La cinetica di reazione dei materiali energetici è un fattore chiave nel determinare le caratteristiche di detonazione e la sicurezza. La complessità del processo di reazione e la mancanza di mezzi sperimentali rimangono una sfida notevole nella ricerca sperimentale e nella modellazione fine. Per prevedere con precisione la detonazione e le proprietà di sicurezza dei materiali energetici, è necessario chiarire il meccanismo di reazione e il processo dinamico.
Gli esperimenti pompa-sonda condotti presso grandi strutture laser forniscono varie combinazioni flessibili di carico e sonda per lo studio della cinetica di reazione e del processo dinamico degli esplosivi ad alto potenziale in un ampio intervallo temporale e spaziale. In una recensione pubblicata su Energetic Materials Frontiers , un gruppo di ricercatori cinesi ha illustrato gli studi su grandi impianti laser, metodi avanzati di esperimenti con sonda a pompa e i progressi.
Il team di scienziati presenta i risultati preliminari della detonazione eccessiva, dell'imaging dinamico di volantini, della diffrazione dinamica dei raggi X esplosivi e della dinamica dello stato eccitato. Inoltre, hanno delineato i metodi utilizzati per studiare la deformazione interna, la transizione di fase e la dinamica ultraveloce sotto carico dinamico ad elevate risoluzioni spaziali e temporali, che hanno il potenziale per svelare la complessità della cinetica delle reazioni esplosive.
"Questi esperimenti rappresentano una sfida significativa poiché è essenziale sviluppare una nuova generazione di diagnostica in situ per lunghezze su scala angstrom e millimetrica", afferma l'autore principale Gen-bai Chu.
"L'obiettivo finale degli esperimenti con sonda a pompa che combinano sonde sia ottiche che a raggi X (o altre particelle) è quello di ottenere l'imaging a femtosecondi delle reazioni chimiche sulle superfici e sulle interfacce dei materiali o sepolte all'interno di un campione compresso con una risoluzione spaziale su scala atomica ."
Gli autori hanno identificato quattro passaggi cruciali. Innanzitutto, gli esplosivi di dimensioni micron guidano un intervallo di pressione regolabile, dall'accensione a bassa pressione alla detonazione eccessiva mediante caricamento laser.
In secondo luogo, la radiografia a raggi X transitori ad alta risoluzione consente lo studio dell’evoluzione microstrutturale degli esplosivi ad alta energia sotto carico dinamico ed è stata di grande importanza per l’ottimizzazione delle prestazioni delle lamine esplosive, nonché per la progettazione di dispositivi di innesco nuovi e affidabili.
In terzo luogo, fattori importanti per comprendere i meccanismi di accensione e detonazione degli esplosivi includono la struttura cristallina, la dimensione dei grani della frazione di fase e i prodotti della reazione chimica degli esplosivi sottoposti a carico dinamico.
Infine, la spettroscopia laser ultraveloce consente lo studio dei cambiamenti strutturali, geometrici e chimici in seguito all'eccitazione elettronica o vibrazionale.
"In futuro, gli esperimenti con sonda a pompa potranno essere utilizzati per studiare reazioni complesse che coinvolgono l'effetto di accoppiamento delle reazioni chimiche e delle onde d'urto per ottenere una comprensione approfondita della rottura/formazione dei legami, delle popolazioni energetiche locali e della loro ridistribuzione, dei cambiamenti nella struttura e nella stechiometria, separazione di fase e cinetica sotto carico dinamico," ha concluso Chu.
Ulteriori informazioni: Gen-bai Chu et al, Recenti progressi nella ricerca sul processo dinamico degli esplosivi ad alta energia attraverso esperimenti con sonda a pompa in impianti laser ad alta intensità, Energetic Materials Frontiers (2023). DOI:10.1016/j.enmf.2023.06.003
Fornito da KeAi Communications Co.
