Samenvatting:

Pentaerythritoltetranitraat (PETN) is een veelgebruikt secundair explosief met uitstekende detonatie-eigenschappen. Onder bepaalde omstandigheden kan PETN echter abnormaal gedrag vertonen, waaronder het niet tot ontploffing brengen of vertraagde ontploffing, wat aanzienlijke veiligheidsrisico's met zich meebrengt en de betrouwbare toepassing ervan belemmert. Om deze problemen aan te pakken, hebben we een uitgebreide reeks atomistische simulaties uitgevoerd om de fundamentele mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan het falen van PETN-detonatie. Uit onze simulaties blijkt dat de aanwezigheid van defecten, zoals holtes en dislocaties, het detonatiegedrag van PETN aanzienlijk kan veranderen door de lokale spanningsverdeling te wijzigen en de vorming van hotspots te bevorderen. Deze bevindingen bieden kritische inzichten in de faalmechanismen van PETN en bieden richtlijnen voor het verbeteren van de veiligheid en prestaties ervan in praktische toepassingen.

Inleiding:

PETN is een krachtig secundair explosief dat veel wordt gebruikt in militaire, mijnbouw- en industriële toepassingen vanwege de hoge ontploffingssnelheid, lage gevoeligheid en milieuvriendelijkheid. Ondanks het wijdverbreide gebruik is PETN niet zonder nadelen. Onder bepaalde omstandigheden, zoals wanneer het wordt onderworpen aan een zwakke initiatie of een niet-ideale opsluiting, kan PETN niet tot ontploffing komen of een vertraagde ontploffing ervaren. Deze afwijkingen brengen aanzienlijke veiligheidsrisico's met zich mee en beperken de betrouwbare toepassing van PETN in kritieke scenario's.

Methodologie:

Om de mechanismen achter de detonatiefouten van PETN op te helderen, hebben we de modernste atomistische simulatietechnieken gebruikt, met name moleculaire dynamica (MD)-simulaties gekoppeld aan reactieve krachtvelden. Met deze simulaties konden we het microscopische gedrag van PETN onder verschillende omstandigheden onderzoeken, inclusief de aanwezigheid van defecten en variaties in temperatuur en druk.

Resultaten en discussie:

Door defecten veroorzaakt falen:uit onze simulaties is gebleken dat de aanwezigheid van defecten, zoals holtes en dislocaties, een diepgaande invloed kan hebben op het detonatiegedrag van PETN. Deze defecten fungeren als spanningsconcentratoren, waardoor de mechanische belasting plaatselijk wordt vergroot en de vorming van hotspots wordt bevorderd, die van cruciaal belang zijn voor het veroorzaken van detonatie. Naarmate de dichtheid van defecten toeneemt, neemt ook de neiging tot het mislukken van de detonatie toe, wat leidt tot een grotere kans op niet-ideale explosies of zelfs het volledig uitblijven van detonatie.

Invloed van temperatuur en druk:Ook het effect van temperatuur en druk op het detonatiegedrag van PETN werd onderzocht. Hogere temperaturen en drukken bevorderen over het algemeen een efficiëntere detonatie door de activeringsenergie die nodig is voor chemische reacties te verminderen en de voortplanting van de detonatiegolf te verbeteren. De aanwezigheid van defecten kan deze effecten echter tegengaan, zelfs bij verhoogde temperaturen en drukken. Dit benadrukt de overheersende rol van defecten bij het beheersen van de algehele detonatieprestaties van PETN.

Implicaties en conclusie:

Onze studie biedt een uitgebreid inzicht in de faalmechanismen van PETN-detonatie op atomair niveau. De aanwezigheid van defecten, zoals holtes en dislocaties, komt naar voren als een kritische factor die het initiëren en voortplanten van detonatie kan belemmeren. Dit inzicht kan richting geven aan de ontwikkeling van strategieën om deze gebreken te beperken, waardoor de veiligheid en betrouwbaarheid van PETN in praktische toepassingen wordt vergroot. Bovendien kunnen de inzichten uit dit werk worden uitgebreid naar andere energetische materialen, wat helpt bij het ontwerp en de optimalisatie van toekomstige explosieven en drijfgassen.