p Em grande, estatisticamente significativo, estudo único, pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos confirmaram que o explosivo denominado PETN (tetranitrato de pentaeritritol), estabilizado com um revestimento de polissacarídeo, é resistente a mudanças na forma das partículas, Tamanho, e estrutura que pode degradar o desempenho do detonador ao longo do tempo. Os benefícios do revestimento de polissacarídeo são conhecidos e estudados há muito tempo pelos cientistas de materiais energéticos de Los Alamos. p "PETN é um explosivo de iniciação comum usado extensivamente em detonadores comerciais e no estoque nuclear dos EUA, mas a variabilidade de lote para lote tornou difícil para nós mostrar definitivamente como ele responde ao envelhecimento, "disse Virginia Manner, um químico de materiais energéticos em Los Alamos e o líder do projeto para o estudo.

p Tudo começou com uma simples conversa entre Manner e Daniel Preston há cerca de três anos. No momento, Preston era um engenheiro de pesquisa e desenvolvimento no grupo de Ciência e Tecnologia da Detonação no Laboratório e lutava para saber como criar um estudo abrangente que conectasse o envelhecimento do PETN com o desempenho do detonador.

p "Então, reunimos vários grupos e divisões em Los Alamos para criar um estudo em grande escala que resolveria todas as dúvidas que nós e outros tínhamos sobre a estabilidade do PETN, "disse Manner.

p Detonadores são pequenos dispositivos normalmente usados ​​para iniciar grandes cargas explosivas. Esses materiais explosivos estáveis ​​precisam de um "chute" para iniciar uma explosão, uma onda de choque acima de uma velocidade e energia específicas. O trabalho de um detonador é converter um sinal de entrada, geralmente elétrica ou percussiva, em uma saída de choque de alta pressão. Eles são obrigados a fazer isso com alta confiabilidade, precisão, E segurança, mesmo depois de anos de serviço em campo em ambientes adversos. Os projetistas de detonadores contam com materiais explosivos que podem sobreviver aos efeitos do envelhecimento com impacto mínimo no desempenho.

p A pesquisa foi publicada em revista científica Propelentes, Explosivos, Pirotecnia . Muitos estudos foram conduzidos sobre a estabilidade do PETN durante o processo de envelhecimento nos últimos 30 anos em Los Alamos e outras instituições, mas os desafios associados à variabilidade da produção e ao número de detonadores disponíveis dificultaram a coleta de dados de teste estatisticamente significativos.

p Para resolver esse dilema, a equipe de pesquisa tratou uma única fonte de PETN (o suficiente para preencher 2, 000 detonadores) com diferentes estabilizadores, envelheceram termicamente os detonadores resultantes, analisou as características do pó e testou a função do detonador com um tamanho de amostra estatisticamente significativo. A pesquisa destacada neste artigo em particular incluiu o disparo real de cerca de 400 desses detonadores e outras interrogações do material para melhor compreender suas características físicas.

p "Nós nos concentramos em quatro lotes de pó PETN do mesmo estoque usando dois estabilizadores que foram aplicados por décadas, polissacarídeo e TriPEON, "disse Nick Lease, um cientista do grupo de Ciência e Tecnologia de Altos Explosivos do Laboratório. Um polissacarídeo é uma grande molécula feita de açúcares simples, como a glicose. TriPEON é o octanitrato de tripentaeritritol químico, um estabilizador explosivo comum.

p De acordo com Geoff Brown, outro colaborador, "O PETN é envelhecido como um pó de fluxo livre e em detonadores de fio de ponte explodindo modificados por um mês a 75 ° C. O pó é então analisado quimicamente usando imagens de alta resolução, bem como técnicas de análise de tamanho de partícula e área de superfície."

p Adicionalmente, "o desempenho do detonador foi avaliado em uma faixa de voltagens para determinar a energia necessária para acender os detonadores, também conhecido como tensões limite. O tempo de produção também foi medido, "disse Nathan Burnside, um engenheiro de pesquisa e desenvolvimento no grupo de ciência e tecnologia de detonação.

p Os resultados do estudo indicam que o envelhecimento altera significativamente a área de superfície e o tamanho das partículas de PETN não estabilizado, levando a aumentos no tempo de função do detonador.

p "Monitoramos a saúde do detonador por meio do tempo de função - o tempo que leva desde a explosão inicial do fio de ponte no detonador, que inicia o PETN, para finalmente gerar um choque na extremidade de saída do detonador. Este evento deve ser o mais rápido possível, e os aumentos no tempo indicam a erosão da saúde do detonador, "disse Preston.

p Os pós estabilizados com TriPEON exibiram aumentos menos significativos no tempo de função, enquanto o pó estabilizado com polissacarídeo não exibiu efeitos de envelhecimento, apesar do envelhecimento em alta temperatura.

p "Mostramos que o PETN estabilizado com um revestimento de polissacarídeo exibe pouca ou nenhuma mudança nas características do pó durante o envelhecimento em temperaturas elevadas, em pó de fluxo livre, bem como prensado em pelotas de detonador de baixa densidade preparadas comercialmente, "disse Manner." Curiosamente, as tensões de limiar medidas não parecem ser afetadas pelo engrossamento que ocorre no pó durante o envelhecimento, mesmo com o pó não estabilizado. Estudos de longo prazo estão em andamento para determinar se isso continuará a ser uma tendência. "

p Em uma demonstração do compromisso do Laboratório em cumprir sua missão principal durante a atual pandemia, este projeto foi concluído sob as restrições do COVID-19. Como o estudo de envelhecimento foi sensível ao tempo, vários membros da equipe de pesquisa receberam aprovações especiais para estar no local, e trabalhou em laboratórios usando distanciamento social e máscaras, junto com uma higiene meticulosa. Eles realizaram de 25 a 50 testes explosivos por dia, desmontando aproximadamente 30 detonadores e gerando imagens de centenas de peças.

p Trabalhos adicionais estão em andamento para explorar os efeitos do envelhecimento em várias temperaturas e escalas de tempo mais longas. A equipe de Los Alamos é composta por cientistas e engenheiros da Ciência e Tecnologia de Explosivos, Ciência e Tecnologia de Detonação, Ciência e tecnologia de nêutrons, e grupos de Integração de Produção de Segurança Nuclear.