Dans des conditions cryogéniques, une équipe de SLAC et de LLNL a utilisé des rayons X pour déclencher la décomposition et mesurer la structure des molécules explosives élevées. Crédit: Dan Herchek
Des explosifs élevés sûrs et efficaces sont essentiels à la mission de Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) de l’intendance du stock. Il est relativement simple d’étudier la composition de ce matériel avant une détonation ou d’examiner les restes de suie par la suite. Mais la chimie entre les deux, qui dicte une grande partie du processus de détonation, échappe à l’interrogatoire expérimental au fur et à mesure qu’il passe dans quelques nanosecondes ou moins.
Dans une étude publiée dans les Actes de la National Academy of Sciences, des chercheurs du Laboratoire national d’accélérateur SLAC et du LLNL ont déclenché une décomposition lente d’un explosif élevé et mesuré les effets sur les molécules qui lui sont. Le travail fournit la preuve de concept d’un processus qui pourrait être étendu pour examiner la chimie dynamique ultra-rapide pendant les détonations et illumine des structures intermédiaires qui n’ont jamais été vues expérimentalement auparavant.
Au rayonnement Synchrotron de Stanford Lightource, l’équipe a utilisé des rayons X pour à la fois déclencher les réactions chimiques impliquées dans la décomposition et mesurer les résultats.
“La diffusion Raman RAMAN est une capacité unique qui peut donner accès à la chimie en vrac de ces matériaux”, a déclaré le scientifique du SLAC et auteur principal Oscar Paredes Mellone.
La technique excite les électrons dans les noyaux des atomes en les fourrant avec des photons à rayons X qui diffusent et transfèrent une partie de leur énergie à ces électrons de base. Un détecteur mesure la nouvelle énergie des rayons X, et la différence révèle la structure électronique et la composition du matériau.
“Nous n’allons pas affirmer que la décomposition induite par les rayons X est identique à la détonation, mais nous pensons que cela peut être assez similaire”, a déclaré le scientifique et auteur LLNL Trevor Willey. “Vous êtes juste excitant et brisant les molécules avec des rayons X au lieu de le choc de la détonation.”
Mais ce n’est que sous des températures cryogéniques que ce processus se fige en place assez longtemps pour capturer et mesurer les intermédiaires chimiques transitoires.
“En faisant ces expériences beaucoup plus lentes, statiques et cryogéniques, nous montrons qu’il est possible d’utiliser potentiellement la spectroscopie Raman aux rayons X dans une expérience de détonation”, a déclaré Willey.
En plus de leurs expériences, Paredes Mellone a fouillé la littérature des fragments moléculaires proposés théoriquement être présents pendant les étapes initiales du processus de détonation. Pour les candidats plausibles, il a travaillé avec des collègues de l’Institut national des normes et de la technologie pour calculer leurs signatures Raman à rayons X moléculaires et a comparé les modèles aux données spectrales. Les résultats ont montré quelques candidats les plus susceptibles et des mécanismes de décomposition clés: certaines liaisons clivaient et conduisant à l’ouverture de la structure interne de type cage de la molécule explosive.
Bien que cette étude de décomposition fournit la base d’expériences de détonation structurées similaires, certaines progrès seront nécessaires.
“Afin de prendre cette dynamique, vous auriez besoin d’une source de rayons X incroyablement intense et pulsée – un laser à rayons X à rayons X – comme le Linac Coherent Light source au SLAC”, a déclaré Willey. “Nous devons encore faire une bonne quantité de travail pour optimiser les détecteurs et améliorer également leur efficacité.”
À cette fin, la communauté des scientifiques de SLAC, LLNL et ailleurs explorent des moyens d’incorporer la spectroscopie Raman à rayons X plus systématiquement à la Linac Coherent Lightource.
Plus d’informations:
Oscar A. Paredes Mellone et al, déchiffrer les voies de décomposition des explosifs élevés avec spectroscopie Raman à rayons X cryogénique, Actes de l’Académie nationale des sciences (2025). Doi: 10.1073 / pnas.2426320122
Fourni par Lawrence Livermore National Laboratory
Citation: Explosifs élevés au ralenti: les molécules de congélation en place montrent des réactions chimiques (2025, 24 juin) récupérées le 24 juin 2025 à partir de https://phys.org/news/2025-06-High-Exposives-Motion-Molecules-chemical.html
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