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起爆装置または雷管は、小型の爆発装置または少量の爆薬であり、導火線と組み合わせて、より大量の高性能爆薬を起爆させるために使用されます。[ 1 ] [ 2 ]起爆装置には、起爆方法（化学的、機械的、または電気的）や内部動作の詳細（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ります。起爆装置の種類には、非電気式と電気式があります。非電気式起爆装置は通常、突き刺し式または火工品式であり、電気式は通常、「ホットワイヤー」（低電圧）、爆発ブリッジワイヤー（高電圧）、または爆発箔（超高電圧）です。[ 3 ] [ 4 ]
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自に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。世紀の変わり目頃には、スミス・ガーディナー雷管に10～20%の塩素酸カリウムを添加することで性能が向上した。[ 5 ]この化合物は、アジ化鉛、スチフニン酸鉛、アルミニウム、またはDDNPなどの他の材料に取って代わられ、鉱山や採石作業によって大気中に放出される鉛の量を減らした。軍用雷管では少量のTNTまたはテトリル、商業用雷管ではPETNがよく使用される。
最初の雷管または起爆装置は1745年に実証されました。イギリスの医師で薬剤師のウィリアム・ワトソンが、摩擦機の電気火花が黒色火薬に混ぜられ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のです。[ 6 ]
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からワイヤーを出し、両端を詰め物で塞いだ市販の雷管を作った。2本のワイヤーは接近していたが接触していなかったため、2本のワイヤー間の大きな電気火花放電によって雷管が発火した。[ 7 ]
1832年、アメリカの化学者ロバート・ヘアが熱線起爆装置を製作したが、同様の試みはそれ以前にイタリアのボルタとカヴァッロによっても行われていた。[ 8 ]ヘアは、錫管内の火薬に多芯線を通すことで起爆装置を製作した。彼は多芯線のうち1本の細い線だけを残して他を切断し、その細い線を熱ブリッジ線として用いた。大型電池（ヘアはこれを「デフラグレーター」または「カロリモーター」と呼んだ）からの強い電流を細い線に流すと、細い線は白熱して火薬に点火した。[ 9 ] [ 10 ]
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起爆できないものの、導火線で点火された少量の火薬の爆発によって起爆できることに気づいた。[ 11 ] 1年以内に、彼は起爆装置の火薬に雷酸水銀を加え、1867年までには導火線で起爆する雷酸水銀の小さな銅カプセルを使用してニトログリセリンを起爆するようになった。[ 12 ]
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雷酸水銀を組み合わせた雷管、すなわちダイナマイトを起爆できる最初の電気雷管を発表した。[ 13 ]
1875年にスミス、そして1887年には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、熱線雷管と雷酸水銀爆薬を組み合わせた電気雷管を開発した。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]これらは、一般的に近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分離しているが、ガードナーとスミスの雷管と概ね非常によく似ている。
スミスはまた、雷管を点火するための最初の満足のいく携帯用電源も発明した。それはラックアンドピニオンで駆動される高電圧マグネトで、ラックアンドピニオンは下向きに押されるTハンドルによって駆動される。[ 17 ]
電気式マッチキャップは1900年代初頭にドイツで開発され、1950年代にICIインターナショナルがアトラス・パウダー社を買収した際に米国に広まり、現在では世界的に主流の標準的なキャップタイプとなっている。
雷管などの起爆装置の必要性は、より安全な二次爆薬および三次爆薬の開発から生じた。二次爆薬および三次爆薬は通常、起爆装置を起爆点とする爆薬列によって起爆される。安全のため、起爆装置と主爆薬は通常、使用直前にのみ接続される。
起爆装置は通常、3つの部分からなる多段階装置である。
起爆装置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などがある。初期の雷管には雷酸銀も使用されていたが、より安価で安全な主爆薬に置き換えられた。アジ化銀は高価なため、現在でもごくまれに使用されることがある。
一次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二次爆薬に伝播させる非一次爆薬起爆装置（NPED）を構築することが可能です。NPEDは衝撃による偶発的な起爆が難しく、鉛の使用を避けることができます。[ 18 ]
二次的な「基爆薬」または「出力爆薬」として、軍用起爆装置にはTNTまたはテトリルが、市販の起爆装置にはPETNが一般的に使用されている。
起爆装置は爆発物の取り扱いをより安全にするものの、その小型さにもかかわらず、人を負傷させるのに十分な量の爆発物を含んでいるため、取り扱いには危険が伴う。訓練を受けていない作業員は、それらを爆発物と認識できなかったり、外見から危険ではないと誤解して、必要な注意を払わずに取り扱ってしまう可能性がある。
一般的な起爆装置は、通常、点火式爆薬の形をとります。これらは主に商業用途で使用されますが、軍事用途でも依然として使用されています。このタイプの起爆装置は、安全ヒューズを使用して起爆するのが最も一般的で、通常弾薬の処理など、時間的制約のない爆発に使用されます。よく知られている起爆装置には、アジ化鉛[Pb(N 3 ) 2 ]、アジ化銀[AgN 3 ]、雷酸水銀[Hg(ONC) 2 ]などがあります。
