Forskningsfremskridt i pumpe-probe-eksperimenter på højintensive laserfaciliteter

Reaktionskinetikken af ​​energiske materialer er en nøglefaktor i bestemmelsen af ​​detonationskarakteristika og sikkerhed. Kompleksiteten af ​​reaktionsprocessen og manglen på eksperimentelle midler er fortsat en bemærkelsesværdig udfordring i eksperimentel forskning og fin modellering. For nøjagtigt at forudsige detonations- og sikkerhedsegenskaberne af energiske materialer er det nødvendigt at afklare reaktionsmekanismen og den dynamiske proces.

Pumpe-probe-eksperimenter udført på store laserfaciliteter giver forskellige fleksible belastnings- og sondekombinationer til undersøgelse af reaktionskinetikken og den dynamiske proces af højeksplosive stoffer i et bredt tidsmæssigt og rumligt område. I en anmeldelse offentliggjort i Energetic Materials Frontiers , skitserede en gruppe forskere fra Kina undersøgelserne af store laserfaciliteter, avancerede pumpeprobe-eksperimenter og fremskridtene.

Holdet af videnskabsmænd præsenterer foreløbige resultater af overdreven detonation, dynamisk flyer-billeddannelse, dynamisk eksplosiv røntgendiffraktion og ophidset tilstandsdynamik. Desuden skitserede de de metoder, der blev brugt til at undersøge den indre deformation, faseovergang og ultrahurtig dynamik under dynamisk belastning ved høje rumlige og tidsmæssige opløsninger, som har potentialet til at opklare kompleksiteten af ​​eksplosiv reaktionskinetik.

"Disse eksperimenter repræsenterer en betydelig udfordring, da det er vigtigt at udvikle en ny generation af in situ diagnostik til længder i ångstrøm til millimeterskala," siger hovedforfatter Gen-bai Chu.

"Det ultimative mål med pumpe-probe-eksperimenter, der kombinerer både optiske og røntgen- (eller andre partikler) sonder, er at opnå femtosekund-billeddannelse af kemiske reaktioner ved materialeoverflader og grænseflader eller begravet i en komprimeret prøve med en rumlig opløsning i atomskala ."

Forfatterne identificerede fire afgørende trin. For det første driver sprængstoffer i mikronstørrelse et justerbart trykområde fra lavtryks tænding til overdrevet detonation ved laserbelastning.

For det andet tillader transient røntgenradiografi med høj opløsning studiet af den mikrostrukturelle udvikling af højenergisprængstoffer under dynamisk belastning og var af stor betydning for ydeevneoptimeringen af ​​eksplosive folier, såvel som designet af nye og pålidelige initieringsanordninger.

For det tredje omfatter vigtige faktorer i forståelsen af ​​eksplosivers antændelses- og detonationsmekanismer krystalstrukturen, fasefraktionens kornstørrelse og kemiske reaktionsprodukter af sprængstoffer under dynamisk belastning.

Endelig muliggør ultrahurtig laserspektroskopi studiet af strukturelle, geometriske og kemiske ændringer ved elektronisk eller vibrationel excitation.

"Fremover kan pumpe-probe-eksperimenter bruges til at studere komplekse reaktioner, der involverer koblingseffekten af ​​kemiske reaktioner og chokbølger, for at opnå en dybdegående forståelse af bindingsbrud/dannelse, lokale energipopulationer og deres omfordeling, ændringer i struktur og støkiometri, faseadskillelse og kinetik under dynamisk belastning," konkluderede Chu.

Flere oplysninger: Gen-bai Chu et al., Nylige fremskridt inden for forskning i den dynamiske proces af højenergisprængstoffer gennem pumpe-probe-eksperimenter ved højintensive laserfaciliteter, Energetic Materials Frontiers (2023). DOI:10.1016/j.enmf.2023.06.003

Leveret af KeAi Communications Co.