Por primera vez en los EE. UU., La dispersión de rayos X de ángulo pequeño resuelto en el tiempo (TRSAXS) se utiliza para observar la formación de racimos de carbono ultrarrápidos y la producción de grafito y nanodiamantes en el explosivo insensible Explosivo enlazado con plástico (PBX) 9502, potencialmente conduciendo a mejores modelos informáticos de rendimiento explosivo.

"Los racimos de carbono se producen durante el proceso químico de detonación en explosivos de alta potencia, "dijo Dana Dattelbaum, de la División de Ciencias Explosivas y Física del Choque. "El tamaño de las partículas de carbono, forma, la composición y su evolución en el tiempo nos ayuda a comprender cómo los explosivos entregan energía durante un período de tiempo determinado ".

La investigación se publicó en la versión en línea de la Revista de química física C en agosto. Usando TRSAXS en el Sector de Compresión Dinámica recién encargado de la Fuente de Fotones Avanzada en el Laboratorio Nacional de Argonne, Investigadores de los laboratorios nacionales de Los Alamos y Lawrence Livermore detonaron pequeñas muestras de PBX 9502 a base de TATB (triamino trinitrobenceno) mientras que los productos de carbón sólido formados en la detonación dispersan rayos X de alto brillo. Los colaboradores también incluyeron científicos y técnicos de Argonne y Washington State University.

PBX 9502 es un alto explosivo insensible que se usa ampliamente en la disuasión nuclear de EE. UU. Los explosivos de alta potencia se utilizan para impulsar el "primario" nuclear a una masa crítica, iniciando una detonación nuclear. Los explosivos altos insensibles son muy difíciles de detonar accidentalmente, y se consideran extremadamente seguros. Sin embargo, el proceso químico exacto de la transferencia de energía aún se desconoce en gran medida. Los investigadores encontraron que la creación de grupos de carbono ocurre mucho más rápido de lo que se pensaba anteriormente. y la composición del carbono es muy diferente de lo que se suponía.

"Un hallazgo inesperado y significativo de esta investigación fue la proporción de grafito a diamante inferida por el contraste de rayos X de las mediciones de dispersión, ", dijo Dattelbaum." Al detonar el PBX 9502 basado en TATB, descubrimos que aproximadamente el 80 por ciento de grafito y el 20 por ciento de diamante se formaron cuando esperábamos ver un porcentaje mucho más alto de carbono similar al diamante ".

Los productos de la detonación, la dinámica del tamaño de las partículas y el tipo de carbono producido pueden correlacionarse directamente con el tipo de explosivo, y mejorar los modelos informáticos de rendimiento explosivo, conduciendo a una mejor capacidad predictiva para garantizar la seguridad, seguridad, y eficacia de la disuasión nuclear estadounidense.

El análisis de los datos de dispersión de rayos X de TRSAXS reveló un rápido crecimiento inicial de los grupos de carbono dentro de los 200 nanosegundos detrás del frente de la onda de choque en la muestra explosiva de tres gramos. El análisis de los productos recuperados reveló que el tamaño de las partículas no excedía un diámetro de 8,4 nanómetros y que el tamaño de las partículas confirmó que el crecimiento de las partículas no continuó después de 200 nanosegundos para este tamaño de carga.

"Lo que realmente estamos tratando de hacer es comprender cómo evoluciona este proceso con el tiempo, "Dijo Dattelbaum, "para que podamos predecir mejor la velocidad y la energía entregadas por un explosivo dado".