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爆発ブリッジワイヤー起爆装置（EBW 、爆発ワイヤー起爆装置とも呼ばれる）は、爆発性物質の爆発反応を開始させるために使用される起爆装置の一種で、電流を使用して点火するという点で雷管に似ています。EBWは雷管とは異なる物理的メカニズムを使用しており、より多くの電気をはるかに速く供給します。爆発ワイヤーのプロセスによって電流が印加された後、より正確なタイミングで爆発します。他のタイプの起爆装置と比較して爆発ワイヤー起爆装置の正確なタイミングにより、核兵器で広く使用されています。[ 1 ]
スラッパー起爆装置は、同様の原理に基づく比較的新しい開発である。
EBWは、ロスアラモス国立研究所での研究中に、マンハッタン計画のファットマン型爆弾のためにルイス・アルバレスとローレンス・ジョンストンによって発明されました。ファットマンモデル1773 EBW起爆装置は、1つのブースターチャージに2つのEBW「ホーン」が取り付けられ、それが32個の爆発レンズユニットをそれぞれ起爆させるという、珍しい高信頼性起爆装置システムを使用していました。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
EBWは、主にプルトニウム核兵器で使用される複数の爆薬を同時に起爆する手段として開発されました。プルトニウム核兵器では、プルトニウムのコア（ピットと呼ばれる）が非常に急速に圧縮されます。これは、ピットの周囲に均一に配置された従来型の爆薬によって実現されます。爆縮は高度に対称でなければならず、そうでなければプルトニウムは低圧部分から単に噴出するだけです。したがって、起爆装置は非常に正確なタイミングを持たなければなりません。[ 4 ]
EBWは主に2つの部分から構成されています。1つは爆薬に接触する細いワイヤー、もう1つは高電圧・大電流・低インピーダンスの電源です。この電源は、高速な始動パルスを確実かつ安定的に供給する必要があります。ワイヤーがこの電圧に接続されると、発生する大電流によってワイヤーが溶融し、数マイクロ秒以内に蒸発します。その結果生じる衝撃と熱によって高性能爆薬が起爆します。[ 1 ]
これは、トリニティ「ガジェット」の写真に見られる太いケーブルの理由を説明するものです。高電圧ケーブルには優れた絶縁が必要であり、EBWが十分に速く相転移を達成できないことを避けるために、電圧降下を最小限に抑えつつ大電流を供給する必要がありました。
EBWの正確なタイミングは、起爆装置が蒸発したブリッジワイヤの直接的な物理的効果を利用して、起爆装置のブースターチャージ内で起爆を開始させることによって実現されます。十分な量の電流と電圧が適切に制御されていれば、ブリッジワイヤの蒸発タイミングは極めて短く（数マイクロ秒）、かつ極めて正確で予測可能です（起爆時間の標準偏差はわずか数十ナノ秒）。
従来の雷管は、ブリッジワイヤーを気化させるのではなく、電気で加熱し、その加熱によって主爆薬を起爆させる。ブリッジワイヤーと主爆薬の接触が不正確だと、爆薬の加熱速度が変わる。また、ワイヤーやリード線のわずかな電気的特性のばらつきも、加熱速度に影響を与える。加熱プロセスは通常、数ミリ秒から数十ミリ秒で完了し、主爆薬の起爆が始まる。これは、EBW（電子ビームワイヤ）による電気気化に比べて、約1,000～10,000倍長く、精度も低い。
RDXやPrimacordなどの高性能爆薬の爆発速度は毎マイクロ秒あたり8ミリメートルである。核兵器の一方の側からもう一方の側への爆発の遅延が1マイクロ秒の場合、移動距離は4ミリメートルになる。ファットマンの開発により、数百回の爆発のタイミングのばらつきは最終的に数億分の1秒にまで縮小された。[ 4 ]
米国では、核兵器に使用されるため、これらの装置は核物質、機器および技術の輸出に関するガイドラインに従って、核規制当局の管轄下に置かれています。EBWは米国軍需品リストに掲載されており、輸出は厳しく規制されています。[ 5 ]
