De reactiekinetiek van energetische materialen is een sleutelfactor bij het bepalen van de detonatiekarakteristieken en veiligheid. De complexiteit van het reactieproces en het gebrek aan experimentele middelen blijven een opmerkelijke uitdaging bij experimenteel onderzoek en verfijnde modellering. Om de detonatie- en veiligheidseigenschappen van energetische materialen nauwkeurig te voorspellen, is het noodzakelijk om het reactiemechanisme en het dynamische proces te verduidelijken.

Pomp-sonde-experimenten uitgevoerd bij grote laserfaciliteiten bieden verschillende flexibele belasting- en sondecombinaties voor de studie van de reactiekinetiek en het dynamische proces van explosieven in een breed temporeel en ruimtelijk bereik. In een recensie gepubliceerd in Energetic Materials Frontiers , schetste een groep onderzoekers uit China de onderzoeken naar grote laserfaciliteiten, geavanceerde pomp-sonde-experimenten en de voortgang.

Het team van wetenschappers presenteert voorlopige resultaten van overgedreven detonatie, dynamische flyer-beeldvorming, dynamische explosieve röntgendiffractie en dynamiek van aangeslagen toestanden. Bovendien schetsten ze de methoden die worden gebruikt om de interne vervorming, faseovergang en ultrasnelle dynamiek onder dynamische belasting bij hoge ruimtelijke en temporele resoluties te onderzoeken, die het potentieel hebben om de complexiteit van explosieve reactiekinetiek te ontrafelen.

"Deze experimenten vertegenwoordigen een aanzienlijke uitdaging, omdat het essentieel is om een ​​nieuwe generatie in situ diagnostiek te ontwikkelen voor lengtes op angstrom- tot millimeterschaal", zegt hoofdauteur Gen-bai Chu.

"Het uiteindelijke doel van pomp-sonde-experimenten die zowel optische als röntgensondes (of andere deeltjes) combineren, is het bereiken van de femtoseconde beeldvorming van chemische reacties op materiaaloppervlakken en grensvlakken of begraven in een gecomprimeerd monster met een ruimtelijke resolutie op atomaire schaal ."

De auteurs identificeerden vier cruciale stappen. Ten eerste zorgen explosieven van micronformaat voor een instelbaar drukbereik van lagedrukontsteking tot overgedreven ontploffing door laserlading.

Ten tweede maakt transiënte röntgenradiografie met hoge resolutie de studie mogelijk van de microstructurele evolutie van hoogenergetische explosieven onder dynamische belasting en was van groot belang voor de prestatie-optimalisatie van explosieve folies, evenals het ontwerp van nieuwe en betrouwbare initiërende apparaten.

Ten derde zijn belangrijke factoren bij het begrijpen van de ontstekings- en detonatiemechanismen van explosieven de kristalstructuur, de korrelgrootte van de fasefractie en de chemische reactieproducten van explosieven onder dynamische belasting.

Ten slotte maakt ultrasnelle laserspectroscopie de studie mogelijk van structurele, geometrische en chemische veranderingen bij elektronische of vibratie-excitatie.

"In de toekomst kunnen pomp-sonde-experimenten worden gebruikt om complexe reacties te bestuderen waarbij het koppelingseffect van chemische reacties en schokgolven betrokken is, om diepgaande inzichten te verkrijgen in het verbreken/vormen van bindingen, lokale energiepopulaties en hun herverdeling, veranderingen in structuur en stoichiometrie, fasescheiding en kinetiek onder dynamische belasting", concludeerde Chu.

Meer informatie: Gen-bai Chu et al., Recente vooruitgang in onderzoek naar het dynamische proces van hoogenergetische explosieven door middel van pomp-sonde-experimenten bij laserfaciliteiten met hoge intensiteit, Energetische materiaalgrenzen (2023). DOI:10.1016/j.enmf.2023.06.003

Aangeboden door KeAi Communications Co.