Dos científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han descubierto un nuevo mecanismo para la ignición de explosivos de alta potencia que explica las inusuales propiedades de detonación de 1, 3, 5-triamino-2, 4, 6-trinitrobenceno (TATB).

La investigación permitirá realizar mejoras sistemáticas en los modelos de mecánica continua utilizados para evaluar el rendimiento y la seguridad del material de forma precisa y fiable.

Los explosivos altamente insensibles ofrecen propiedades de seguridad muy mejoradas en comparación con los explosivos más convencionales, pero las propiedades físicas responsables de las características de seguridad no están claras. Entre explosivos, TATB es casi único en sus compensaciones entre seguridad y energía.

Los modelos de ingeniería para la seguridad de inicio de choque y el rendimiento de detonación de explosivos se basan en modelos físicos que se centran en la formación y el crecimiento de puntos calientes (regiones locales de temperatura elevada que aceleran las reacciones químicas) que se cree que gobiernan estas respuestas. Sin embargo, Hasta ahora, los modelos de TATB basados ​​en el concepto de puntos calientes no han podido describir simultáneamente los regímenes de iniciación y detonación. Esto indica una falta de física en la comprensión fundamental de qué procesos impulsan a los explosivos altos insensibles a detonar.

Para descubrir estas físicas que faltan, El equipo utilizó simulaciones de supercomputadoras que involucraban a muchos millones de átomos para observar la respuesta del material justo detrás de una onda de choque de detonación. Lo que encontraron fue la formación dinámica de una complicada red de bandas de corte en el material. Las bandas de corte son regiones locales de material altamente desordenado que se producen cuando el material falla bajo tensiones extremas. Si bien la respuesta no fue completamente inesperada, no estaba claro lo que implicaba.

"Se predice y se observa que se forman bandas de cizallamiento en muchos explosivos, pero el significado químico de su formación no es bien conocido, "dijo el científico de LLNL Larry Fried, uno de los autores del artículo. A pesar de esta incertidumbre, los científicos pensaron que tenían una pista sobre la física que faltaba.

Responder a preguntas sobre la reactividad química de las bandas de cizallamiento requirió recurrir a enfoques de simulación de dinámica molecular cuántica (QMD) y computación de alto rendimiento. "El principal desafío con QMD es que solo se puede aplicar a sistemas pequeños, así que desarrollamos una técnica de modelado multiescala para observar la química de la banda de cizallamiento y las regiones cristalinas en elementos de volumen representativos, "explicó Matt Kroonblawd, autor principal del estudio.

Mediante puentes de escala con QMD, el equipo descubrió que el material desordenado en bandas de cizallamiento se activa químicamente. Las bandas se forman en TATB fuertemente impactado y reaccionan 200 veces más rápido que el cristal, lo que da una explicación física de por qué los modelos de ingeniería requerían "funciones de conmutación" empíricas para ir entre situaciones de iniciación de choque y detonación.

Los científicos describen este fenómeno recién descubierto como "activación química a través de bandas de corte, "lo que conduce a velocidades de reacción mejoradas sin el calentamiento local que suele evocar el paradigma de puntos calientes. La captura de esta respuesta en modelos de explosivos mejorará su base física y permitirá mejoras sistemáticas para evaluar el rendimiento y la seguridad de forma más precisa y fiable.

La investigación aparece en la edición en línea del 22 de mayo de Cartas de revisión física .