Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) ha demostrado que la estructura de los poros microscópicos en materiales altamente explosivos puede afectar significativamente el rendimiento y la seguridad. Estos hallazgos, publicados recientemente como artículo de portada de la revista Propelentes Explosivos Pirotécnica - abrir la puerta a la posibilidad de sintonizar explosivos de alta potencia mediante la ingeniería de su microestructura.

"Lo curioso de los explosivos es que tienen estos pequeños defectos y poros y agujeros, "dijo el científico investigador Keo Springer, autor principal del artículo e investigador del Centro de Aplicaciones de Altos Explosivos de LLNL. "Resulta que eso es una parte importante de lo que los hace funcionar. Rendimiento explosivo, En un amplio sentido, no es solo una pregunta de química, es una cuestión de microestructura ".

En la mayoría de los explosivos de alta potencia, la detonación se inicia a través de un proceso en el que los poros se comprimen por una onda de choque. Cuando un poro colapsa, crea un punto caliente capaz de iniciar una reacción química en los granos cristalinos microscópicos de material explosivo. Esta investigación se centró en un compuesto explosivo llamado HMX, que se sabe que es más sensible y más peligroso para trabajar que otros explosivos. La pregunta fundamental en la raíz de este estudio fue si hay alguna diferencia si los poros están ubicados en el interior de los granos o en su superficie.

"Descubrimos que cuando los poros están en la superficie, aceleran la reacción, ", Dijo Springer." También descubrimos que si una onda de choque golpea varios poros de la superficie a la vez, se arrancan el uno al otro. Es una fiesta explosiva y se divierten bien juntos ".

Además de la ubicación de los poros, el equipo examinó si hay alguna diferencia si la porosidad se distribuye en muchos poros pequeños o en menos poros más grandes. Si bien demostraron que muchos poros pequeños pueden trabajar juntos para acelerar la combustión de los demás, también pudieron identificar un umbral donde los poros se vuelven tan pequeños que la reacción se extingue.

Este examen se realizó en una serie de simulaciones numéricas en supercomputadoras LLNL con el código multifísico, ALE3D. Próximos pasos para el equipo de investigación:Springer, junto con los científicos de LLNL Sorin Bastea, Al Nichols, Craig Tarver y Jack Reaugh:incluyen la verificación de que las simulaciones numéricas capturan los procesos físicos y químicos reales. Una forma directa de hacerlo es realizar experimentos a microescala para cuantificar los mecanismos de colapso de los poros y la reactividad.

"La validación es la parte difícil, Springer dijo. Idealmente, necesitaríamos una lupa realmente buena y la capacidad de detener el tiempo. Estamos hablando de una resolución submicrónica con una velocidad de obturación del orden de nanosegundos. Lo bueno es que la comunidad de investigadores está empezando a trabajar en esto.

"Si podemos diseñar propiedades de iniciación en la microestructura de los explosivos, sería un cambio de juego para la industria y para la seguridad de las reservas nucleares. Pero tenemos un largo camino por recorrer para hacer realidad esa visión. Este tipo de investigación es muy importante, pero solo uno de los primeros pasos ".