En un grande, Estadísticamente significante, estudio único en su tipo, Los investigadores del Laboratorio Nacional de Los Alamos han confirmado que el explosivo llamado PETN (tetranitrato de pentaeritritol), estabilizado con un recubrimiento de polisacárido, es resistente a los cambios en la forma de las partículas, Talla, y estructura que puede degradar el rendimiento del detonador con el tiempo. Los científicos de materiales energéticos de Los Alamos conocen y estudian desde hace mucho tiempo los beneficios del recubrimiento de polisacáridos.

"El PETN es un explosivo iniciador común que se usa ampliamente en detonadores comerciales y en las reservas nucleares de EE. UU., pero la variabilidad de un lote a otro nos ha dificultado mostrar definitivamente cómo responde al envejecimiento, "dijo Virginia Manner, un químico de materiales energéticos en Los Alamos y el líder del proyecto para el estudio.

Todo comenzó con una simple conversación entre Manner y Daniel Preston hace unos tres años. En el momento, Preston era un ingeniero de investigación y desarrollo en el grupo de Ciencia y Tecnología de Detonación en el Laboratorio y luchaba con la forma de crear un estudio integral que conectara el envejecimiento de PETN con el rendimiento del detonador.

"Así que reunimos a varios grupos y divisiones en Los Alamos para crear un estudio a gran escala que resolvería todas las preguntas que nosotros y otros hemos tenido sobre la estabilidad de PETN". "dijo Manner.

Los detonadores son pequeños dispositivos que se utilizan normalmente para iniciar grandes cargas explosivas. Estos materiales explosivos estables necesitan una "patada" para iniciar una explosión, una onda de choque por encima de una velocidad y energía específicas. El trabajo de un detonador es convertir una señal de entrada, generalmente eléctrico o de percusión, en una salida de choque de alta presión. Deben hacerlo con una fiabilidad muy alta, precisión, y seguridad, incluso después de años de servicio sobre el terreno en entornos adversos. Los diseñadores de detonadores confían en materiales explosivos que pueden sobrevivir a los efectos del envejecimiento con un impacto mínimo en el rendimiento.

La investigación fue publicada en la revista científica Propelentes Explosivos Pirotécnica . Se han realizado muchos estudios sobre la estabilidad de PETN durante el proceso de envejecimiento durante los últimos 30 años en Los Alamos y otras instituciones. pero los desafíos asociados con la variabilidad de la producción y el número de detonadores disponibles obstaculizaron la recopilación de datos de prueba estadísticamente significativos.

Para resolver este dilema, el equipo de investigación trató una sola fuente de PETN (suficiente para llenar 2, 000 detonadores) con diferentes estabilizadores, envejecido térmicamente los detonadores resultantes, analizó las características del polvo y probó la función del detonador con un tamaño de muestra estadísticamente significativo. La investigación destacada en este documento en particular incluyó el disparo real de aproximadamente 400 de estos detonadores y otros interrogatorios del material para comprender mejor sus características físicas.

"Nos centramos en cuatro lotes de PETN en polvo del mismo stock utilizando dos estabilizadores que se han aplicado durante décadas, polisacárido y TriPEON, "dijo Nick Lease, científico del grupo de Ciencia y Tecnología de Altos Explosivos del Laboratorio. Un polisacárido es una molécula grande hecha de azúcares simples, como la glucosa. TriPEON es el octanitrato de tripentaeritritol químico, un estabilizador explosivo común.

Según Geoff Brown, otro colaborador, "El PETN se envejece como un polvo que fluye libremente y en detonadores de alambre de puente explosivos modificados durante un mes a 75 ° C. El polvo se analiza químicamente utilizando imágenes de alta resolución, así como técnicas de análisis de tamaño de partícula y área de superficie".

Adicionalmente, "El rendimiento de los detonadores se evaluó en un rango de voltajes para determinar la energía necesaria para encender los detonadores, también conocido como voltaje umbral. También se midió el tiempo de salida, "dijo Nathan Burnside, ingeniero de investigación y desarrollo en el grupo de Ciencia y Tecnología de Detonaciones.

Los hallazgos del estudio indican que el envejecimiento cambia significativamente el área de la superficie y el tamaño de las partículas del PETN no estabilizado. conduciendo a aumentos en el tiempo de funcionamiento del detonador.

"Controlamos la salud del detonador a través del tiempo de funcionamiento:el tiempo que transcurre desde la explosión inicial del alambre puente en el detonador, que inicia el PETN, para generar finalmente una descarga en el extremo de salida del detonador. Este evento debe ser lo más rápido posible, y los aumentos en el tiempo indican una erosión de la salud del detonador, "dijo Preston.

Los polvos estabilizados con TriPEON mostraron aumentos menos significativos en el tiempo de funcionamiento, mientras que el polvo estabilizado con polisacárido no mostró efectos de envejecimiento, a pesar del envejecimiento a alta temperatura.

"Hemos demostrado que el PETN estabilizado con un recubrimiento de polisacárido exhibe poco o ningún cambio en las características del polvo durante el envejecimiento a temperaturas elevadas, tanto en polvo de flujo libre como en gránulos detonadores de baja densidad preparados comercialmente, "dijo Manner." Curiosamente, los voltajes de umbral medidos no parecen verse afectados por el engrosamiento que se produce en el polvo durante el envejecimiento, incluso con el polvo no estabilizado. Se están realizando estudios a más largo plazo para determinar si esto seguirá siendo una tendencia ".

En una demostración del compromiso del Laboratorio de cumplir su misión principal durante la pandemia actual, este proyecto se completó bajo las restricciones de COVID-19. Debido a que el estudio sobre el envejecimiento fue sensible al tiempo, varios miembros del equipo de investigación recibieron aprobaciones especiales para estar en el sitio, y trabajé en laboratorios usando distanciamiento social y máscaras, junto con una meticulosa higiene. Realizaron de 25 a 50 pruebas explosivas por día, desmontando aproximadamente 30 detonadores y obteniendo imágenes de cientos de piezas.

Se están realizando más trabajos para explorar los efectos del envejecimiento a diversas temperaturas y escalas de tiempo más largas. El equipo de Los Alamos está compuesto por científicos e ingenieros de la Ciencia y Tecnología de Explosivos, Ciencia y Tecnología de la Detonación, Ciencia y tecnología de neutrones, y grupos de Integración de la Producción de Seguridad Nuclear.