Uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) demonstrou que a estrutura dos poros microscópicos em materiais altamente explosivos pode afetar significativamente o desempenho e a segurança. Estas descobertas - publicadas recentemente como artigo de capa na revista Propelentes, Explosivos, Pirotecnia - abrir a porta para a possibilidade de ajustar altos explosivos projetando sua microestrutura.

"O engraçado sobre explosivos é que eles têm pequenos defeitos, poros e orifícios, "disse o cientista pesquisador Keo Springer, autor principal do artigo e pesquisador do LLNL's High Explosives Applications Facility. "Acontece que essa é uma parte importante do que os faz funcionar. Desempenho explosivo, Num amplo sentido, não é apenas uma questão de química, é uma questão de microestrutura. "

Na maioria dos explosivos, a detonação é iniciada por um processo em que os poros são comprimidos por uma onda de choque. Quando um poro desmorona, ele cria um ponto de acesso capaz de iniciar uma reação química nos grãos cristalinos microscópicos do material explosivo. Esta pesquisa se concentrou em um composto explosivo chamado HMX, que é conhecido por ser mais sensível e perigoso de se trabalhar do que outros explosivos. A questão fundamental na raiz deste estudo era se faz diferença se os poros estão localizados no interior dos grãos ou em sua superfície.

"Descobrimos que quando os poros estão na superfície, eles aceleram a reação, "Springer disse." Nós também descobrimos que se uma onda de choque atinge vários poros da superfície de uma vez, eles se autoinicializam. É uma festa explosiva, e eles festejam bem juntos. "

Além da localização dos poros, a equipe examinou se faz diferença se a porosidade é distribuída por muitos poros pequenos ou por menos poros maiores. Embora tenham mostrado que muitos pequenos poros podem trabalhar juntos para acelerar a combustão uns dos outros, eles também foram capazes de identificar um limiar em que os poros se tornam tão pequenos que a reação é extinta.

Este exame foi realizado em uma série de simulações numéricas em supercomputadores LLNL com o código multifísico, ALE3D. Próximas etapas para a equipe de pesquisa - Springer, junto com os cientistas do LLNL Sorin Bastea, Al Nichols, Craig Tarver e Jack Reaugh - incluem a verificação de que as simulações numéricas capturam os processos físicos e químicos reais. Uma maneira direta de fazer isso é conduzir experimentos em microescala para quantificar os mecanismos de colapso dos poros e a reatividade.

"A validação é a parte difícil, "Springer disse." Idealmente, precisaríamos de uma lente de aumento realmente boa e da capacidade de parar o tempo. Estamos falando de resolução sub-mícron com velocidade do obturador da ordem de nanossegundos. O que é interessante é que a comunidade de pesquisa está começando a trabalhar nisso.

"Se pudermos projetar propriedades de iniciação na microestrutura de explosivos, seria uma virada de jogo para a indústria e para a segurança do estoque nuclear. Mas temos um longo caminho a percorrer para concretizar essa visão. Este tipo de pesquisa é muito importante, mas apenas um dos primeiros passos. "