Undersøgelse viser, hvorfor almindeligt eksplosivt PETN nogle gange svigter

Abstrakt:

Pentaerythritol tetranitrat (PETN) er et meget brugt sekundært sprængstof med fremragende detonationsegenskaber. Men under visse forhold kan PETN udvise unormal adfærd, herunder manglende detonering eller forsinket detonation, hvilket udgør væsentlige sikkerhedsproblemer og hindrer dets pålidelige anvendelse. For at løse disse problemer gennemførte vi en omfattende serie af atomistiske simuleringer for at undersøge de grundlæggende mekanismer, der ligger til grund for fejlen i PETN-detonation. Vores simuleringer afslører, at tilstedeværelsen af ​​defekter, såsom hulrum og dislokationer, kan ændre detonationsadfærden af ​​PETN betydeligt ved at ændre den lokale spændingsfordeling og fremme dannelsen af ​​hot spots. Disse resultater giver kritisk indsigt i fejlmekanismerne i PETN og giver vejledning til at forbedre dets sikkerhed og ydeevne i praktiske applikationer.

Introduktion:

PETN er et kraftigt sekundært sprængstof, der almindeligvis anvendes i militære, minedrift og industrielle applikationer på grund af dets høje detonationshastighed, lave følsomhed og miljøvenlighed. På trods af dets udbredte brug er PETN ikke uden sine ulemper. Under visse forhold, såsom når det udsættes for svag initiering eller ikke-ideel indespærring, kan PETN undlade at detonere eller opleve forsinket detonation. Disse anomalier udgør betydelige sikkerhedsrisici og begrænser den pålidelige anvendelse af PETN i kritiske scenarier.

Metode:

For at belyse mekanismerne bag PETNs detonationsfejl brugte vi state-of-the-art atomistiske simuleringsteknikker, specifikt molekylær dynamik (MD) simuleringer koblet med reaktive kraftfelter. Disse simuleringer gjorde det muligt for os at undersøge den mikroskopiske opførsel af PETN under forskellige forhold, herunder tilstedeværelsen af ​​defekter og variationer i temperatur og tryk.

Resultater og diskussion:

Defekt-induceret fejl:Vores simuleringer afslørede, at tilstedeværelsen af ​​defekter, såsom hulrum og dislokationer, kan have en dybtgående indflydelse på detonationsadfærden af ​​PETN. Disse defekter fungerer som spændingskoncentratorer, der lokalt forstørrer den mekaniske belastning og fremmer dannelsen af ​​varme punkter, som er kritiske for at udløse detonation. Efterhånden som tætheden af ​​defekter stiger, stiger tilbøjeligheden til detonationsfejl også, hvilket fører til en højere sandsynlighed for ikke-ideelle eksplosioner eller endog fuldstændig fejl i at detonere.

Indflydelse af temperatur og tryk:Effekten af ​​temperatur og tryk på PETNs detonationsadfærd blev også undersøgt. Højere temperaturer og tryk favoriserer generelt mere effektiv detonation ved at reducere den aktiveringsenergi, der kræves til kemiske reaktioner, og forbedre udbredelsen af ​​detonationsbølgen. Tilstedeværelsen af ​​defekter kan dog modvirke disse effekter, selv ved forhøjede temperaturer og tryk. Dette fremhæver den altoverskyggende rolle, som defekter spiller i styringen af ​​den overordnede detonationsydelse af PETN.

Konsekvenser og konklusion:

Vores undersøgelse giver en omfattende forståelse af fejlmekanismerne ved PETN-detonation på atomniveau. Tilstedeværelsen af ​​defekter, såsom hulrum og dislokationer, fremstår som en kritisk faktor, der kan hæmme initieringen og udbredelsen af ​​detonation. Denne forståelse kan guide udviklingen af ​​strategier til at afbøde disse defekter og derved øge sikkerheden og pålideligheden af ​​PETN i praktiske applikationer. Ydermere kan indsigten fra dette arbejde udvides til andre energiske materialer, hvilket hjælper med design og optimering af fremtidige sprængstoffer og drivmidler.