La cinétique de réaction des matériaux énergétiques est un facteur clé pour déterminer les caractéristiques de détonation et la sécurité. La complexité du processus réactionnel et le manque de moyens expérimentaux restent un défi notable en recherche expérimentale et en modélisation fine. Pour prédire avec précision les propriétés de détonation et de sécurité des matériaux énergétiques, il est nécessaire de clarifier le mécanisme de réaction et le processus dynamique.

Les expériences pompe-sonde menées dans de grandes installations laser fournissent diverses combinaisons flexibles de charges et de sondes pour l'étude de la cinétique de réaction et du processus dynamique des explosifs puissants dans une large plage temporelle et spatiale. Dans une revue publiée dans Energetic Materials Frontiers , un groupe de chercheurs chinois a présenté les études sur les grandes installations laser, les méthodes avancées d'expérimentation pompe-sonde et les progrès réalisés.

L’équipe de scientifiques présente les résultats préliminaires de la détonation excessive, de l’imagerie dynamique des flyers, de la diffraction explosive dynamique des rayons X et de la dynamique des états excités. En outre, ils ont décrit les méthodes utilisées pour étudier la déformation interne, la transition de phase et la dynamique ultrarapide sous chargement dynamique à hautes résolutions spatiales et temporelles, qui ont le potentiel de dévoiler la complexité de la cinétique des réactions explosives.

"Ces expériences représentent un défi important car il est essentiel de développer une nouvelle génération de diagnostics in situ pour des longueurs allant de l'angström au millimètre", explique l'auteur principal Gen-bai Chu.

"Le but ultime des expériences pompe-sonde combinant à la fois des sondes optiques et à rayons X (ou d'autres particules) est d'obtenir l'imagerie femtoseconde des réactions chimiques à la surface et aux interfaces des matériaux ou enfouies dans un échantillon compressé avec une résolution spatiale à l'échelle atomique. ."

Les auteurs ont identifié quatre étapes cruciales. Premièrement, les explosifs de taille micronique entraînent une plage de pression réglable allant de l'allumage à basse pression à la détonation excessive par chargement laser.

Deuxièmement, la radiographie aux rayons X transitoires à haute résolution permet d'étudier l'évolution microstructurale des explosifs à haute énergie sous chargement dynamique et s'est avérée d'une grande importance pour l'optimisation des performances des feuilles explosives, ainsi que pour la conception de nouveaux dispositifs d'initiation fiables.

Troisièmement, des facteurs importants pour comprendre les mécanismes d'allumage et de détonation des explosifs comprennent la structure cristalline, la taille des grains de la fraction de phase et les produits de réaction chimique des explosifs sous charge dynamique.

Enfin, la spectroscopie laser ultrarapide permet l'étude des changements structurels, géométriques et chimiques lors d'une excitation électronique ou vibratoire.

"À l'avenir, les expériences pompe-sonde pourront être utilisées pour étudier des réactions complexes impliquant l'effet de couplage de réactions chimiques et d'ondes de choc afin d'obtenir une compréhension approfondie de la rupture/formation des liaisons, des populations énergétiques locales et de leur redistribution, des changements de structure et de stœchiométrie, séparation de phases et cinétique sous chargement dynamique", a conclu Chu.

Plus d'informations : Gen-bai Chu et al, Progrès récents dans la recherche sur le processus dynamique des explosifs à haute énergie grâce à des expériences pompe-sonde dans des installations laser à haute intensité, Frontières des matériaux énergétiques (2023). DOI :10.1016/j.enmf.2023.06.003

Fourni par KeAi Communications Co.