Детонатор с взрывающейся проволокой

Детонатор с взрывающейся проволокой ( EBW , также известный как детонатор с взрывающейся проволокой ) — это тип детонатора, используемый для инициирования реакции детонации во взрывчатых материалах , похожий на капсюль-детонатор , поскольку он запускается с использованием электрического тока. В EBW используется другой физический механизм, чем в капсюлях-детонаторах, при этом используется больше электроэнергии, доставляемой гораздо быстрее. Взрыв с более точным расчетом времени после подачи электрического тока методом взрыва проволоки . Это привело к их повсеместному использованию в ядерном оружии . ^[1]

Хлопковый детонатор является более поздней разработкой аналогичного характера.

История

EBW был изобретен Луисом Альваресом и Лоуренсом Джонстоном для «Толстяк» бомб типа Манхэттенского проекта во время их работы в Национальной лаборатории Лос-Аламоса . В детонаторах EBW Fat Man Model 1773 использовалась необычная, высоконадежная система детонаторов с двумя «рожками» EBW, прикрепленными к одному ускорительному заряду, который затем запускал каждую из 32 взрывных линз. ^[2]^[3]

Описание

EBW были разработаны как средство одновременного взрыва нескольких зарядов взрывчатого вещества, в основном для использования в ядерном оружии на основе плутония , в котором плутониевое ядро (называемое ямой ) сжимается очень быстро. Это достигается за счет обычной взрывчатки, равномерно размещенной вокруг ямы. Имплозия должна быть очень симметричной, иначе плутоний просто вылетел бы в точках низкого давления. Следовательно, детонаторы должны иметь очень точное время срабатывания.

ЭЛС состоит из двух основных частей: кусок тонкой проволоки, контактирующий с взрывчатым веществом, и высоковольтный, сильноточный электричества источник с низким сопротивлением; он должен надежно и стабильно подавать быстрый пусковой импульс. Когда провод подключен к этому напряжению, возникающий в результате сильный ток плавится, а затем испаряет провод за несколько микросекунд. Возникающий в результате шок и тепло приводят к взрыву . ^[1]

Тринити Гаджет
Крупный план детонатора. EBW представляет собой Y-образное устройство с двумя проводами, входящими под углом вдоль поверхности. Более крупные круглые объекты с двумя проводами, выходящими перпендикулярно поверхности, являются диагностическим оборудованием.

Этим объясняются тяжелые кабели, видимые на фотографиях Тринити « Гаджета » ; Высоковольтный кабель требует хорошей изоляции, и они должны были подавать большой ток с небольшим падением напряжения, чтобы EBW не достиг фазового перехода достаточно быстро.

Точная синхронизация ЭЛС достигается за счет того, что детонатор использует прямое физическое воздействие испаренной перемычки для инициирования детонации в бустерном заряде детонатора. Учитывая достаточно высокую и хорошо известную величину электрического тока и напряжения, время испарения мостовой проволоки является чрезвычайно коротким (несколько микросекунд), а также чрезвычайно точным и предсказуемым (стандартное отклонение времени детонации составляет всего несколько десятков наносекунд). .

Обычные капсюли-детонаторы используют электричество для нагрева проволочного моста, а не для его испарения, и этот нагрев затем вызывает детонацию основного взрывчатого вещества. Неточный контакт между перемычкой и основным 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 основного взрывчатого вещества. Это примерно в 1000–10 000 раз дольше и менее точно, чем электрическое испарение EBW.

Современные взрывающиеся проволочные детонаторы, расположенные в лотке.

Использование в ядерном оружии

Поскольку взрывчатка обычно детонирует со скоростью 7–8 километров в секунду, или 7–8 метров в миллисекунду, задержка детонации в 1 миллисекунду от одной стороны ядерного оружия к другой будет дольше, чем время, которое потребуется детонации, чтобы пересечь оружие. . Временная точность и постоянство EBW (0,1 микросекунды или меньше) примерно достаточны для того, чтобы детонация переместилась максимум на 1 миллиметр, а для наиболее точных коммерческих EBW это составляет 0,025 микросекунды и изменение детонационной волны примерно на 0,2 мм. Это достаточно точно для применений с очень жесткими допусками, таких как линзы взрывчатых веществ ядерного оружия .

В США из-за их повсеместного использования в ядерном оружии эти устройства подлежат контролю со стороны органов ядерного контроля каждого штата в соответствии с Руководящими принципами экспорта ядерных материалов, оборудования и технологий. ЭБВ включены в Список боеприпасов США , а их экспорт строго регулируется. ^[4]

Гражданское использование

EBW нашли применение помимо ядерного оружия, такого как Titan IV , ^[5] приложения, ориентированные на безопасность, где паразитные электрические токи могут привести к детонации обычных капсюлей-детонаторов, а также приложения, требующие очень точного расчета времени для многоточечных коммерческих взрывных работ в шахтах или карьерах. ^[6] Детонаторы EBW намного безопаснее обычных электродетонаторов, поскольку в отличие от обычных детонаторов EBW не содержат первичного взрывчатого вещества. Первичные взрывчатые вещества, такие как азид свинца, очень чувствительны к статическому электричеству, радиочастотам, ударам и т. д.

Механизм работы

Перемычка обычно изготавливается из золота , но платину также можно использовать или сплавы золота с платиной. Наиболее распространенный размер промышленной 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 до 100 мил). Из имеющихся взрывчатых веществ только ТЭН при низкой плотности может инициироваться достаточно слабым ударом, чтобы сделать его использование практичным в коммерческих системах в составе инициатора ЭЛС. Его можно связать с другим взрывным усилителем , часто с шариком тетрила , гексогена или какого-нибудь PBX (например, PBX 9407). Детонаторы без такого усилителя называются детонаторами начального нажатия (ДП).

