El detonador de alambre 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 mediante una corriente eléctrica. Los EBW utilizan un mecanismo físico diferente al de los detonadores, ya que utilizan más electricidad entregada mucho más rápidamente. Explosión con sincronización más precisa después de aplicar la corriente eléctrica, mediante el método del proceso de explosión del alambre . Esto ha llevado a su uso común en armas nucleares . [1]
El detonador slapper es un desarrollo más reciente en líneas similares.
La EBW fue inventada 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 utilizaron un sistema detonador inusual y de alta confiabilidad con dos "cuernos" EBW conectados a una sola carga de refuerzo, que luego disparó cada una de las 32 unidades de lentes explosivas. [2] [3]
Las 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 pozo ) se comprime muy rápidamente. Esto se logra mediante explosivos convencionales colocados uniformemente alrededor del pozo. La implosión debe ser muy simétrica, de lo contrario 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 hace contacto con el explosivo y una fuente de electricidad de alta tensión , alta corriente y baja impedancia ; debe proporcionar de forma fiable y constante un impulso de arranque rápido. Cuando el cable se conecta a través de este voltaje, la alta corriente resultante se funde y luego vaporiza el cable en unos pocos microsegundos. El choque y el calor resultantes inician el alto explosivo . [1]
Esto explica los pesados cables que se ven en las fotos del Trinity " Gadget "; El cable de alto voltaje requiere un buen aislamiento y tenían que entregar una gran corriente con poca caída de voltaje, para que el EBW no lograra la transición de fase lo suficientemente rápido.
El detonador logra la sincronización precisa de los EBW utilizando los efectos físicos directos del cable puente vaporizado para iniciar la detonación en la carga de refuerzo del detonador. Dada una cantidad de corriente y voltaje suficientemente alta y conocida, el tiempo de vaporización del cable 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 el cable de un puente en lugar de vaporizarlo, y ese calentamiento hace que el explosivo primario detone. El contacto impreciso entre el cable puente y el explosivo primario cambia la rapidez con la que se calienta el explosivo, y variaciones eléctricas menores en el cable o los cables también cambiarán la rapidez con la que se calienta. El proceso de calentamiento suele tardar entre milisegundos y decenas de milisegundos en completarse e iniciar la detonación en el explosivo primario. Esto es aproximadamente entre 1.000 y 10.000 veces más largo y menos preciso que la vaporización eléctrica EBW.
Dado que los explosivos detonan normalmente a entre 7 y 8 kilómetros por segundo, o entre 7 y 8 metros por milisegundo, un retraso de 1 milisegundo en la detonación de un lado al otro de un arma nuclear sería mayor que el tiempo que tardaría la detonación en cruzar el arma. . La precisión y consistencia del tiempo de los EBW (0,1 microsegundos o menos) son aproximadamente tiempo suficiente para que la detonación se mueva 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 lentes explosivas para armas nucleares .
En EE.UU., debido a su uso común en armas nucleares, estos dispositivos están sujetos a las autoridades de control nuclear de cada estado, según las Directrices para la Exportación de Material, Equipo y Tecnología Nuclear. Las EBW están en la Lista de Municiones de Estados Unidos y las exportaciones están altamente reguladas. [4]
Las EBW han encontrado usos fuera de las armas nucleares, como el Titan IV , [5] aplicaciones conscientes de la seguridad donde las corrientes eléctricas dispersas podrían detonar detonadores normales, y aplicaciones que requieren una sincronización muy precisa para explosiones comerciales de múltiples puntos en minas o canteras. [6] Los detonadores EBW son mucho más seguros que los detonadores eléctricos normales porque, a diferencia de los detonadores normales, 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 mils ) de diámetro y 1 mm (40 mils) de longitud, pero se pueden encontrar longitudes que oscilan entre 0,25 mm y 2,5 mm (10 mils a 100 mils). De los explosivos disponibles, sólo el PETN a bajas densidades puede iniciarse mediante un impacto suficientemente bajo para que su uso sea práctico en sistemas comerciales como parte del iniciador EBW. Se puede encadenar con otro propulsor explosivo , a menudo una bolita de tetril , RDX o algún PBX (p. ej., PBX 9407). Los detonadores sin dicho refuerzo se denominan detonadores de presión inicial (detonadores IP).
Durante la iniciación, el cable 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 calienta aún más hasta que se vaporiza. Durante esta fase aumenta la resistencia eléctrica del conjunto de cable puente. Luego se forma un arco eléctrico en el vapor de metal, lo que provoca una caída de la resistencia eléctrica y un fuerte aumento de la corriente, un rápido calentamiento adicional 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 suficientemente corto para crear una onda de choque, se requiere una tasa de aumento de corriente de al menos 100 amperios por microsegundo.
Si la tasa de aumento actual es menor, el puente puede arder, provocando quizás la deflagración del perdigón de PETN, pero no provocará 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 Slapper , que pueden utilizar hexanitrostilbeno de alta densidad , se pueden utilizar en temperaturas de hasta casi 300 °C (572 °F) en entornos que van desde el vacío hasta las altas presiones. [7]
El EBW y el detonador slapper son los tipos de detonadores más seguros que se conocen, ya que sólo un pulso de corriente muy alta y de aumento rápido puede activarlos con éxito. Sin embargo, requieren una fuente de energía voluminosa para las sobretensiones requeridas. Los tiempos de subida extremadamente cortos generalmente se logran descargando un capacitor de baja inductancia , alta capacitancia y alto voltaje (por ejemplo, lleno de aceite, lámina de Mylar o cerámico) a través de un interruptor adecuado ( explorador , tiratrón , krytron , etc.). .) en el cable del puente. Una aproximación muy aproximada para el condensador es una potencia nominal de 5 kilovoltios y 1 microfaradio, y la corriente máxima oscila entre 500 y 1000 amperios. [1] El alto voltaje puede generarse 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 dispara, crea un fuerte pulso electromagnético , que se acopla inductivamente en una o más bobinas secundarias conectadas a los cables del puente o a las láminas del azote. 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 dicho capacitor sería 1 ⁄ 2 ·C·V 2 , que para el capacitor mencionado anteriormente es 12,5 J. (En comparación, un desfibrilador suministra ~200 J desde 2 kV y quizás 20 μF. [8] El flash estroboscópico de una cámara desechable suele ser de 3 J 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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