nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2022-17-2-48-55nguphys-192Research ArticleФИЗИКА ЖИДКОСТИ, НЕЙТРАЛЬНЫХ И ИОНИЗОВАННЫХ ГАЗОВPHYSICS OF A FLUID, NEUTRAL AND IONIZED GASESДвухстадийная модель конденсации углерода при детонации конденсированных взрывчатых веществTwo-stage carbon condensation model during detonation of high explosivesРубцовИ. А.RubtsovI. A.

Рубцов Иван Андреевич, младший научный сотрудник 

Новосибирск

Ivan A. Rubtsov, Junior Researcher 

Novosibirsk

rubtsov@hydro.nsc.ruИнститут гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАНРоссияLavrentyev Institute of Hydrodynamics SB RASRussian Federation2022110920221724855Copyright © Рубцов И.А., 20222022Рубцов И.А.Rubtsov I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/192

При детонации взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом, одним из продуктов химической реакции является конденсированный углерод. Однако недостаток экспериментальных данных не позволяет на сегодняшний день дать количественную оценку процесса конденсации углерода. В данной работе предложена двухстадийная модель конденсации углерода при детонации взрывчатых веществ. В работе использовалась методика мало углового рентгеновского рассеяния для изучения динамики формирования углеродных наночастиц при детонации зарядов смеси тротила с гексогеном.

During detonating of high explosives with a negative oxygen balance, one of the products of the chemical reaction is condensed carbon. However, the lack of experimental data does not allow us to give a quantitative assessment of the carbon condensation process today. In this paper, a two-stage model of carbon condensation during the detonation of high explosives is proposed. We used small-angle X-ray scattering method to study the dynamics of the formation of carbon nanoparticles during the detonation of charges of a mixture of TNT and RDX.

