Взрывной мостовой детонатор ( EBW , также известный как взрывающийся проволочный детонатор ) — это тип детонатора, используемый для инициирования реакции детонации во взрывчатых веществах , похожий на капсюль-детонатор , поскольку он подрывается с помощью электрического тока. EBW используют другой физический механизм, чем капсюли-детонаторы, используя больше электричества, подаваемого гораздо быстрее. Они взрываются с более точным временем после подачи электрического тока в процессе взрыва провода . Точное время взрывающихся проволочных детонаторов по сравнению с другими типами детонаторов привело к их широкому использованию в ядерном оружии . [1]
Ударный детонатор — более поздняя разработка, имеющая схожие черты.
EBW был изобретен Луисом Альваресом и Лоуренсом Джонстоном для бомб типа Fat Man Манхэттенского проекта во время их работы в Лос-Аламосской национальной лаборатории . Детонаторы Fat Man Model 1773 EBW использовали необычную, высоконадежную систему детонатора с двумя «рогами» EBW, прикрепленными к одному усилительному заряду, который затем поджигал каждый из 32 взрывных линзовых блоков. [2] [3]
EBW были разработаны как средство детонации нескольких взрывчатых зарядов одновременно, в основном для использования в ядерном оружии на основе плутония , в котором плутониевое ядро (называемое питом ) сжимается очень быстро. Это достигается с помощью обычных взрывчатых веществ, размещенных равномерно вокруг питомника. Имплозия должна быть высокосимметричной, иначе плутоний просто выбрасывался бы в точках низкого давления. Следовательно, детонаторы должны иметь очень точную синхронизацию.
EBW состоит из двух основных частей: куска тонкой проволоки, которая контактирует с взрывчатым веществом, и источника электричества высокого напряжения с высоким током и низким импедансом ; он должен надежно и постоянно подавать быстрый пусковой импульс. Когда провод подключается к этому напряжению, результирующий высокий ток плавит, а затем испаряет провод за несколько микросекунд. Результирующий удар и тепло инициируют взрывчатое вещество . [1]
Это объясняет наличие тяжелых кабелей, которые можно увидеть на фотографиях « Гаджета » Тринити ; высоковольтные кабели требуют хорошей изоляции, и они должны обеспечивать большой ток при небольшом падении напряжения, чтобы ЭЛС не достигала фазового перехода достаточно быстро.
Точная синхронизация EBW достигается детонатором, использующим прямые физические эффекты испаренной перемычки для инициирования детонации в усилительном заряде детонатора. При достаточно высоком и хорошо известном количестве электрического тока и напряжения синхронизация испарения перемычки является как чрезвычайно короткой (несколько микросекунд), так и чрезвычайно точной и предсказуемой (стандартное отклонение времени детонации всего лишь несколько десятков наносекунд).
Обычные капсюли-детонаторы используют электричество для нагревания мостовой проволоки, а не для ее испарения, и этот нагрев затем заставляет первичное взрывчатое вещество детонировать. Неточный контакт между мостовой проволокой и первичным взрывчатым веществом изменяет скорость нагрева взрывчатого вещества, а незначительные электрические изменения в проводе или выводах также изменят скорость его нагрева. Процесс нагрева обычно занимает от миллисекунд до десятков миллисекунд, чтобы завершиться и инициировать детонацию первичного взрывчатого вещества. Это примерно в 1000–10 000 раз дольше и менее точно, чем электрическое испарение EBW.
Поскольку взрывчатые вещества детонируют обычно со скоростью 7–8 километров в секунду или 7–8 метров в миллисекунду, задержка в 1 миллисекунду при детонации с одной стороны ядерного оружия на другую будет больше, чем время, которое потребуется детонации, чтобы пересечь оружие. Точность времени и постоянство EBW (0,1 микросекунды или меньше) примерно достаточны для того, чтобы детонация переместилась максимум на 1 миллиметр, а для самых точных коммерческих EBW это 0,025 микросекунды и около 0,2 мм изменения в волне детонации. Это достаточно точно для приложений с очень жесткими допусками, таких как взрывные линзы ядерного оружия .
