Detonator de sârmă exploziv
1. Armură externă
2. Exploziv puternic
3. Linia de vaporizare
4. Cablu de intrare
5. Cablu de intrare
6. Suport izolator
7. Tuburi batiste
8. Porțiunea de divizare a suportului
9. (nimic)
10. Condensator
11. Comutator
12. Baterie
Un detonator de sârmă explodantă (adesea abreviat cu EBW , din engleză exploding wire detonator sau detonator de sârmă de explodare ) este un tip de detonator utilizat pentru a declanșa reacția de detonare în materiale explozive similare cu un detonator electric , deoarece este activat și cu ajutorul unui actual. Spre deosebire de un detonator electric, un EBW folosește mai multă energie electrică care este descărcată mult mai rapid, urmând procesul metodei de sârmă explozivă și asigurându-se astfel că explozia are loc cu o precizie temporală foarte mare în comparație cu aplicarea curentului electric. Tocmai această ultimă caracteristică a lor a dus la explozia detonatoarelor de sârmă care au fost adoptate în mod obișnuit în armele nucleare . [1]
Începând de la EBW, un alt tip de detonator a fost dezvoltat de Laboratorul Național Lawrence Livermore , și anume detonatorul de folie care explodează , EFI, care a înlocuit acum firul detonatorului care explodează în aproape toate arsenalele nucleare din lume. [2]
Dezvoltare
Explodarea firului detonator a fost inventată de fizicianul Luis Álvarez , laureat al Premiului Nobel pentru fizică în 1968, și de asistentul său, Lawrence Johnson, în timpul șederii lor la laboratoarele Los Alamos, [3] ca parte a Proiectului Manhattan . În special, detonatorul a fost făcut ad hoc pentru bombele de implozie nucleară, precum The Gadget , prima bombă nucleară din istorie și Fat Man , bomba aruncată asupra Nagasaki pe 9 august 1945 . Detonatoarele EBW Model 1773 ale lui Fat Man au folosit un sistem de detonare pe cât de neobișnuit, pe atât de fiabil, bazat pe două fire care explodează agățate de un singur declanșator, a căror evaporare a inițiat detonarea a 32 de lentile explozive . [4] [5]
Descriere
Un EBW are două părți principale: o bucată de fir subțire în contact cu explozivul și o sursă de curent electric de înaltă tensiune, cu impedanță redusă, care are sarcina de a furniza impulsul inițial cât mai repede posibil. Când firul este traversat de curent, acesta se topește și se evaporă în câteva microsecunde, iar unda de șoc și căldura rezultate în urma acestui proces declanșează explozivul rapid al lentilei explozive. [3]
Mecanismul de funcționare
Firul de evaporat este de obicei făcută din aur , dar , uneori , platină sau aur și platină aliaje sunt de asemenea folosite. Cel mai frecvent format disponibil pe piață are un diametru de 0,038 mm și 1 mm lungime, dar pot fi găsite și formate lungi de la 0,25 la 2,5 mm. Dintre diferiții explozivi disponibili, numai PETN cu densitate redusă poate fi declanșat de un șoc atât de mic încât poate fi practic utilizabil în sistemele comerciale ca parte a unui detonator EBW. Acest lucru poate fi legat de un alt exploziv care acționează ca un rapel , cum ar fi tetrile , RDX sau ca un exploziv de tip PBX, cum ar fi PBX 9407. [6]
Ca prim pas, firul se încălzește datorită trecerii curentului până la atingerea punctului său de topire. În această fază, în care rezistența electrică a dispozitivului crește, rata de încălzire este de așa natură încât metalul lichid nu are timp să curgă, în schimb fiind vaporizat. Apoi se formează un arc electric în interiorul metalului vaporizat, ceea ce duce la o scădere a rezistenței electrice și la o creștere bruscă a curentului, accelerând și mai mult încălzirea metalului ionizat în faza de vapori și producând o undă de șoc. Pentru a realiza lichefierea și evaporarea ulterioară a firului într-un timp suficient de scurt pentru a crea o undă de șoc, este necesară o creștere a intensității curentului de cel puțin 100 amperi pe microsecundă. Dacă creșterea este mai mică, firul poate arde, ducând în unele cazuri la deflagrația masei PETN, dar fără a provoca detonarea. [6]
Sincronizarea precisă care poate fi realizată cu EBW-uri se datorează faptului că detonatorul folosește efectele fizice ale vaporizării firului pentru a declanșa detonarea în lentila explozivă. Având în vedere o cantitate mare și cunoscută de curent electric, de fapt, timpul de vaporizare a firului este extrem de scurt (în ordinea câtorva microsecunde) și mai presus de toate este previzibil cu o precizie extremă (abaterea standard a timpului de detonare este de ordinea câtorva zeci de nanosecunde).
