El detonador de alambre de puente explosivo ( EBW , también conocido como detonador de alambre explosivo ) es un tipo de detonador utilizado para iniciar la reacción de detonación en materiales explosivos , similar a un detonador porque se dispara utilizando una corriente eléctrica. Los EBW utilizan un mecanismo físico diferente al de los detonadores, utilizando más electricidad entregada mucho más rápidamente. Explotan con una sincronización más precisa después de que se aplica la corriente eléctrica mediante el proceso de alambre explosivo . La sincronización precisa de los detonadores de alambre explosivo en comparación con otros tipos de detonadores ha llevado a su uso común en armas nucleares . [1]
El detonador tipo slapper es un desarrollo más reciente en líneas similares.
El detonador EBW fue inventado por Luis Álvarez y Lawrence Johnston para las bombas tipo Fat Man del Proyecto Manhattan , durante su trabajo en el Laboratorio Nacional de Los Álamos . Los detonadores EBW Fat Man Modelo 1773 utilizaban un sistema detonador inusual y de alta confiabilidad con dos "cuernos" EBW unidos a una sola carga de refuerzo, que luego disparaba cada una de las 32 unidades de lentes explosivas. [2] [3]
Los detonadores EBW se desarrollaron como un medio para detonar múltiples cargas explosivas simultáneamente, principalmente para su uso en armas nucleares basadas en plutonio en las que un núcleo de plutonio (llamado núcleo de plutonio ) se comprime muy rápidamente. Esto se logra mediante explosivos convencionales colocados uniformemente alrededor del núcleo de plutonio. La implosión debe ser altamente simétrica o el plutonio simplemente sería expulsado en los puntos de baja presión. En consecuencia, los detonadores deben tener una sincronización muy precisa.
Un EBW tiene dos partes principales: un trozo de alambre fino que entra en contacto con el explosivo y una fuente de electricidad de alta tensión , alta corriente y baja impedancia ; debe suministrar de manera confiable y constante un pulso de arranque rápido. Cuando el alambre se conecta a través de este voltaje, la alta corriente resultante funde y luego vaporiza el alambre en unos pocos microsegundos. El choque y el calor resultantes inician el alto explosivo . [1]
Esto explica los cables pesados que se ven en las fotos del " Gadget " de Trinity ; los cables de alto voltaje requieren un buen aislamiento y tenían que suministrar una gran corriente con poca caída de voltaje, para que el EBW no lograra la transición de fase lo suficientemente rápido.
La sincronización precisa de las EBW se logra mediante el detonador que utiliza los efectos físicos directos del alambre puente vaporizado para iniciar la detonación en la carga de refuerzo del detonador. Dada una cantidad suficientemente alta y bien conocida de corriente eléctrica y voltaje, el tiempo de vaporización del alambre puente es extremadamente corto (unos pocos microsegundos) y extremadamente preciso y predecible (la desviación estándar del tiempo para detonar es tan baja como unas pocas decenas de nanosegundos).
Los detonadores convencionales utilizan electricidad para calentar un alambre puente en lugar de vaporizarlo, y ese calentamiento hace que el explosivo primario detone. El contacto impreciso entre el alambre puente y el explosivo primario cambia la velocidad con la que se calienta el explosivo, y pequeñas variaciones eléctricas en el alambre o los cables también cambiarán la velocidad con la que se calienta. El proceso de calentamiento normalmente tarda entre milisegundos y decenas de milisegundos en completarse e iniciar la detonación del explosivo primario. Esto es aproximadamente entre 1000 y 10 000 veces más largo y menos preciso que la vaporización eléctrica EBW.
Dado que los explosivos detonan normalmente a 7-8 kilómetros por segundo, o 7-8 metros por milisegundo, un retraso de 1 milisegundo en la detonación de un lado a otro de un arma nuclear sería mayor que el tiempo que tardaría la detonación en atravesar el arma. La precisión y consistencia temporal de los EBW (0,1 microsegundos o menos) son aproximadamente el tiempo suficiente para que la detonación se desplace 1 milímetro como máximo, y para los EBW comerciales más precisos esto es 0,025 microsegundos y aproximadamente 0,2 mm de variación en la onda de detonación. Esto es suficientemente preciso para aplicaciones con tolerancias muy estrictas, como las lentes explosivas de armas nucleares .
