunden ist.
3. Optischer Detonator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verdämmungselemente (9 und 10) durch eine Schraubverbindung miteinander
verbunden sind.
4. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (7) aus Stahl ist und eine Dicke zwischen 100 und 250 µm aufweist.
5. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die pyrotechnische Mischung (2) der ersten Stufe (1) übertragene Laserenergie
und die Kennwerte dieser Mischung so beschaffen sind, daß das Plättchen (7) mit einer
Geschwindigkeit von mindestens 500 m/s nach der Zündung der vorstehend genannten pyrotechnischen
Mischung (2) in den Hohlraum (8) vorgetrieben wird.
6. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Mischung (2) der ersten Stufe (1) Oktogen mit einer Ladedichte
in der Grössenordnung von 1,65 g/cm3 und einer Korngröße in der Grössenordnung von 3 µm aufweist.
7. Optischer Detonator gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oktogen mit ca. 1 % ultrafeinem Ruß gemischt ist.
8. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis. 7, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Mischung (6) der zweiten Stufe (5) granulares Oktogen oder Hexogen
mit einer Dichte von über 1,4 g/cm3 aufweist.
9. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Übertragung der Laserstrahlung zwischen dem Lichtleiter (3) und
der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) einen Ring (11) aufweisen, in
dessen Aussparung sich eine Glaskugel (12) befindet, wobei dieser Ring (11) mit dem
Endpunkt des Verbindungsstückes (4) des Lichtleiters (3) und mit einem seinerseits
in Kontakt mit der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) stehenden Glasplättchen
(13) in Kontakt steht.
10. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Übertragung der Laserstrahlung zwischen dem Lichtleiter (3) und
der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) einen Glasstab (14) mit Indexgradient
aufweisen, der in ein Element (15) aus wenig wärmeleitfähigem Material eingesetzt
ist, wobei dieser Glasstab (14) in der Lage ist, die aus dem Lichtleiter (3) austretende
Laserstrahlung auf die mit dem Glasstab (14) in Kontakt stehende Vorderseite der pyrotechnischen
Mischung (2) der ersten Stufe (1) zu fokussieren.
1. Two-stage optical detonator with shock-detonation transition, in which the first stage
(1) comprises a pyrotechnic composition (2) and an optical fibre (3), one end of which
is connected to a source of laser radiation, the other end, adjacent to the pyrotechnic
composition (2), being engaged in a connector (4), means being inserted between the
end of the optical fibre (3) and the pyrotechnic composition (2) to transmit the laser
radiation towards the pyrotechnic composition (2), in which detonator the second stage
(5) comprises a pyrotechnic composition (6) placed in line with the pyrotechnic composition
(2) of the first stage (1) and separated from the latter by means of transmitting
the shock wave generated by the ignition of the pyrotechnic composition (2) of the
first stage (1), these means comprising a metal plate (7) bearing via its periphery
against the end (9a) of a containment element (9) that confines the pyrotechnic composition
(6) of the second stage (5), of which metal plate (7) one face is in contact with
the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) and the other face is adjacent
to a cavity (8) separating it from the pyrotechnic composition (6) of the second stage
(5), characterized in that the diameter of the cavity (8) is greater than that of the pyrotechnic composition
(6), the end face (6a) of the pyrotechnic composition (6) adjacent to the cavity (8)
being coincident with the face constituting the end wall of the said cavity (8).
2. Optical detonator according to Claim 1, characterized in that the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) is confined in a containment
element (10) connected axially and removably to the containment element (9) that confines
the pyrotechnic composition (6) of the second stage (5).
3. Optical detonator according to Claim 2, characterized in that the two containment elements (9, 10) are screwed together.
4. Optical detonator according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the plate (7) is made of steel and has a thickness of between 100 and 250 microns.
5. Optical detonator according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the laser energy transmitted to the pyrotechnic composition (2) of the first stage
(1) and the properties of this composition are such that the plate (7) is propelled
into the cavity (8) at a speed at least equal to 500 m/s after the above pyrotechnic
composition (2) has been ignited.
6. Optical detonator according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) comprises octogen having a
fill density of the order of 1.65 g/cm3 and a particle size of the order of 3 microns.
7. Optical detonator according to Claim 6, characterized in that the octogen is mixed with about 1% ultrafine carbon black powder.
8. Optical detonator according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the pyrotechnic composition (6) of the second stage (5) contains octogen or hexogen
in particulate form having a density in excess of 1.4 g/cm3.
9. Optical detonator according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the means for transmitting the laser radiation from the optical fibre (3) to the
pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) comprise a ring (11) in the recess
of which there is housed a glass bead (12), this ring (11) being in contact with the
end of the connector (4) of the optical fibre (3) and with a glass plate (13) itself
in contact with the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1).
10. Optical detonator according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the means for transmitting laser radiation between the optical fibre (3) and the
pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) comprise a graded-index glass rod
(14) housed in an element (15) made of a material of low thermal conductivity, this
glass rod (14) being capable of focusing the laser radiation from the optical fibre
(3) onto that face of the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) with
which this glass rod (14) is in contact.