A cinética de reação de materiais energéticos é um fator chave na determinação das características de detonação e segurança. A complexidade do processo de reação e a falta de meios experimentais continuam a ser um desafio notável na pesquisa experimental e na modelagem fina. Para prever com precisão as propriedades de detonação e segurança dos materiais energéticos, é necessário esclarecer o mecanismo de reação e o processo dinâmico.



Experimentos de sonda-bomba conduzidos em grandes instalações de laser fornecem várias combinações flexíveis de carga e sonda para o estudo da cinética de reação e do processo dinâmico de altos explosivos em uma ampla faixa temporal e espacial. Em uma revisão publicada em Energetic Materials Frontiers , um grupo de pesquisadores da China descreveu os estudos de grandes instalações de laser, métodos avançados de experimentos com sondas de bomba e o progresso.

A equipe de cientistas apresenta resultados preliminares de detonação excessiva, imagem dinâmica de flyer, difração dinâmica de raios X explosiva e dinâmica de estado excitado. Além disso, eles descreveram os métodos usados ​​para investigar a deformação interna, transição de fase e dinâmica ultrarrápida sob carregamento dinâmico em altas resoluções espaciais e temporais, que têm o potencial de desvendar a complexidade da cinética de reações explosivas.

"Esses experimentos representam um desafio significativo, uma vez que é essencial desenvolver uma nova geração de diagnósticos in situ para comprimentos de escala angstrom a milimétrica", diz o autor principal Gen-bai Chu.

"O objetivo final dos experimentos de bomba-sonda que combinam sondas ópticas e de raios X (ou outras partículas) é obter imagens de femtossegundos de reações químicas em superfícies e interfaces de materiais ou enterradas dentro de uma amostra comprimida com uma resolução espacial em escala atômica ."

Os autores identificaram quatro etapas cruciais. Primeiro, explosivos de tamanho micrométrico acionam uma faixa de pressão ajustável, desde ignição de baixa pressão até detonação excessiva por carregamento de laser.

Em segundo lugar, a radiografia transitória de raios X de alta resolução permite o estudo da evolução microestrutural de explosivos de alta energia sob carregamento dinâmico e foi de grande importância para a otimização do desempenho de folhas explosivas, bem como para o projeto de dispositivos de iniciação novos e confiáveis.

Terceiro, fatores importantes na compreensão dos mecanismos de ignição e detonação de explosivos incluem a estrutura cristalina, o tamanho do grão da fração de fase e os produtos da reação química dos explosivos sob carregamento dinâmico.

Finalmente, a espectroscopia a laser ultrarrápida permite o estudo de alterações estruturais, geométricas e químicas após excitação eletrônica ou vibracional.

"No futuro, os experimentos com sonda de bomba podem ser usados ​​para estudar reações complexas envolvendo o efeito de acoplamento de reações químicas e ondas de choque para obter uma compreensão aprofundada da quebra/formação de ligações, populações de energia locais e sua redistribuição, mudanças na estrutura e estequiometria, separação de fases e cinética sob carga dinâmica", concluiu Chu.

Mais informações: Gen-bai Chu et al, Progresso recente na pesquisa sobre o processo dinâmico de explosivos de alta energia por meio de experimentos com sondas de bomba em instalações de laser de alta intensidade, Energetic Materials Frontiers (2023). DOI:10.1016/j.enmf.2023.06.003
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