En los Estados Unidos, debido a su uso común en armas nucleares, estos dispositivos están sujetos a las autoridades de control nuclear de cada estado, de acuerdo con las Directrices para la Exportación de Material, Equipo y Tecnología Nuclear. Las EBW están en la Lista de Municiones de los Estados Unidos y sus exportaciones están altamente reguladas. [4]
Los detonadores EBW se han utilizado fuera de las armas nucleares, como el Titan IV , [5] en aplicaciones que requieren seguridad, donde las corrientes eléctricas parásitas pueden detonar detonadores normales, y en aplicaciones que requieren una sincronización muy precisa para explosiones comerciales en múltiples puntos en minas o canteras. [6] Los detonadores EBW son mucho más seguros que los detonadores eléctricos regulares porque, a diferencia de los detonadores regulares, los EBW no tienen explosivos primarios. Los explosivos primarios, como la azida de plomo, son muy sensibles a la electricidad estática, la radiofrecuencia, los golpes, etc.
El alambre puente suele estar hecho de oro , pero también se pueden utilizar platino o aleaciones de oro/platino. El tamaño de alambre comercial más común es de 0,038 mm (1,5 milésimas de pulgada ) de diámetro y 1 mm (40 milésimas de pulgada) de longitud, pero se pueden encontrar longitudes que van desde 0,25 mm a 2,5 mm (10 milésimas de pulgada a 100 milésimas de pulgada). De los explosivos disponibles, solo el PETN a bajas densidades puede iniciarse con un choque suficientemente bajo para que su uso sea práctico en sistemas comerciales como parte del iniciador EBW. Se puede encadenar con otro amplificador explosivo , a menudo un pellet de tetril , RDX o algún PBX (p. ej., PBX 9407). Los detonadores sin dicho amplificador se denominan detonadores de presión inicial (detonadores IP).
Durante la iniciación, el alambre se calienta con la corriente que pasa hasta que se alcanza el punto de fusión. La velocidad de calentamiento es lo suficientemente alta como para que el metal líquido no tenga tiempo de fluir y se caliente aún más hasta que se vaporice. Durante esta fase, la resistencia eléctrica del conjunto de alambre puente aumenta. Luego, se forma un arco eléctrico en el vapor de metal, lo que provoca una caída de la resistencia eléctrica y un crecimiento brusco de la corriente, un calentamiento adicional rápido del vapor de metal ionizado y la formación de una onda de choque . Para lograr la fusión y posterior vaporización del alambre en un tiempo lo suficientemente corto como para crear una onda de choque, se requiere una velocidad de aumento de corriente de al menos 100 amperios por microsegundo.
Si la tasa de ascenso de la corriente es menor, el puente puede arder, lo que puede provocar la deflagración del perdigón de PETN, pero no provocará la detonación. Los EBW que contienen PETN también son relativamente insensibles a una descarga de electricidad estática. Su uso está limitado por el rango de estabilidad térmica del PETN. Los detonadores de percusión , que pueden utilizar hexanitrostilbeno de alta densidad , pueden utilizarse a temperaturas de hasta casi 300 °C (572 °F) en entornos que van desde el vacío hasta las altas presiones. [7]
El detonador EBW y el detonador de percusión son los tipos de detonadores conocidos más seguros, ya que solo un pulso de aumento rápido de corriente muy alta puede activarlos con éxito. Sin embargo, requieren una fuente de energía voluminosa para las sobretensiones de corriente requeridas. Los tiempos de aumento extremadamente cortos generalmente se logran descargando un condensador de baja inductancia , alta capacitancia y alto voltaje (por ejemplo, lleno de aceite, lámina de Mylar o cerámica) a través de un interruptor adecuado ( chispa , tiratrón , krytron , etc.) en el cable del puente. Una aproximación muy aproximada para el condensador es una clasificación de 5 kilovoltios y 1 microfaradio, y la corriente pico varía entre 500 y 1000 amperios. [1] El alto voltaje se puede generar utilizando un generador Marx . Se requieren condensadores de baja impedancia y cables coaxiales de baja impedancia para lograr la tasa de aumento de corriente necesaria.
El generador de compresión de flujo es una alternativa a los condensadores. Cuando se activa, crea un fuerte pulso electromagnético , que se acopla inductivamente a una o más bobinas secundarias conectadas a los cables del puente o a las láminas del slapper. Un condensador de baja densidad de energía equivalente a un generador de compresión sería aproximadamente del tamaño de una lata de refresco. La energía en un condensador de este tipo sería 1 ⁄ 2 ·C·V 2 , que para el condensador mencionado anteriormente es 12,5 J. (En comparación, un desfibrilador proporciona ~200 J a partir de 2 kV y quizás 20 μF. [8] El flash estroboscópico de una cámara desechable suele ser de 3 J a partir de un condensador de 300 V de 100 μF).
En una bomba de fisión, se utiliza el mismo circuito o uno similar para alimentar el disparador de neutrones , la fuente inicial de neutrones de fisión .
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