Во время инициирования проволока нагревается проходящим током до достижения точки плавления. Скорость нагрева настолько высока, что жидкий металл не успевает утечь и нагревается дальше, пока не испаряется. На этом этапе электрическое сопротивление узла перемычки возрастает. Затем в парах металла образуется электрическая дуга , приводящая к падению электрического сопротивления и резкому росту тока, быстрому дальнейшему нагреву ионизированных паров металла и образованию ударной волны . Чтобы добиться плавления и последующего испарения проволоки за достаточно короткое время для создания ударной волны, необходима скорость нарастания тока не менее 100 ампер в микросекунду.

Если скорость нарастания тока ниже, мост может сгореть, что может привести к возгоранию таблетки ТЭНа, но это не приведет к детонации. ЭЛС, содержащие ТЭН, также относительно нечувствительны к разрядам статического электричества. Их применение ограничено диапазоном термостабильности тэна. Хлопковые детонаторы , в которых может использоваться гексанитростильбен высокой плотности , могут использоваться при температурах почти до 300 ° C (572 ° F) в средах, варьирующихся от вакуума до высокого давления. ^[7]

Система стрельбы

EBW и ударный детонатор являются самыми безопасными известными типами детонаторов, поскольку только очень сильноточный и быстро нарастающий импульс может успешно активировать их. Однако для обеспечения требуемых скачков тока им требуется громоздкий источник питания. Чрезвычайно короткое время нарастания обычно достигается путем разряда с низкой индуктивностью и высокой емкостью высоковольтного конденсатора (например, масляного, майларового или керамического) через подходящий переключатель ( искровой разрядник , тиратрон , критрон и т. д.). .) в провод моста. Очень грубое приближение для конденсатора — номинал 5 киловольт и 1 микрофарад, а пиковый ток колеблется от 500 до 1000 ампер. ^[1] Высокое напряжение можно генерировать с помощью генератора Маркса . конденсаторы с низким сопротивлением и коаксиальные кабели Для достижения необходимой скорости нарастания тока необходимы с низким сопротивлением.

Генератор сжатия потока является одной из альтернатив конденсаторам. При срабатывании он создает сильный электромагнитный импульс , который индуктивно связывается с одной или несколькими вторичными катушками, соединенными с перемычками или фольгой. Конденсатор с низкой плотностью энергии, эквивалентный компрессионному генератору, будет размером примерно с банку из-под газировки. Энергия в таком конденсаторе будет равна 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-стробоскоп в одноразовом фотоаппарате обычно составляет 3 Дж от конденсатора на 300 В емкостью 100 мкФ.)

В бомбе деления такая же или подобная схема используется для питания нейтронного триггера — первоначального источника нейтронов деления .

См. также

Конструкция ядерного оружия - оружие имплозивного типа.
Последовательность запуска
Хлопковый детонатор (дальнейшее развитие детонатора с взрывающейся проволокой)
Электротермо-химическая технология

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Купер, Пол В. (1996). «Взрывающиеся детонаторы мостовой проволоки». Взрывоопасная техника . Вайли-ВЧ. стр. 353–367. ISBN 0-471-18636-8 .
^ Костер-Маллен, Джон (2002). «Глава 5: Толстяк». Атомные бомбы: Совершенно секретная внутренняя история маленького мальчика и толстяка . Джон Костер-Маллен. стр. 59–66, 218–220. OCLC 51283880 . АСИН B0006S2AJ0.
^ «Технические темы RISI Industries 05-93 История» (PDF) . РИСИ Индастриз. Май 1993 г. Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2011 г. . Проверено 14 июля 2017 г.
^ «Технические темы RISI 11–92, лицензии ATF» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2007 года.
^ «АИАА 96-2874 Разработка и квалификационные испытания высоковольтного детонатора» .
^ «Teledyne RISI - Выбор правильного детонатора EBW» . Архивировано из оригинала 6 января 2009 года.
^ Купер, Пол В. (1996). «Глава 4.5. Взрывы проволочных детонаторов». Введение в технологию взрывчатых веществ . Вайли-ВЧ. ISBN 978-0471186359 .
^ «Емкость и токи — Дефибриллятор» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2011 г. Проверено 17 мая 2011 г.

Внешние ссылки

Элементы конструкции оружия деления, раздел 4.1.6.2.2.6

[Cooper-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Купер, Пол В. (1996). «Взрывающиеся детонаторы мостовой проволоки». Взрывоопасная техника . Вайли-ВЧ. стр. 353–367. ISBN 0-471-18636-8 .

[Coster-Mullen-2] Костер-Маллен, Джон (2002). «Глава 5: Толстяк». Атомные бомбы: Совершенно секретная внутренняя история маленького мальчика и толстяка . Джон Костер-Маллен. стр. 59–66, 218–220. OCLC 51283880 . АСИН B0006S2AJ0.

[RISI-History-3] «Технические темы RISI Industries 05-93 История» (PDF) . РИСИ Индастриз. Май 1993 г. Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2011 г. . Проверено 14 июля 2017 г.

[RISI-Export-4] «Технические темы RISI 11–92, лицензии ATF» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2007 года.

[5] «АИАА 96-2874 Разработка и квалификационные испытания высоковольтного детонатора» .

[RISI-Models-6] «Teledyne RISI - Выбор правильного детонатора EBW» . Архивировано из оригинала 6 января 2009 года.

[Cooper-Intro-7] Купер, Пол В. (1996). «Глава 4.5. Взрывы проволочных детонаторов». Введение в технологию взрывчатых веществ . Вайли-ВЧ. ISBN 978-0471186359 .

[8] «Емкость и токи — Дефибриллятор» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2011 г. Проверено 17 мая 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]