EBWは、核兵器以外にも、タイタンIVミサイル[ 6 ] 、迷走電流が通常の雷管を起爆させる可能性がある安全性を重視する用途、鉱山や採石場での多点商業発破に非常に精密なタイミングを必要とする用途[ 7 ]などに利用されている。EBW起爆装置は、通常の起爆装置とは異なり、一次爆薬を持たないため、通常の電気起爆装置よりもはるかに安全である。アジ化鉛などの一次爆薬は、静電気、無線周波数、衝撃などに非常に敏感である。
ブリッジワイヤーは通常金で作られますが、プラチナまたは金/プラチナ合金も使用できます。最も一般的な市販のワイヤーサイズは直径0.038 mm (1.5 mils )、長さ1 mm (40 mils)ですが、長さは0.25 mmから2.5 mm (10 milsから100 mils)まであります。使用可能な爆薬のうち、低密度のPETNのみが、 EBW起爆装置の一部として商用システムで実用的に使用できるほど十分に低い衝撃で起爆できます。これは、別の爆薬ブースター、多くの場合テトリル、RDX、またはPBX (例: PBX 9407)のペレットと連鎖させることができます。このようなブースターのない起爆装置は、初期加圧起爆装置(IP起爆装置)と呼ばれます。
開始時、ワイヤは流れる電流によって加熱され、融点に達します。加熱速度は非常に速いため、溶融金属が流れ出る間もなく、さらに加熱されて蒸発します。この段階で、ブリッジワイヤアセンブリの電気抵抗が上昇します。その後、金属蒸気中にアーク放電が発生し、電気抵抗の低下と電流の急激な増加、イオン化された金属蒸気の急速な加熱、そして衝撃波の形成につながります。衝撃波を発生させるのに十分な短い時間でワイヤの溶融とそれに続く蒸発を実現するには、少なくとも1マイクロ秒あたり100アンペアの電流上昇率が必要です。
電流上昇率が低い場合、ブリッジが燃えてPETNペレットの爆燃を引き起こす可能性がありますが、爆轟は発生しません。PETN含有EBWは静電気放電に対しても比較的鈍感です。その使用はPETNの熱安定性範囲によって制限されます。 高密度ヘキサニトロスチルベンを使用できるスラッパー起爆装置は、真空から高圧までの環境で、最高300 ℃（572 °F）までの温度で使用できます。 [ 8 ]
EBW 起爆装置とスラッパー起爆装置は、非常に高い電流の高速立ち上がりパルスでのみ正常に作動するため、最も安全なタイプの起爆装置として知られています。ただし、必要な電流サージのために大型の電源が必要です。極めて短い立ち上がり時間は通常、低インダクタンス、高容量、高電圧のコンデンサ(例えば、オイル充填、マイラー箔、またはセラミック) を適切なスイッチ (スパークギャップ、サイラトロン、クリトロンなど) を介してブリッジワイヤに放電することによって実現されます。コンデンサの非常に大まかな近似値は、定格が 5 キロボルト、容量が 1 マイクロファラッドで、ピーク電流は 500 ～ 1000 アンペアの範囲です。[ 1 ]高電圧は、マルクス発生器を使用して生成できます。必要な電流上昇率を達成するには、低インピーダンスのコンデンサと低インピーダンスの同軸ケーブルが必要です。
磁束圧縮発生器は、コンデンサの代替手段の一つです。作動すると、強力な電磁パルスが発生し、それがブリッジワイヤまたはスラップフォイルに接続された1つまたは複数の二次コイルに誘導結合されます。圧縮発生器と同等の低エネルギー密度コンデンサは、おおよそソーダ缶ほどの大きさになります。このようなコンデンサのエネルギーは 1/2 ·C·V 2 であり、上記のコンデンサの場合は 12.5 J です。 （比較として、除細動器は 2 kV とおそらく 20 μF から約 200 J を出力します。[ 9 ]使い捨てカメラのフラッシュストロボは通常、 300 V 100 μF のコンデンサ から 3 J を出力します。）