爆発レンズ

爆発レンズ（例えば核兵器で使用されるもの）は、高度に特殊化された 成形炸薬です。一般に、これは複数の爆薬で構成される装置です。これらの爆薬は、通過する爆轟波の形状を制御することを目的として配置および形成されます。爆発レンズは、光波を集束させる光学レンズと概念的に類似しています。爆発レンズを構成する爆薬は、異なる爆轟速度を持つように選択されます。構成要素である爆薬間の境界を1つだけ使用して、球状に広がる波面を球状に収束する波面に変換するには、境界の形状は放物面でなければなりません。同様に、球状に広がる波面を平面波面に変換するには、境界の形状は双曲面でなければなりません。最終的な波面の収差（意図した形状からのずれ）を低減するために、複数の境界を使用することもできます。

マンハッタン計画中、ジェームズ・L・タックは、原子爆弾のより均一な爆縮を実現するために爆発レンズを使用することを提案した。タック、セス・ネダーマイヤー、ジョン・フォン・ノイマンは、最初の爆縮型核兵器で使用された爆発レンズ法を発明したとされている。 ^{[ 1 ] [ 2 ]}

核兵器では、複数のほぼ球状の発散爆轟波を単一の球状の収束爆轟波に変換するために、爆発レンズのアレイが使用されます。収束爆轟波は、さまざまなシェル（タンパー、リフレクター、プッシャーなど）を崩壊させ、最終的に核分裂性物質のコア（ピット）を即座の臨界状態に圧縮します。これらは通常、プラスチック結合爆薬と、波形整形器と呼ばれる不活性インサートから機械加工されます。波形整形器は、多くの場合、高密度の発泡体またはプラスチックですが、他の多くの材料も使用できます。主に古いタイプの爆発レンズには波形整形器は含まれていませんが、爆轟速度（VoD）が大きく異なる2種類の爆薬が使用され、その爆轟速度は5～9 km/sの範囲です。低速爆薬と高速爆薬を使用することで、再び球状の収束爆轟波が発生し、物理パッケージが圧縮されます。トリニティ実験で使用されたオリジナルのガジェット装置と長崎に投下されたファットマンは、低爆発性爆薬としてバラトール、速効性爆薬としてコンポジションBを使用していたが、他の組み合わせも使用できる。^{[ 3 ]} 

左の図は、多角形くさびの断面を示しています。これらのくさびは組み合わされて球状の装置を形成します。左端にある爆発ブリッジワイヤー起爆装置は、高速で移動する外側の爆薬を通して半球状の爆轟波を発生させます。（爆発ブリッジワイヤーは点起爆装置として機能するため、半球状になります。）この波が精密に成形された内側の爆薬に伝わると、対象物を中心とした新たな球状の波が形成されます。この装置が正常に機能するためには、各セグメントで波が同時に発生すること、波の速度が均一かつ正確であること、そして2つの爆薬の接合部の形状が正確かつ精密であることが不可欠です。

マンハッタン計画の一環として、1944年と1945年に、満足のいく爆縮を実現するためのレンズを開発する一連の実験が行われた。最も重要な実験の一つが、一連のララ実験であった。

当初は、32個の「ポイント」を備えた装置が使用されていた（各ポイントには、一対の爆発式ブリッジワイヤー起爆装置が備えられていた）。

その後、より小型で性能向上を図ったアセンブリを実現することを目的として、92個の「ポイント」からなるアセンブリが試作された。

最終的に、スワン核爆発実験装置の成功により、2点式爆発装置が実現可能となった。スワンは成形炸薬に加えて「エアレンズ」システムを採用し、米国の後継核兵器および熱核兵器の設計の基礎となった。小型軽量で、卓越した信頼性と安全性を誇り、戦略物資の使用量も他のどの設計よりも少なかった。

代替設計技術を用いて平坦な「平面波」出力を生成するレンズは、高過渡圧力物理学および材料科学実験に使用されます。^{[ 4 ]}

• インパクト深度
• 核兵器の設計