La cinética de reacción de materiales energéticos es un factor clave para determinar las características de detonación y la seguridad. La complejidad del proceso de reacción y la falta de medios experimentales siguen siendo un desafío notable en la investigación experimental y la modelización fina. Para predecir con precisión las propiedades de detonación y seguridad de materiales energéticos, es necesario aclarar el mecanismo de reacción y el proceso dinámico.
Los experimentos de bomba-sonda realizados en grandes instalaciones láser proporcionan varias combinaciones flexibles de carga y sonda para el estudio de la cinética de reacción y el proceso dinámico de explosivos de alta potencia en un amplio rango temporal y espacial. En una reseña publicada en Energetic Materials Frontiers , un grupo de investigadores de China describió los estudios de grandes instalaciones láser, métodos avanzados de experimentos con bombas y sondas y el progreso.
El equipo de científicos presenta resultados preliminares de detonación sobreimpulsada, imágenes dinámicas de volantes, difracción dinámica de rayos X explosivos y dinámica de estados excitados. Además, describieron los métodos utilizados para investigar la deformación interna, la transición de fase y la dinámica ultrarrápida bajo carga dinámica en altas resoluciones espaciales y temporales, que tienen el potencial de desentrañar la complejidad de la cinética de reacción explosiva.
"Estos experimentos representan un desafío importante, ya que es esencial desarrollar una nueva generación de diagnósticos in situ para longitudes de escala de angstrom a milimétrica", dice el autor principal Gen-bai Chu.
"El objetivo final de los experimentos con sondas de bomba que combinan sondas ópticas y de rayos X (u otras partículas) es lograr imágenes en femtosegundos de reacciones químicas en superficies e interfaces de materiales o enterrados dentro de una muestra comprimida con una resolución espacial a escala atómica. ."
Los autores identificaron cuatro pasos cruciales. En primer lugar, los explosivos del tamaño de una micra impulsan un rango de presión ajustable desde la ignición a baja presión hasta la detonación sobreaccionada mediante carga láser.
En segundo lugar, la radiografía transitoria de rayos X de alta resolución permite el estudio de la evolución microestructural de explosivos de alta energía bajo carga dinámica y fue de gran importancia para la optimización del rendimiento de las láminas explosivas, así como para el diseño de dispositivos iniciadores nuevos y confiables.
En tercer lugar, los factores importantes para comprender los mecanismos de ignición y detonación de los explosivos incluyen la estructura cristalina, el tamaño del grano de la fracción de fase y los productos de reacción química de los explosivos bajo carga dinámica.
Finalmente, la espectroscopia láser ultrarrápida permite el estudio de cambios estructurales, geométricos y químicos tras excitación electrónica o vibratoria.
"En el futuro, los experimentos con sondas de bomba se pueden utilizar para estudiar reacciones complejas que involucran el efecto de acoplamiento de reacciones químicas y ondas de choque para obtener una comprensión profunda de la ruptura/formación de enlaces, las poblaciones de energía locales y su redistribución, los cambios en la estructura y la estequiometría. separación de fases y cinética bajo carga dinámica", concluyó Chu.
Más información: Gen-bai Chu et al, Progresos recientes en la investigación sobre el proceso dinámico de explosivos de alta energía a través de experimentos con sondas de bombeo en instalaciones láser de alta intensidad, Fronteras de materiales energéticos (2023). DOI:10.1016/j.enmf.2023.06.003
Proporcionado por KeAi Communications Co.
