雷管

雷管は、 爆発物または爆発装置を爆発させるために使われる装置である。^[1]雷管には、起爆方法（化学的、機械的、電気的）と内部の仕組み（多くの場合、複数の段階を含む）に応じて、さまざまな種類がある。雷管の種類には、非電気式と電気式がある。非電気式雷管は、通常、刺突式または花火式であり、電気式雷管は通常、「熱線」（低電圧）、爆発する橋梁ワイヤ（高電圧）、または爆発箔（非常に高い電圧）である。^{[2] [3]}

1875年にジュリアス・スミスとペリー・ガーディナーがそれぞれ独立して発明した最初の電気雷管は、主爆薬として雷酸水銀を使用していた。世紀の変わり目頃、スミス・ガーディナー式雷管は10～20%の塩素酸カリウムを加えることで性能が向上した。^[4]この化合物は、採掘や採石作業によって大気中に放出される鉛の量を減らすために、アジ化鉛、スチフニン酸鉛、アルミニウム、DDNP（ジアゾジニトロフェノール）などの他の物質に取って代わられた。また、軍用雷管では少量のTNTまたはテトリル、市販の雷管ではPETNがよく使用される。

最初の雷管または起爆装置は1745年にイギリスの医師で薬剤師のウィリアム・ワトソンが、摩擦機械の電気火花が黒色火薬に混ざった可燃性物質に点火することで黒色火薬に点火できることを示したときに実証された。^[5]

1750年、フィラデルフィアのベンジャミン・フランクリンは、黒色火薬を詰めた紙管の両側にワイヤーを通し、両端を詰め物で密封した市販の爆薬帽を製作した。2本のワイヤーは接近するが接触しないため、2本のワイヤー間の大きな電気火花放電によって爆薬帽が発火する。^[6]

1832年、アメリカの化学者ロバート・ヘアが熱線雷管を製作したが、同様の試みはイタリアのボルタとカヴァッロによって以前にも行われていた。^[7] ヘアは、ブリキの管の中に火薬を詰め、その中に多重撚線を通すことで雷管を作った。ヘアは多重撚線の細い線を1本だけ残して切断し、細い線が熱橋線として機能できるようにした。大型の電池（ヘアはこれを「爆燃装置」または「熱量モーター」と呼んだ）からの強い電流を細い線に流すと、細い線が白熱し、火薬に点火した。^{[8] [9]}

1863年、アルフレッド・ノーベルは、ニトログリセリンは導火線では爆発しないが、導火線で点火した少量の火薬を爆発させることで爆発させることができることに気づいた。^{[10] 1年以内に、彼は雷管の火薬に}雷管水銀を添加し、1867年には導火線で点火する雷管水銀の小さな銅カプセルを使ってニトログリセリンを爆発させた。^[11]

1868年、ボストンのヘンリー・ジュリアス・スミスは、火花ギャップ点火装置と水銀雷管を組み合わせたダイナマイトを爆発させることができる最初の電気式ダイナマイトキャップを発表しました。^[12]

1875年にスミスが、そして1887年にマサチューセッツ州ノースアダムズのペリー・G・ガードナーが、熱線雷管と水銀雷管爆薬を組み合わせた電気雷管を開発した。^{[13] [14] [15]}これらは、一般的に現代的なタイプの最初の雷管であった。現代の雷管は異なる爆薬を使用し、一次爆薬と二次爆薬を別々に使用しているが、一般的にはガードナーとスミスの雷管と非常によく似ている。

スミスはまた、爆薬を点火するための最初の満足のいくポータブル電源を発明しました。それはラックとピニオンによって駆動される高電圧マグネトーで、ラックとピニオンは下方に押し下げられたTハンドルによって駆動されました。^[16]

電気マッチのキャップは 1900 年代初頭にドイツで開発され、1950 年代にICI International がAtlas Powder Co. を買収したときに米国に広まりました。これらのマッチのキャップは、世界標準のキャップの主流となりました。

雷管などの起爆装置の必要性は、より安全な二次および三次爆薬の開発から生まれました。二次および三次爆薬は通常、起爆装置から始まる爆発物列によって起爆されます。安全のため、起爆装置と主爆発装置は、通常、使用直前にのみ結合されます。

起爆装置は通常、3 つの部分からなる多段階装置です。

1. 最初の段階では、開始手段（火、電気など）が活性化するのに十分なエネルギー（熱または機械的衝撃）を提供します。
2. 簡単に点火できる一次爆薬で、それが爆発する
3. より強力な二次爆薬の少量が一次爆薬と直接接触し、「ベース」爆薬または「出力」爆薬と呼ばれ、雷管のケースを通して主爆薬装置を作動させて爆発を起こすことができます。

雷管の主爆薬として一般的に使用される爆薬には、アジ化鉛、スチフニン酸鉛、テトリル、DDNPなどがあります。初期の雷管には雷酸銀も使用されていましたが、より安価で安全な主爆薬に置き換えられました。アジ化銀は今でも時々使用されますが、価格が高いためほとんど使用されません。

