Dois cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) descobriram um novo mecanismo de ignição de altos explosivos que explica as propriedades de detonação incomuns de 1, 3, 5-triamino-2, 4, 6-trinitrobenzeno (TATB).

A pesquisa permitirá melhorias sistemáticas nos modelos de mecânica contínua usados ​​para avaliar o desempenho e a segurança do material de forma precisa e confiável.

Explosivos altamente insensíveis oferecem propriedades de segurança muito melhoradas em relação aos explosivos mais convencionais, mas as propriedades físicas responsáveis ​​pelas características de segurança não são claras. Entre explosivos, A TATB é quase única em suas vantagens e desvantagens de segurança e energia.

Modelos de engenharia para segurança de iniciação de choque e desempenho de detonação de explosivos dependem de modelos físicos que se concentram na formação e crescimento de pontos quentes (regiões locais de temperatura elevada que aceleram reações químicas) que governam essas respostas. Contudo, os modelos de TATB baseados no conceito de hot spot não foram capazes de descrever simultaneamente os regimes de iniciação e detonação. Isso indica que falta física no entendimento fundamental de quais processos fazem com que altos explosivos insensíveis detonem.

Para descobrir essas físicas que faltam, a equipe usou simulações de supercomputador envolvendo muitos milhões de átomos para observar a resposta do material logo atrás de uma onda de choque de detonação. O que eles descobriram foi a formação dinâmica de uma rede complicada de faixas de cisalhamento no material. As faixas de cisalhamento são regiões locais de material altamente desordenado que são produzidas quando o material falha sob tensões extremas. Embora a resposta não tenha sido completamente inesperada, não estava claro o que isso implicava.

"Bandas de cisalhamento são previstas e observadas se formando em muitos explosivos, mas o significado químico de sua formação não é bem conhecido, "disse o cientista do LLNL Larry Fried, um dos autores do artigo. Apesar desta incerteza, os cientistas pensaram que tinham uma pista sobre a física ausente.

Para responder a perguntas sobre a reatividade química de bandas de cisalhamento, é necessário recorrer a abordagens de simulação de dinâmica molecular quântica (QMD) e computação de alto desempenho. "O principal desafio do QMD é que ele só pode ser aplicado a pequenos sistemas, então, desenvolvemos uma técnica de modelagem multiescala para observar a química da banda de cisalhamento e regiões cristalinas em elementos de volume representativos, "explicou Matt Kroonblawd, autor principal do estudo.

Através da ponte de escala com QMD, a equipe descobriu que o material desordenado nas faixas de cisalhamento torna-se quimicamente ativado. As bandas são formadas em TATB fortemente chocado e reagem 200 vezes mais rápido que o cristal, que dá uma explicação física de por que os modelos de engenharia exigiam "funções de comutação" empíricas para ir entre a iniciação do choque e as situações de detonação.

Os cientistas descrevem este fenômeno recém-descoberto como "ativação química através de bandas de cisalhamento, "o que leva a taxas de reação aumentadas sem o aquecimento local tipicamente evocado pelo paradigma do ponto quente. A captura dessa resposta em modelos de explosivos melhorará sua base física e permitirá melhorias sistemáticas para avaliar o desempenho e a segurança de forma mais precisa e confiável.

A pesquisa aparece na edição online de 22 de maio do Cartas de revisão física .