Detonatoarele electrice convenționale folosesc electricitatea pentru a încălzi un fir mai degrabă decât să-l vaporizeze, iar această încălzire determină detonarea explozivului primar. Deja un contact inexact între fir și explozivul primar, totuși, este suficient să se schimbe viteza cu care este încălzit explozivul primar și la aceasta trebuie adăugat faptul că chiar și variațiile electrice minime în fir sau în comenzi pot modificați această viteză. Într-un detonator electric convențional, atunci procesul de încălzire durează de obicei câteva până la zeci de milisecunde pentru a finaliza și declanșa detonarea, un timp mai puțin precis și de 1.000 până la 10.000 de ori mai lung decât cel necesar vaporizării electrice într-un EBW.
Utilizare
Arme nucleare
Detonatoarele de sârmă de sablare au fost dezvoltate ca mijloc de detonare a mai multor încărcături explozive cu cât mai multă simultaneitate posibil. Într-o armă nucleară de implozie, cum ar fi Fat Man , de exemplu, un set de lentile explozive, fabricate cu explozivi cu viteză mare și mică, sunt utilizate pentru a converti mai multe unde de detonare divergente și aproximativ sferice într-o singură undă sferică convergentă. Această undă convergentă are apoi scopul de a prăbuși diferitele cochilii sferice (tamperul, scutul reflectorizant, etc ...) plasate în jurul nucleului materialului fissil și de a comprima acesta din urmă cât mai repede și simetric posibil, atât de mult încât atinge o stare de criticitate gata (în primele bombe de implozie care foloseau un inițiator de neutroni intern , scopul undei de detonare era de a activa și această componentă).
Ilustrația din stânga reprezintă o secțiune transversală a uneia dintre pene poligonale, hexagonale și pentagonale, plasate în jurul nucleului unei vechi bombe de implozie pentru a forma o coajă sferică perfectă cu geometria similară cu cea a unei mingi de fotbal. Detonatorul de sârmă care explodează, în partea stângă a imaginii, are sarcina de a declanșa crearea unei unde de șoc emisferice care trece prin explozivul rapid. [3]
Deoarece rata de detonare a unui exploziv ridicat este de obicei de 7/8 kilometri pe secundă, sau de 7/8 metri pe milisecundă, o întârziere de o milisecundă în detonarea unei părți a unei arme nucleare față de cealaltă ar fi mai lungă decât este nevoie pentru detonare pentru a trece prin întregul dispozitiv. Simultaneitatea detonației care poate fi obținută cu EBW (cu o diferență de aproximativ 0,1 microsecunde) este de așa natură încât o undă de detonare are o întârziere de aproximativ un milimetru comparativ cu alta (pentru cele mai moderne EBW-uri, aceasta este chiar o abatere de 0,025 microsecunde și, prin urmare, o întârziere între două unde de detonare de 0,2 mm), ceea ce face ca aceste detonatoare să fie suficient de precise pentru a fi utilizate într-o armă nucleară așa cum este descris mai sus.
Tocmai datorită utilizării lor tipice în dispozitivele nucleare, în Statele Unite ale Americii comerțul cu aceste dispozitive este supus în fiecare stat al federației controlului autorităților nucleare în conformitate cu orientările legilor privind comerțul și exportul de materiale ., echipamente și tehnologii nucleare.
