Badania eksperymentalne nad wykrywaniem za pomocą pomp urządzeń laserowych o dużej intensywności zapoczątkowują kluczowy postęp!

Powszechnie wiadomo, że kinetyka reakcji materiałów zawierających energię jest kluczowym czynnikiem określającym właściwości i bezpieczeństwo wybuchu, ale złożoność procesu reakcji i brak środków eksperymentalnych pozostają kluczowym wyzwaniem dla badań eksperymentalnych i dokładnego modelowania. Aby dokładnie przewidzieć właściwości detonacyjne i bezpieczeństwa materiałów zawierających energię, istotne jest poznanie mechanizmów ich reakcji i procesów kinetycznych.
Z drugiej strony eksperymenty z pompą i sondą na dużych urządzeniach laserowych zapewniają różnorodne elastyczne kombinacje obciążenia i sondy do badania kinetyki reakcji i procesów kinetycznych materiałów wybuchowych kruszących w dużej skali przestrzennej i czasowej.
W niedawnym przeglądzie opublikowanym w czasopiśmie Energetic Materials Frontiers grupa badaczy z Chin przedstawiła wyniki badań, zaawansowane metody eksperymentalne z pompą i sondą oraz postępy w zakresie dużych urządzeń laserowych.
Wśród odkryć zespół naukowców przedstawia wstępne wyniki dotyczące eksplozji hipernapędowych, dynamicznego obrazowania ulotek, dyfrakcji rentgenowskiej dynamicznych materiałów wybuchowych i dynamiki stanu wzbudzonego. Ponadto przedstawiają metody badania odkształceń wewnętrznych, przejść fazowych i ultraszybkiej dynamiki pod obciążeniem dynamicznym przy wysokiej rozdzielczości przestrzennej i czasowej, które mogą ujawnić złożoność dynamiki reakcji wybuchowych.
„Eksperymenty te stanowią poważne wyzwanie, ponieważ kluczowe znaczenie ma opracowanie nowej generacji diagnostyki in situ do długości milimetrowej”. – powiedział Gen-bai Chu, pierwszy autor artykułu.
„Ostatecznym celem eksperymentów z pompą-sondą, łączących sondy optyczne i rentgenowskie (lub inne cząstki), jest uzyskanie femtosekundowego obrazowania reakcji chemicznych na powierzchniach materiałów i granicach faz lub ukrytych w skompresowanych próbkach z rozdzielczością przestrzenną w skali atomowej”.
Autorzy zidentyfikowali cztery kluczowe kroki:
Po pierwsze, materiały wybuchowe wielkości mikronów wytwarzają regulowany zakres ciśnienia, od zapłonu niskociśnieniowego po hipernapędowe eksplozje ładowane laserowo.
Po drugie, obrazowanie przejściowe rentgenowskie o wysokiej rozdzielczości pozwala na badanie ewolucji mikrostrukturalnej wysokoenergetycznych materiałów wybuchowych pod obciążeniem dynamicznym, co jest istotne dla optymalizacji parametrów folii wybuchowych oraz projektowania nowych, niezawodnych urządzeń inicjujących.
Po trzecie, struktura krystaliczna, frakcja fazowa, wielkość cząstek i produkty reakcji chemicznej materiałów wybuchowych pod obciążeniem dynamicznym są ważnymi czynnikami w zrozumieniu mechanizmu detonacji materiałów wybuchowych.
Wreszcie ultraszybka spektroskopia laserowa umożliwia badanie zmian strukturalnych, geometrycznych i chemicznych pod wzbudzeniem elektronicznym lub wibracyjnym.
Chu podsumowuje: „Patrząc w przyszłość, eksperymenty z pompą-sondą można wykorzystać do badania złożonych reakcji obejmujących reakcje chemiczne i efekty sprzęgania fali uderzeniowej, aby uzyskać wgląd w zrywanie/tworzenie wiązań, lokalne populacje energii i ich redystrybucję, zmiany strukturalne i stechiometryczne, separację faz, i dynamika pod obciążeniem dynamicznym. „”