В США, в связи с их распространенным использованием в ядерном оружии, эти устройства подлежат ядерному контролю в каждом штате, согласно Руководству по экспорту ядерных материалов, оборудования и технологий. EBW включены в Список боеприпасов США , и их экспорт строго регулируется. [4]
EBW нашли применение за пределами ядерного оружия, например, Titan IV , [5] в приложениях, где важны меры безопасности, где блуждающие электрические токи могут детонировать обычные детонаторы, и в приложениях, где требуется очень точный расчет времени для многоточечных коммерческих взрывов в шахтах или карьерах. [6] Детонаторы EBW намного безопаснее обычных электрических детонаторов, поскольку в отличие от обычных детонаторов EBW не имеют первичных взрывчатых веществ. Первичные взрывчатые вещества, такие как азид свинца, очень чувствительны к статическому электричеству, радиочастотам, ударам и т. д.
Проволочный мостик обычно изготавливается из золота , но также могут использоваться платина или сплавы золота и платины. Наиболее распространенный коммерческий размер проволоки составляет 0,038 мм (1,5 мил ) в диаметре и 1 мм (40 мил) в длину, но могут встречаться длины от 0,25 мм до 2,5 мм (от 10 мил до 100 мил). Из имеющихся взрывчатых веществ только PETN при низкой плотности может быть инициирован достаточно слабым ударом, чтобы сделать его использование практичным в коммерческих системах в качестве части инициатора EBW. Его можно соединить с другим взрывчатым усилителем , часто с гранулой тетрила , RDX или некоторыми PBX (например, PBX 9407). Детонаторы без такого усилителя называются детонаторами начального нажатия (детонаторы IP).
Во время инициирования проволока нагревается проходящим током до тех пор, пока не будет достигнута точка плавления. Скорость нагрева достаточно высока, чтобы жидкий металл не успевал вытекать, и нагревается дальше, пока не испарится. В течение этой фазы электрическое сопротивление сборки мостовой проволоки возрастает. Затем в парах металла образуется электрическая дуга , что приводит к падению электрического сопротивления и резкому росту тока, быстрому дальнейшему нагреву ионизированных паров металла и образованию ударной волны . Для достижения плавления и последующего испарения проволоки за время, достаточно короткое для создания ударной волны, требуется скорость нарастания тока не менее 100 ампер в микросекунду.
Если скорость нарастания тока ниже, мост может сгореть, возможно, вызвав дефлаграцию гранулы PETN, но это не вызовет детонацию. EBW, содержащие PETN, также относительно нечувствительны к разряду статического электричества. Их использование ограничено диапазоном термической стабильности PETN. Ударные детонаторы , которые могут использовать гексанитростильбен высокой плотности , могут использоваться при температурах до почти 300 °C (572 °F) в средах от вакуума до высокого давления. [7]
EBW и ударный детонатор являются самыми безопасными известными типами детонаторов, поскольку только очень сильный импульс с быстрым нарастанием тока может успешно вызвать их. Однако для них требуется громоздкий источник питания для требуемых скачков тока. Чрезвычайно короткое время нарастания обычно достигается путем разряда малоиндуктивного , высокоемкостного, высоковольтного конденсатора (например, масляного, из майларовой фольги или керамики) через подходящий переключатель ( искровой разрядник , тиратрон , критрон и т. д.) в мостовой провод. Очень грубым приближением для конденсатора является номинал 5 киловольт и 1 микрофарад, а пиковый ток колеблется от 500 до 1000 ампер. [1] Высокое напряжение может быть получено с помощью генератора Маркса . Для достижения необходимой скорости нарастания тока требуются низкоомные конденсаторы и низкоомные коаксиальные кабели .
Генератор компрессии потока является одной из альтернатив конденсаторам. При срабатывании он создает сильный электромагнитный импульс , который индуктивно связан с одной или несколькими вторичными катушками, подключенными к мостовым проводам или фольге ударника. Конденсатор с низкой плотностью энергии, эквивалентный генератору компрессии, будет иметь размер примерно с банку из-под газировки. Энергия в таком конденсаторе составит 1 ⁄ 2 ·C·V 2 , что для вышеупомянутого конденсатора составляет 12,5 Дж. (Для сравнения, дефибриллятор выдает ~200 Дж от 2 кВ и, возможно, 20 мкФ. [8] Вспышка-строб в одноразовой камере обычно составляет 3 Дж от конденсатора 300 В емкостью 100 мкФ.)
В атомной бомбе та же или похожая схема используется для питания нейтронного триггера — первоначального источника нейтронов деления .
.jpg/1280px-HD.4G.053_(10540204545).jpg)