взрывчатые веществадетонацияконденсация углеродамалоугловое рентгеновское рассеяниесинхротронное излучениеhigh explosivesdetonationcarbon condensationsmall-angle X-ray scatteringsynchrotron radiationИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-33-90028. В работе использовалось оборудование ЦКП «СЦСТИ» на базе УНУ «Комплекс ВЭПП-4 – ВЭПП-2000» в ИЯФ СО РАН.ReferencesCraig M. Tarver, John W. Kury, Don R. Breithaupt Detonation waves in triaminotrinitrobenzene. // J. Appl. Phys, 1997, vol. 82, no. 8, p. 3771–3782.Craig M. Tarver, John W. Kury, Don R. Breithaupt Detonation waves in triaminotrinitrobenzene. // J. Appl. Phys, 1997, vol. 82, no. 8, p. 3771–3782.Grebenkin K. F., Taranik M. V., Zherebtsov A. L. Computer modeling of scale effects at heterogeneous HE detonation // Proc. 13th Symposium (International) on Detonation, Norfolk, USA, 2006, p. 496–505.Grebenkin K. F., Taranik M. V., Zherebtsov A. L. Computer modeling of scale effects at heterogeneous HE detonation // Proc. 13th Symposium (International) on Detonation, Norfolk, USA, 2006, p. 496–505.Лямкин А. И., Петров Е. А., Ершов А. П., Сакович Г. В., Ставер А. М., Титов В. М. Получение алмазов из взрывчатых веществ // Доклады Академии наук. 1988. Т. 302, № 3. С. 611–613.Лямкин А. И., Петров Е. А., Ершов А. П., Сакович Г. В., Ставер А. М., Титов В. М. Получение алмазов из взрывчатых веществ // Доклады Академии наук. 1988. Т. 302, № 3. С. 611–613.Greiner N. R., Philips D. S., Johnson J. D., Volk F. Diamonds in detonation soot // Nature, 1988, vol. 333, p. 440–442.Greiner N. R., Philips D. S., Johnson J. D., Volk F. Diamonds in detonation soot // Nature, 1988, vol. 333, p. 440–442.Волков К. В., Даниленко В. В., Елин В. И. Синтез алмаза из углерода продуктов детонации ВВ // Физика горения и взрыва. 1990. Т. 26, № 3. С. 123–125.Волков К. В., Даниленко В. В., Елин В. И. Синтез алмаза из углерода продуктов детонации ВВ // Физика горения и взрыва. 1990. Т. 26, № 3. С. 123–125.Долматов В. Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение // Успехи химии. 2001. Т. 70, № 7. С. 687–708.Долматов В. Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение // Успехи химии. 2001. Т. 70, № 7. С. 687–708.Даниленко В. В. Синтез и спекание алмаза взрывом. М.: Энергоатомиздат, 2003. 272 с.Даниленко В. В. Синтез и спекание алмаза взрывом. М.: Энергоатомиздат, 2003. 272 с.Казутин М. В., Козырев Н. В., Петров Е. А., Комарова М. В. Синтез наноалмаза при детонации зарядов ТНТ/CL-20. 2016. № 4, Т. 1. С. 40–44Казутин М. В., Козырев Н. В., Петров Е. А., Комарова М. В. Синтез наноалмаза при детонации зарядов ТНТ/CL-20. 2016. № 4, Т. 1. С. 40–44Bagge-Hansen M., Lauderbach L., Hodgin R., Bastea S., Fried L., Jones A., van Buuren T., Hansen D., Benterou J., May C., Graber T., Jensen B. J., Ilavsky J., Willey T. M. Measurement of carbon condensates using small-angle x-ray scattering during detonation of the high explosive hexanitrostilbene // Journal of Applied Physics, 2015, vol. 117, iss.24, p. 245902.Bagge-Hansen M., Lauderbach L., Hodgin R., Bastea S., Fried L., Jones A., van Buuren T., Hansen D., Benterou J., May C., Graber T., Jensen B. J., Ilavsky J., Willey T. M. Measurement of carbon condensates using small-angle x-ray scattering during detonation of the high explosive hexanitrostilbene // Journal of Applied Physics, 2015, vol. 117, iss.24, p. 245902.Willey T. M., Bagge-Hansen M., Lauderbach L., Hodgin R., Hansen D., May C., van Buuren T., Dattelbaum D. M., Gustavsen R. L., Watkins E. B., Firestone M. A., Jensen B. J., Graber T., Bastea S., Fried L. Measurement of carbon condensates using small-angle x-ray scattering during detonation of high explosives // AIP Conference Proceedings, 2017, vol. 1793, iss.1, p. 030012.Willey T. M., Bagge-Hansen M., Lauderbach L., Hodgin R., Hansen D., May C., van Buuren T., Dattelbaum D. M., Gustavsen R. L., Watkins E. B., Firestone M. A., Jensen B. J., Graber T., Bastea S., Fried L. Measurement of carbon condensates using small-angle x-ray