Energetiska materials reaktionskinetik är en nyckelfaktor för att bestämma detonationsegenskaperna och säkerheten. Komplexiteten i reaktionsprocessen och avsaknaden av experimentella medel är fortfarande en anmärkningsvärd utmaning inom experimentell forskning och finmodellering. För att exakt förutsäga detonations- och säkerhetsegenskaperna hos energirika material är det nödvändigt att klargöra reaktionsmekanismen och den dynamiska processen.
Pump-sond-experiment utförda vid stora laseranläggningar ger olika flexibla last- och sondkombinationer för studier av reaktionskinetik och dynamiska processer för höga explosiva ämnen i ett brett tids- och rumsintervall. I en recension publicerad i Energetic Materials Frontiers , beskrev en grupp forskare från Kina studierna av stora laseranläggningar, avancerade metoder för experiment med pumpsond och framstegen.
Teamet av forskare presenterar preliminära resultat av överstyrd detonation, dynamisk flygbladsavbildning, dynamisk explosiv röntgendiffraktion och dynamik i exciterat tillstånd. Vidare beskrev de metoderna som används för att undersöka den interna deformationen, fasövergången och ultrasnabb dynamik under dynamisk belastning vid höga rumsliga och tidsmässiga upplösningar, vilket har potentialen att reda ut komplexiteten hos explosiv reaktionskinetik.
"Dessa experiment utgör en betydande utmaning eftersom det är viktigt att utveckla en ny generation av in situ-diagnostik för längder i ångström till millimeterskala", säger huvudförfattaren Gen-bai Chu.
"Det slutliga målet med pump-sondsexperiment som kombinerar både optiska och röntgensonder (eller andra partiklar) är att uppnå femtosekundsavbildning av kemiska reaktioner vid materialytor och gränsytor eller begravda i ett komprimerat prov med en rumslig upplösning i atomskala ."
Författarna identifierade fyra avgörande steg. För det första driver mikronstora sprängämnen ett inställbart tryckområde från lågtryckständning till överdriven detonation genom laserladdning.
För det andra tillåter högupplöst transientröntgenröntgen studier av den mikrostrukturella utvecklingen av högenergisprängämnen under dynamisk belastning och var av stor betydelse för prestandaoptimering av explosiva folier, såväl som utformningen av nya och pålitliga initieringsanordningar.
För det tredje, viktiga faktorer för att förstå sprängämnens antändnings- och detonationsmekanismer inkluderar kristallstrukturen, fasfraktionens kornstorlek och kemiska reaktionsprodukter för explosiva ämnen under dynamisk belastning.
Slutligen möjliggör ultrasnabb laserspektroskopi studiet av strukturella, geometriska och kemiska förändringar vid elektronisk eller vibrationell excitation.
"I framtiden kan pump-sond-experiment användas för att studera komplexa reaktioner som involverar kopplingseffekten av kemiska reaktioner och stötvågor för att få en djupgående förståelse av bindningsbrytning/bildning, lokala energipopulationer och deras omfördelning, förändringar i struktur och stökiometri, fasseparation och kinetik under dynamisk belastning," avslutade Chu.
Mer information: Gen-bai Chu et al, Nya framsteg inom forskning om den dynamiska processen av högenergisprängämnen genom pump-sondsexperiment vid högintensiva laseranläggningar, Energetic Materials Frontiers (2023). DOI:10.1016/j.enmf.2023.06.003
Tillhandahålls av KeAi Communications Co.
