Η μελέτη δείχνει γιατί αποτυγχάνει μερικές φορές το κοινό εκρηκτικό PETN
Περίληψη:
Το τετρανιτρικό πενταεροθριτόλης (PETN) είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο υψηλό εκρηκτικό γνωστό για την ευαισθησία του σε εξωτερικά ερεθίσματα, οδηγώντας σε περιστασιακές αποτυχίες στην έκρηξη. Η κατανόηση των υποκείμενων μηχανισμών πίσω από αυτές τις αποτυχίες είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της αξιοπιστίας των εκρηκτικών με βάση το PETN. Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιούμε ατομικές προσομοιώσεις για να διερευνήσουμε τη συμπεριφορά αποτυχίας του PETN υπό διάφορες συνθήκες. Αποκαλύπτουμε ότι η αποτυχία του PETN συνδέεται στενά με το σχηματισμό ενδιάμεσων μετασταθών αντίδρασης, δηλαδή τα ενδιάμεσα νιτροφόρματα και τα νιτρρομεθάνης, τα οποία δρουν ως συμφόρηση στην οδό αποσύνθεσης. Αυτά τα ενδιάμεσα εμποδίζουν την ταχεία μετατροπή του PETN σε προϊόντα έκρηξης, με αποτέλεσμα ελλιπείς ή αποτυχημένες εκρήξεις. Τα ευρήματά μας παρέχουν πληροφορίες για τους μηχανισμούς μοριακού επιπέδου που διέπουν την αποτυχία του PETN και ανοίγουν το δρόμο για λογικές στρατηγικές σχεδιασμού για την ενίσχυση της αξιοπιστίας και της ασφάλειας των εκρηκτικών με βάση το PETN.
Εισαγωγή:
Τα υψηλά εκρηκτικά είναι ενεργειακά υλικά που υφίστανται ταχείες χημικές αντιδράσεις κατά την έναρξη, απελευθερώνοντας μια σημαντική ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητας, πίεσης και κυμάτων σοκ. Το τετρανιτρικό πενταεροθριτόλης (PETN) είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο υψηλό εκρηκτικό λόγω του υψηλού ενεργειακού περιεχομένου, της θερμικής σταθερότητας και της αδιαφορίας του μηχανικού σοκ. Ωστόσο, το PETN είναι γνωστό ότι παρουσιάζει περιστασιακές αποτυχίες στην έκρηξη, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν σε κινδύνους ασφαλείας και μειωμένη αποτελεσματικότητα. Η κατανόηση των υποκείμενων μηχανισμών πίσω από αυτές τις αποτυχίες είναι ύψιστης σημασίας για τη βελτίωση της αξιοπιστίας και της ασφάλειας των εκρηκτικών με βάση το PETN.
μεθοδολογία:
Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιούμε υπερσύγχρονες ατομικές προσομοιώσεις με βάση τη λειτουργική θεωρία πυκνότητας (DFT) για να διερευνήσουμε τη συμπεριφορά αποτυχίας του PETN σε μοριακό επίπεδο. Κατασκευάζουμε τα ατομικά μοντέλα του PETN και τα προϊόντα αποσύνθεσης και προσομοιώνουν τις αντιδράσεις τους υπό διάφορες συνθήκες, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας, της πίεσης και της παρουσίας ελαττωμάτων. Οι προσομοιώσεις παρέχουν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τις οδούς αντίδρασης, τα ενεργειακά εμπόδια και τα ενδιάμεσα αντίδρασης που εμπλέκονται στην αποσύνθεση του PETN.
Αποτελέσματα και συζήτηση:
Οι προσομοιώσεις μας αποκαλύπτουν ότι η αποτυχία του PETN να εκραγεί οφείλεται κυρίως στον σχηματισμό μετασταθών ενδιάμεσων αντίδρασης, δηλαδή στα ενδιάμεσα νιτροφόρματα και νιτρομεθανίου. Αυτά τα ενδιάμεσα σχηματίζονται κατά τη διάρκεια των αρχικών σταδίων της αποσύνθεσης PETN και δρουν ως συμφόρηση στην οδό αντίδρασης. Η παρουσία αυτών των ενδιάμεσων εμποδίζει την ταχεία μετατροπή του PETN σε προϊόντα έκρηξης, με αποτέλεσμα ελλιπείς ή αποτυχημένες εκρήξεις.
Περαιτέρω ανάλυση των οδών αντίδρασης δείχνει ότι ο σχηματισμός των ενδιάμεσων νιτροφημικών και νιτρομεθανίων επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας, της πίεσης και της παρουσίας ελαττωμάτων στον κρύσταλλο ΡΕΤΝ. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες και οι πιέσεις προάγουν το σχηματισμό αυτών των ενδιάμεσων, ενώ τα ελαττώματα λειτουργούν ως θέσεις πυρήνωσης για τον σχηματισμό τους.
Συμπεράσματα:
Συμπερασματικά, οι ατομικές προσομοιώσεις μας παρέχουν λεπτομερή κατανόηση της συμπεριφοράς αποτυχίας του υψηλού εκρηκτικού PETN. Ο σχηματισμός ενδιάμεσων μετασταθών αντίδρασης, δηλαδή τα ενδιάμεσα νιροφόρμ και τα ενδιάμεσα νιτρομεθανίου, αναγνωρίζεται ως η κύρια αιτία των αποτυχιών PETN. Αυτά τα ευρήματα ανοίγουν το δρόμο για λογικές στρατηγικές σχεδιασμού για την ελαχιστοποίηση ή την εξάλειψη του σχηματισμού αυτών των ενδιάμεσων, βελτιώνοντας έτσι την αξιοπιστία και την ασφάλεια των εκρηκτικών με βάση το PETN. Περαιτέρω πειραματικές έρευνες είναι απαραίτητες για την επικύρωση των αποτελεσμάτων προσομοίωσης και τη διερεύνηση των πρακτικών επιπτώσεων αυτών των ευρημάτων.
