Pela primeira vez nos EUA, O espalhamento de raios-x de pequeno ângulo resolvido no tempo (TRSAXS) é usado para observar o agrupamento de carbono ultrarrápido e a produção de grafite e nanodiamantes no explosivo insensível Plastic Bonded Explosive (PBX) 9502, potencialmente levando a melhores modelos de computador de desempenho explosivo.

“Aglomerados de carbono são produzidos durante o processo químico de detonação em altos explosivos, "disse Dana Dattelbaum, da Divisão de Ciência de Explosivos e Física de Choque. "O tamanho da partícula de carbono, forma, composição e sua evolução no tempo nos ajudam a entender como os explosivos fornecem energia em um determinado período de tempo. "

A pesquisa foi publicada na versão online do Journal of Physical Chemistry C em agosto. Usando TRSAXS no recém-comissionado Setor de Compressão Dinâmica da Fonte Avançada de Fótons no Laboratório Nacional de Argonne, pesquisadores dos laboratórios nacionais de Los Alamos e Lawrence Livermore detonaram pequenas amostras de PBX 9502 baseado em TATB (triamino trinitrobenzeno) enquanto raios-x de alto brilho são espalhados pelos produtos de carbono sólido formados na detonação. Os colaboradores também incluíram cientistas e técnicos da Argonne e da Washington State University.

PBX 9502 é um alto explosivo insensível que é amplamente utilizado na dissuasão nuclear dos EUA. Altos explosivos são usados ​​para conduzir o "primário" nuclear a uma massa crítica, iniciando uma detonação nuclear. Altos explosivos insensíveis são muito difíceis de detonar acidentalmente, e são considerados extremamente seguros. Contudo, o processo químico exato de transferência de energia ainda é amplamente desconhecido. Os pesquisadores descobriram que a criação de aglomerados de carbono acontece muito mais rápido do que se pensava, e a composição do carbono é muito diferente do que se supunha.

"Uma descoberta inesperada e significativa desta pesquisa foi a proporção de grafite para diamante inferida pelo contraste de raios-x das medições de espalhamento, "disse Dattelbaum." Ao detonar o PBX 9502 baseado em TATB, descobrimos que aproximadamente 80 por cento de grafite e 20 por cento de diamante foram formados quando esperávamos ver uma porcentagem muito maior de carbono semelhante ao diamante. "

Os produtos da detonação, a dinâmica do tamanho de partícula e o tipo de carbono produzido podem se correlacionar diretamente com o tipo de explosivo, e melhorar os modelos de computador de desempenho explosivo, levando a uma melhor capacidade preditiva para garantir a segurança, segurança, e eficácia do dissuasor nuclear dos EUA.

A análise dos dados de espalhamento de raios-X de TRSAXS revelou rápido crescimento inicial de aglomerados de carbono dentro de 200 nanossegundos atrás da frente de onda de choque na amostra explosiva de três gramas. A análise dos produtos recuperados revelou que o tamanho de partícula não excedeu um diâmetro de 8,4 nanômetros e esse tamanho de partícula confirmou que o crescimento de partículas não continuou após 200 nanossegundos para este tamanho de carga.

"O que realmente estamos tentando fazer é entender como esse processo evolui ao longo do tempo, "Disse Dattelbaum, "para que possamos prever melhor a velocidade e a energia distribuídas por um determinado explosivo."