Alte utilizări
De-a lungul anilor, EBW-urile au găsit, de asemenea, utilizarea în afara câmpului nuclear, de exemplu în rachetele Titan IV , utilizate atât în câmpul militar, cât și în cel civil, [7] sau în aplicații în care sincronizarea ridicată a diferitelor explozii este întotdeauna necesară, așa cum se întâmplă pentru exemplu în detonările comerciale efectuate în cariere și mine. În plus, deoarece EBW-urile nu conțin explozivi primari, cum ar fi azida de plumb , care poate fi foarte sensibilă la electricitatea statică și la alți factori de mediu, sunt mult mai sigure decât detonatoarele electrice obișnuite.
Sistem de aprindere
Tocmai pentru că necesită un impuls de curent foarte rapid la intensitate mare, detonatoarele de tip EBW sunt, împreună cu detonatoarele cu folie explozive, cele mai sigure detonatoare. Vârfurile de energie puternice și foarte scurte necesare sunt obținute de obicei prin descărcarea unui condensator de înaltă tensiune cu inductanță parazitară scăzută și capacitate mare (de exemplu ceramică sau mylar) datorită unui comutator special (de exemplu un tiratron , un krytron etc.) ) pe fir. [1] Un generator Marx poate fi utilizat pentru a furniza tensiunea înaltă necesară, în timp ce sunt necesare și cabluri coaxiale cu impedanță redusă pentru a se asigura curentul de vârf dorit. În cazul primelor bombe de implozie, The Gadget and Fat Man , Donald F. Horning, unul dintre cei mai tineri oameni de știință de la Los Alamos, a studiat un dispozitiv numit X-Unit capabil să acumuleze 5.600 de volți într-un banc de condensatori și apoi să transmită electricitate instantaneu către toți detonatorii. [3] Aceasta explică, de exemplu, cablurile mari văzute în fotografiile bombei Gadget care înconjoară bomba: cablurile de înaltă tensiune, de fapt, au nevoie de o izolație bună pentru a asigura cea mai mică cădere de tensiune posibilă și pentru a preveni capetele subțiri ale EBW nu ajung la tranziția de fază suficient de repede.
O alternativă la utilizarea condensatoarelor poate fi utilizarea unui generator de compresie a fluxului magnetic , dezvoltat în principal de Clarence "Max" Fowler , din laboratoarele Los Alamos. Odată activat, generatorul creează un impuls electromagnetic care este cuplat inductiv cu una sau mai multe bobine secundare conectate la firele metalice care urmează să fie vaporizate. [2]
Notă
- ^ a b Paul W. Cooper, Detonatoare explodante cu fire , în Explosives Engineering , Wiley-VCH, 1996, pp. 353 -367, ISBN 0-471-18636-8 .
- ^ a b Secțiunea 4.1.6.2.2.6, Sisteme de detonare , la nuclearweaponarchive.org , Nuclear Weapon Archive. Adus la 30 iunie 2019 .
- ^ a b c d Eric Schlosser, Sphere withinphere , în Command and Control , Mondadori Editions, 2015.
- ^ John Coster-Mullen, Capitolul 5: Fat Man , în Atom Bombs: The Top Secret Inside Story of Little Boy and Fat Man , John Coster-Mullen, 2002, pp. 59-66, 218-220,OCLC 51283880 , ASIN B0006S2AJ0.
- ^ Subiecte tehnice RISI Industries 05-93 Istorie ( PDF ), pe teledynerisi.com , RISI Industries, mai 1993. Accesat la 24 iunie 2019 (arhivat din original la 6 octombrie 2011) .
- ^ a b Paul W. Cooper, capitolul 4.5 Detonatoarele explodante de fire de pod , în Introducere în tehnologia explozivilor , Wiley-VCH, 1996, ISBN 978-0471186359 .
- ^ Donald L. Jackson, Barry T. Neyer și Michael K. Saemisch, Dezvoltarea și calificarea detonatorului de înaltă tensiune (HVD) , la neyersoftware.com , Proceedings of 32th Joint Propulsion Conference, iulie 1996. Accesat la 22 iunie 2019 .