主爆薬を可燃性だが爆発性のない混合物に置き換え、衝撃波を管に沿って伝播させて副爆薬に伝える「非主爆薬起爆装置」（略してNPED）を製作することが可能です。NPEDは衝撃によって誤って起爆することが難しく、鉛の使用を避けることができます。^[17]

二次的な「ベース」または「出力」爆発物としては、軍用起爆装置には通常TNTまたはテトリルが使用され、市販の起爆装置にはPETN が使用されています。

起爆装置は爆発物の取り扱いを安全にしますが、そのサイズが小さいにもかかわらず、人を傷つけるのに十分な量の爆発物を含んでいるため、取り扱いが危険です。訓練を受けていない人は、起爆装置を爆発物として認識しなかったり、外観から誤って危険ではないと判断して、必要な注意を払わずに取り扱ったりする可能性があります。

通常の雷管は通常、点火式爆薬の形をとります。これらは主に商業活動で使用されますが、軍事活動でも通常の雷管が使用されています。この形式の雷管は、最も一般的には安全導火線を使用して起爆し、通常兵器の廃棄など、時間的制約のない爆発に使用されます。よく知られている雷管には、アジ化鉛[Pb(N ₃ ) ₂ ]、アジ化銀[AgN ₃ ]、雷管水銀[Hg(ONC) ₂ ]などがあります。

電気雷管には、瞬間電気雷管 (IED)、短時間遅延雷管 (SPD)、長時間遅延雷管 (LPD) の 3 つのカテゴリがあります。SPD はミリ秒単位で測定され、LPD は秒単位で測定されます。特に核兵器の爆縮爆薬のようにナノ秒単位の精度が求められる状況では、爆発ブリッジワイヤ雷管が使用されます。初期衝撃波は、放電によって細いワイヤを蒸発させることで生成されます。新しく開発されたスラッパー雷管は、電気的に爆発したワイヤまたは箔によって加速された薄板を使用して初期衝撃を与えます。これは、一部の最新兵器システムで使用されています。この概念のバリエーションは採掘作業で使用され、光ファイバーによって箔に送達されたレーザーパルスによって箔が爆発します。

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  1955 年、雷管に使用するためのプラチナ線のトリミング
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  爆薬キャップの製造、ヘラクレス パウダー カンパニー、1955 年
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  電気雷管にプラグとブリッジワイヤーを挿入する、1955年

非電気式雷管は、衝撃管式雷管で、爆発を起こすために設計されており、一般的には建物の解体や鉱山や採石場での岩石の爆破に使用されます。電線の代わりに、中空のプラスチック管が雷管に点火インパルスを伝達するため、雷管は漂遊電流に関連するほとんどの危険を免れます。この雷管は、内壁が反応性爆発性化合物でコーティングされた小径の 3 層プラスチック管で構成されており、点火すると、粉塵爆発に似た低エネルギー信号を伝播します。反応は管の全長に沿って約 6,500 フィート/秒 (2,000 メートル/秒) の速度で伝わり、管の外側への乱れは最小限です。非電気式雷管は、1960 年代から 1970 年代にかけてスウェーデンの Nitro Nobel 社によって発明され、1973 年に解体市場に投入されました。

民間採鉱では、電子起爆装置の方が遅延の精度が優れています。電子起爆装置は、採鉱、採石、建設業界のさまざまな発破用途で正確で一貫した発破結果を生み出すために必要な精密な制御を提供するように設計されています。電子起爆装置は、専用のプログラミング デバイスを使用して、ミリ秒またはミリ秒未満の増分でプログラムできます。

無線電子起爆装置は民間採掘市場で利用可能になり始めている。^[18]暗号化された無線信号は、各起爆装置に適切なタイミングで爆破信号を伝達するために使用される。現時点では高価ではあるが、無線起爆装置は、複数の爆薬を一度に装填し、人間を危険にさらすことなく順番に発射することができるため、新しい採掘技術を可能にする可能性がある。

8番試験用爆薬帽は、80パーセントの雷酸水銀と20パーセントの塩素酸カリウムの混合物2グラムを含むもの、または同等の強度の爆薬帽です。同等の強度の爆薬帽は、0.40～0.45グラムのPETNベースチャージを、底部の厚さが0.03インチを超えないアルミニウムシェルに圧縮し、比重が1.4g/cc以上になるようにし、製造元に応じて標準重量のプライマーで下塗りしたものです。[1]

