Los explosivos tienen un problema inherente: deben ser perfectamente seguros para el manejo y el almacenamiento, pero detonan de manera confiable bajo demanda. Mediante el modelado por computadora y una nueva técnica de diseño de moléculas, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos han reemplazado un "brazo" de una molécula explosivapara ayudar a desentrañar los primeros pasos en el proceso de detonación y comprender mejor su sensibilidad, con qué facilidad comienza una reacción violenta.
"Comenzó con, podemos tomar un explosivo iniciador de tetranitrato de pentaeritritol PETN común y reemplazar partes del mismo para cambiar las propiedades de sensibilidad", dijo la química de explosivos Virginia Manner. "Así que reemplazamos un brazo de PETN con varios no energéticosgrupos para ver cómo esos diferentes grupos podrían cambiar la sensibilidad de la molécula en general. Esta es la primera vez que tomamos un sistema fundamental como este y cambiamos diferentes partes para ver cómo podría afectar la sensibilidad ".
La investigación fue publicada hoy en Ciencia química el "diario insignia" de la Royal Society of Chemistry.
Los investigadores pudieron cambiar la sensibilidad de los materiales de tipo PETN, haciéndolos menos sensibles y más sensibles. El PETN fue inventado en Alemania en 1894, es uno de los materiales explosivos más potentes y generalmente se usa solo en pequeñoscantidades debido a su sensibilidad relativamente alta.
Otro enfoque novedoso para esta investigación es la estrecha colaboración entre químicos y modeladores de computadoras en Los Alamos.
"Hace unos tres años me di cuenta de que modelar realmente ayudaría", dijo Manner. "Así que le pedí a Marc Cawkwell que trabajara conmigo y me di cuenta de que teníamos ideas totalmente diferentes sobre lo que hacía sensibles a los explosivos. Pensé que todo era fundamentalquímica y pensó que son las propiedades mecánicas las que controlan si un explosivo es insensible o sensible. ¡En el transcurso de este trabajo, lentamente nos convencimos mutuamente de que los dos estábamos equivocados! "
"¡O más bien, en parte correcto!", Agregó Cawkwell.
Usando un código de computadora de dinámica molecular escrito en Los Alamos llamado "LATTE" Cawkwell es capaz de modelar la creación y ruptura de enlaces químicos en explosivos con mucha precisión.
"La química proviene de la estructura electrónica de una molécula", dijo Cawkwell. "Con LATTE podemos calcular con precisión la energía de una molécula y la fuerza en cada átomo desde su estructura electrónica, lo que nos permite propagar las posiciones de todosde los átomos hacia adelante en el tiempo y dejar que el sistema evolucione. Si la temperatura y la presión son lo suficientemente altas, entonces vemos una cascada de química que inicia una explosión ".
El modelado se utiliza para interpretar experimentos en forma de una prueba de impacto de caída de peso, para ver si un explosivo recién sintetizado se inicia fácilmente sensible o requiere más fuerza insensible para explotar.
Lo que proporciona el modelado es una comprensión mucho más profunda de los procesos subyacentes en una detonación. "Realmente nos permitió comprender estos experimentos de caída de peso bastante simples con exquisitos detalles atomísticos", dijo Cawkwell. "Por ejemplo, la reacción de 'desabrochar'en PETN que fue identificado por nuestro colega Ed Kober de las simulaciones LATTE fue algo que ninguno de nosotros podía anticipar "
"El objetivo final es ver si podemos sintonizar los explosivos de manera predictiva", dijo Manner. "En el futuro la gente querrá saber cómo podemos hacer que los explosivos sean más o menos seguros o sensibles, particularmente para aplicaciones de arsenales nucleares.En general, las personas solo están mirando estos explosivos que han existido durante 100 años o más y están tratando de comprenderlos, por lo que pensamos que si podíamos hacer un sistema donde sintonizáramos sistemáticamente la sensibilidad, donde realmente entendemos las propiedades moleculares queson los que más afectan la iniciación, entonces podríamos guiar el desarrollo de nuevos explosivos en el futuro "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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