Pour la première fois aux États-Unis, la diffusion des rayons X aux petits angles résolue dans le temps (TRSAXS) est utilisée pour observer l'agrégation de carbone ultra-rapide et la production de graphite et de nanodiamant dans l'explosif insensible Plastic Bonded Explosive (PBX) 9502, potentiellement conduire à de meilleurs modèles informatiques de performances explosives.

"Les amas de carbone sont produits lors du processus chimique de détonation dans les explosifs brisants, " dit Dana Dattelbaum, de la Division des sciences des explosifs et de la physique des chocs. "La taille des particules de carbone, forme, leur composition et leur évolution dans le temps nous aident à comprendre comment les explosifs délivrent de l'énergie sur une période donnée."

La recherche a été publiée dans la version en ligne du Journal de chimie physique C en août. En utilisant TRSAXS dans le secteur de compression dynamique nouvellement mis en service de la source avancée de photons du laboratoire national d'Argonne, des chercheurs des laboratoires nationaux de Los Alamos et Lawrence Livermore ont fait exploser de petits échantillons de PBX 9502 à base de TATB (triamino trinitrobenzène) tandis que des rayons X à haute brillance sont diffusés par les produits de carbone solides formés lors de la détonation. Les collaborateurs comprenaient également des scientifiques et des techniciens de l'Argonne et de la Washington State University.

Le PBX 9502 est un explosif puissant insensible qui est largement utilisé dans la dissuasion nucléaire américaine. Des explosifs puissants sont utilisés pour conduire le « primaire » nucléaire à une masse critique, déclencher une détonation nucléaire. Les explosifs brisants insensibles sont très difficiles à faire exploser accidentellement, et sont considérés comme extrêmement sûrs. Cependant, le processus chimique exact du transfert d'énergie est encore largement inconnu. Les chercheurs ont découvert que la création de clusters de carbone se produit beaucoup plus rapidement qu'on ne le pensait auparavant, et la composition du carbone est très différente de ce qu'on avait supposé.

"Une découverte inattendue et significative de cette recherche était le rapport graphite/diamant déduit par le contraste des rayons X à partir des mesures de diffusion, " a déclaré Dattelbaum. " En faisant exploser le PBX 9502 basé sur TATB, nous avons découvert qu'environ 80 pour cent de graphite et 20 pour cent de diamant s'étaient formés alors que nous nous attendions à voir un pourcentage beaucoup plus élevé de carbone semblable au diamant."

Les produits de la détonation, la dynamique granulométrique et le type de carbone produit peuvent être directement corrélés au type d'explosif, et l'amélioration des modèles informatiques de performances explosives, conduisant à une meilleure capacité prédictive en assurant la sécurité, Sécurité, et l'efficacité de la dissuasion nucléaire américaine.

L'analyse des données de diffusion des rayons X de TRSAXS a révélé une croissance initiale rapide des amas de carbone dans les 200 nanosecondes derrière le front d'onde de choc dans l'échantillon explosif de trois grammes. L'analyse des produits récupérés a révélé que la taille des particules ne dépassait pas un diamètre de 8,4 nanomètres et que la taille des particules a confirmé que la croissance des particules ne s'est pas poursuivie après 200 nanosecondes pour cette taille de charge.

"Ce que nous essayons vraiment de faire, c'est de comprendre comment ce processus évolue au fil du temps, " dit Dattelbaum, "Ainsi, nous pouvons mieux prédire la vitesse et l'énergie délivrée par un explosif donné."