最も古くて単純なタイプのキャップであるヒューズキャップは、一端が閉じられた金属製の円筒形です。開いた端から内側に向​​かって、最初に花火のヒューズが挿入されて圧着される空きスペースがあり、次に花火の点火混合物、一次爆薬、そして主な起爆用の爆薬が挿入されます。花火用起爆帽の主な危険性は、適切に使用するには、ヒューズを挿入してから、ヒューズの周りのキャップのベースを押しつぶして所定の位置に圧着する必要があることです。キャップを圧着するツールを爆薬に近づけすぎると、圧着中に一次爆薬化合物が爆発する可能性があります。一般的な危険な方法は、歯でキャップを圧着することです。誤って爆発すると、口に重傷を負う可能性があります。ヒューズタイプの起爆帽は現在でも積極的に使用されています。これらは、特定の種類の電磁干渉の周囲で使用するのに最も安全なタイプであり、ヒューズが燃え尽きるまでの時間遅延が組み込まれています。

ソリッドパック電気起爆キャップは、細いブリッジワイヤを主爆薬と直接接触させて（つまりソリッドパック）、電流で加熱して主爆薬を爆発させます。次に、その主爆薬がより大きな副爆薬を爆発させます。一部のソリッドパックヒューズには、キャップが発火する前に最大数百ミリ秒の小さな花火遅延要素が組み込まれています。

マッチ型雷管は、ブリッジワイヤと主爆薬を直接接触させるのではなく、電気マッチ（両側に電極が付いた絶縁シート、両側にハンダ付けされた細いブリッジワイヤ、すべてを点火および出力混合物に浸したもの）を使用して主爆薬を点火します。マッチは雷管の残りの部分とは別に製造され、プロセスの最後にのみ組み立てられます。マッチ型雷管は現在、世界中で最も一般的に見られるタイプです。

爆発ブリッジワイヤ雷管は、1940年代に核兵器を開発するマンハッタン計画の一環として発明されました。 ^[19] 設計目標は、非常に迅速かつ予測通りに機能する雷管を製造することでした。マッチ型およびソリッドパック型の電気キャップはどちらも、ブリッジワイヤが加熱され、爆薬を爆発点まで加熱するため、発火までに数ミリ秒かかります。爆発ブリッジワイヤまたはEBW雷管は、より高電圧の電荷と、長さ0.04インチ、直径0.0016インチ（長さ1mm、直径0.04mm）の非常に細いブリッジワイヤを使用します。爆薬を加熱する代わりに、EBW雷管ワイヤは高発火電流によって非常に急速に加熱されるため、ワイヤは電気抵抗加熱により実際に蒸発して爆発します。^[20] その電気的に駆動される爆発により、低密度の起爆剤爆薬（通常はPETN）が起爆し、多くのEBW設計では、これが今度はより高密度の二次爆薬（通常はRDXまたはHMX）を起爆させます。^[21] EBW雷管は、適切に起爆すると非常に速く発射することに加えて、静電気やその他の電流の影響を受けにくいため、雷管よりもはるかに安全です。十分な電流が流れるとブリッジワイヤーが溶けますが、ブリッジワイヤーを通過する高電圧高電流が完全に流れなければ、起爆剤爆薬を起爆することはできません。EBW雷管は、無線信号、静電気、またはその他の電気的危険によって従来の電気雷管では事故が発生する可能性がある多くの民間用途で使用されています。

爆発箔起爆装置（EFI）はスラッパー起爆装置 とも呼ばれ、EBW起爆装置の改良型である。^{[22] [23]} スラッパーは、起爆剤爆薬を起爆するために爆発箔を直接使用する代わりに、箔の電気的蒸発を利用してPETフィルムやカプトンなどの絶縁材の小さな円を、追加の絶縁材の円盤にある円形の穴に打ち込む。その穴の遠端には、高密度の二次爆薬のペレットがある。^[24]スラッパー起爆装置は、EBW設計で使用される低密度の起爆爆薬を省略し、機能するためにEBW起爆装置よりもはるかに高いエネルギー密度を必要とするため、本質的に安全である。^[22]

爆薬、推進剤、花火のレーザー起爆は、(1)高爆発体との直接相互作用、すなわち直接光起爆（DOI）、(2)高爆発体と接触する薄膜の急速加熱、(3)薄い金属箔をアブレーションして高爆発体と衝突する高速フライヤープレート（レーザーフライヤー）を生成する、という3つの異なる方法で試みられてきた。^{[24] [25]}

• 爆発式雷管 – 電流で点火する雷管
• 爆発ブースター – 敏感な爆発物
• TM 31-210 即席弾薬ハンドブック – アメリカ陸軍マニュアル
• 引き金となるシーケンス – 爆発物の爆発を引き起こす一連のイベントPages displaying short descriptions of redirect targets

• クーパー、ポールW.爆発物工学。ニューヨーク：Wiley-VCH、1996年 。ISBN 0-471-18636-8。 

ウィキメディア・コモンズには、起爆装置に関連するメディアがあります。

• 1956 年の安全映画「爆破キャップ - 危険!」Prelinger アーカイブより
• 電気的に爆発する箔の破裂現象のモデリングとシミュレーション 2016-04-24 にWayback Machineでアーカイブ