電気起爆装置には、瞬間起爆装置 (IED)、短周期遅延起爆装置 (SPD)、長周期遅延起爆装置 (LPD) の 3 つのカテゴリーがあります。SPD はミリ秒単位で測定され、LPD は秒単位で測定されます。ナノ秒単位の精度が要求される状況、特に核兵器の爆縮チャージでは、爆発ブリッジワイヤ起爆装置が使用されます。最初の衝撃波は、細いワイヤを放電によって蒸発させることによって生成されます。新しい開発として、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いプレートを使用して最初の衝撃を与えるスラッパー起爆装置があります。これは、一部の最新の兵器システムで使用されています。この概念の変形は、光ファイバーを介して箔に送られるレーザーパルスによって箔が爆発する場合、採掘作業で使用されます。
非電気式雷管は、一般的に建物の解体や鉱山・採石場での岩石の発破を目的として爆発を起こすように設計された衝撃管雷管です。電線の代わりに中空のプラスチック管が雷管に発火パルスを伝達するため、迷走電流に伴うほとんどの危険から保護されます。これは、直径の小さい3層構造のプラスチック管で構成されており、最も内側の壁に反応性爆薬が塗布されています。この爆薬が点火されると、粉塵爆発に似た低エネルギーの信号が伝播します。反応は管の長さに沿って約6,500 フィート/秒（2,000 メートル/秒）の速度で伝わり、管の外側への影響は最小限です。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ニトロ・ノーベル社によって発明され、1973年に解体市場に投入されました。
土木採掘においては、電子雷管は遅延時間の精度に優れています。電子雷管は、鉱業、採石業、建設業における様々な発破作業において、正確かつ安定した発破結果を得る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。電子雷管は、専用のプログラミング装置を用いて、ミリ秒単位またはサブミリ秒単位でプログラムすることができます。
無線式電子雷管は、土木鉱業市場で入手可能になりつつある。[ 19 ]暗号化された無線信号を使用して、各雷管に適切なタイミングで爆破信号が伝達される。現在高価ではあるが、無線式雷管は、複数の爆破を一度に装填して人間を危険にさらすことなく順番に発射できるため、新しい採掘技術を可能にする。
8番試験用雷管とは、80％の雷酸水銀と20％の塩素酸カリウムの混合物2グラムを含む雷管、または同等の強度を有する雷管のことである。同等の強度を有する雷管は、底部の厚さが0.03インチ（0.762 mm）を超えないアルミニウム製のシェルに、比重が1.4 g/cc以上となるように0.40～0.45グラムのPETN基剤を充填し 、製造元に応じて標準重量の雷管を塗布したものである。
最も古くシンプルなタイプの雷管である導火線型雷管は、片端が閉じた金属製の円筒形です。開口部から内側に向かって、まず火工用導火線を挿入して圧着する空洞があり、次に火工用点火混合物、主爆薬、そして主起爆薬が配置されています。火工用雷管の主な危険性は、正しく使用するには導火線を挿入し、導火線の周りの雷管底部を押しつぶして圧着する必要があることです。雷管を圧着する工具を爆薬に近づけすぎると、圧着中に主爆薬が爆発する可能性があります。よくある危険な行為として、歯で雷管を圧着する方法があります。誤って爆発すると、口に重傷を負う可能性があります。導火線型雷管は現在でも使用されています。これらは特定の種類の電磁干渉が発生する環境下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機能が内蔵されています。
固体充填式電気雷管は、細いブリッジワイヤーを主爆薬に直接接触させ（そのため「固体充填式」と呼ばれる）、電流によって加熱することで主爆薬を起爆させる。その主爆薬が、より大きな二次爆薬を起爆させる。一部の固体充填式雷管には、起爆前に数百ミリ秒程度の小さな火工遅延要素が組み込まれている。
マッチ式雷管は、ブリッジワイヤーと主爆薬を直接接触させるのではなく、電気マッチ（両面に電極が付いた絶縁シート、その両側に半田付けされた細いブリッジワイヤー、そしてそれらすべてを点火剤と出力剤に浸したもの）を用いて主爆薬を起爆させる。マッチは雷管本体とは別に製造でき、製造工程の最後に組み立てられる。マッチ式雷管は現在、世界中で最も一般的なタイプとなっている。
爆発ブリッジワイヤ起爆装置は、核兵器開発のためのマンハッタン計画の一環として1940年代に発明されました。 [ 20 ]設計目標は、非常に迅速かつ予測可能な起爆装置を製造することでした。マッチ型と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、数ミリ秒で発火します。爆発ブリッジワイヤ（EBW）起爆装置は、より高い電圧の電荷と、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起爆装置のワイヤは、高い発火電流によって非常に速く加熱され、ワイヤは実際に蒸発し、電気抵抗加熱 によって爆発します。[ 21 ]この電気的に駆動される爆発により、低密度の起爆薬（通常はPETN ）が起爆し、多くの EBW 設計では、これがさらに高密度の二次爆薬（通常はRDXまたはHMX ）を起爆します。 [ 22 ] EBW 起爆装置は、適切に起爆されると非常に速く発火するだけでなく、迷走静電気やその他の電流による雷管よりもはるかに安全です。十分な電流がブリッジワイヤを溶かすことはできますが、ブリッジワイヤを通過する高電圧高電流の電荷が十分に流れない限り、起爆薬を起爆することはできません。EBW 起爆装置は、無線信号、静電気、またはその他の電気的危険が従来の電気起爆装置で事故を引き起こす可能性がある多くの民生用途で使用されています。
爆発箔起爆装置（EFI）、別名スラッパー起爆装置は、EBW起爆装置の改良型です。[ 23 ] [ 24 ]スラッパーは、起爆用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料の小さな円形を、別の絶縁材料の円盤の円形の穴に押し込みます。その穴の奥には、高密度の二次爆薬のペレットがあります。[ 25 ]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用爆薬を省略し、 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、本質的に安全です。 [ 23 ]
爆薬、推進剤、または火工品のレーザー起爆は、(1) HE との直接相互作用または直接光学起爆 (DOI)、(2) HE と接触した薄膜の急速加熱、(3) 薄い金属箔をアブレーションして HE に衝突する高速フライヤープレートを生成する (レーザーフライヤー) という 3 つの異なる方法で試みられてきました。[ 25 ] [ 26 ]