scattering during detonation of high explosives // AIP Conference Proceedings, 2017, vol. 1793, iss.1, p. 030012.Firestone M. A., Dattelbaum D. M., Podlesak D. W., Gustavsen R. L., Huber R. C., Ringstrand B. S., Watkins E. B., Jensen B., Willey T., Lauderbauch L., Hodgin R., Bagge–Hansen M., van Buuren T., Seifert S., Graber T. Structural evolution of detonation carbon in composition B by X-ray scattering // AIP Conference Proceedings, 2017, vol. 1793, iss.1, p. 030010.Firestone M. A., Dattelbaum D. M., Podlesak D. W., Gustavsen R. L., Huber R. C., Ringstrand B. S., Watkins E. B., Jensen B., Willey T., Lauderbauch L., Hodgin R., Bagge–Hansen M., van Buuren T., Seifert S., Graber T. Structural evolution of detonation carbon in composition B by X-ray scattering // AIP Conference Proceedings, 2017, vol. 1793, iss.1, p. 030010.Hammons J., Nielsen M., Bagge-Hansen M., Bastea S., Shaw W. L., Lee J. R. I., Ilavsky J., Sinclair N., Fezzaa K., Lauderbach L., Hodgin R., Orlikowski D., Fried L., Willey T. Resolving Detonation Nanodiamond Size Evolution and Morphology at Sub-Microsecond Timescales during High-Explosive Detonations // Journal of Physical Chemistry C., 2019, vol. 123, p. 19153–19164.Hammons J., Nielsen M., Bagge-Hansen M., Bastea S., Shaw W. L., Lee J. R. I., Ilavsky J., Sinclair N., Fezzaa K., Lauderbach L., Hodgin R., Orlikowski D., Fried L., Willey T. Resolving Detonation Nanodiamond Size Evolution and Morphology at Sub-Microsecond Timescales during High-Explosive Detonations // Journal of Physical Chemistry C., 2019, vol. 123, p. 19153–19164.Bagge-Hansen M., Bastea S., Hammons J. A., Nielsen M. H., Lauderbach L. M., Hodgin R. L., Pagoria P., May C., Aloni S., Jones A., Shaw W. L., Bukovsky E. V., Sinclair N., Gustavsen R. L., Watkins E. B., Jensen B. J., Dattelbaum D. M., Firestone M. A., Huber R. C., Ringstrand B. S., Lee J. R. I., van Buuren T., Fried L. E., Willey T. M. Detonation synthesis of carbon nano-onions via liquid carbon condensation // Nature Communications, 2019, vol. 10, p. 3819.Bagge-Hansen M., Bastea S., Hammons J. A., Nielsen M. H., Lauderbach L. M., Hodgin R. L., Pagoria P., May C., Aloni S., Jones A., Shaw W. L., Bukovsky E. V., Sinclair N., Gustavsen R. L., Watkins E. B., Jensen B. J., Dattelbaum D. M., Firestone M. A., Huber R. C., Ringstrand B. S., Lee J. R. I., van Buuren T., Fried L. E., Willey T. M. Detonation synthesis of carbon nano-onions via liquid carbon condensation // Nature Communications, 2019, vol. 10, p. 3819.Ten K. A., Titov V. M., Pruuel E. R., Kashkarov A. O., Tolochko B. P., Aminov Yu. A., Loboyko B. G., Muzyrya A. K., Smirnov E. B. Carbon condensation in detonation of high explosives // Proceedings Fifteenth International Detonation Symposium. San Francisco, California, USA, 2015, ONR-43-280-15, p. 369–374.Ten K. A., Titov V. M., Pruuel E. R., Kashkarov A. O., Tolochko B. P., Aminov Yu. A., Loboyko B. G., Muzyrya A. K., Smirnov E. B. Carbon condensation in detonation of high explosives // Proceedings Fifteenth International Detonation Symposium. San Francisco, California, USA, 2015, ONR-43-280-15, p. 369–374.Rubtsov I. A., Ten K. A., Pruuel E. R., Kashkarov A. O., Tolochko B. P., Shechtman L. I., Zhulanov V. V. Synchrotron radiation method for study the dynamics of nanoparticle sizes in trinitrotoluene detonation // Physics Procedia, 2016, vol. 84, p. 374–381.Rubtsov I. A., Ten K. A., Pruuel E. R., Kashkarov A. O., Tolochko B. P., Shechtman L. I., Zhulanov V. V. Synchrotron radiation method for study the dynamics of nanoparticle sizes in trinitrotoluene detonation // Physics Procedia, 2016, vol. 84, p. 374–381.Rubtsov I. A., Ten K. A., Pruuel E. R., Kashkarov A. O., Tolochko B. P., Zhulanov V. V., Shekhtman L. I., Piminov P. A. The growth of carbon nanoparticles during the detonation of trinitrotoluene // Journal of Physics: Conference Series, 2016, vol. 754, iss.5, p. 052004.Rubtsov I. A., Ten K. A., Pruuel E. R., Kashkarov A. O., Tolochko B. P., Zhulanov V. V., Shekhtman L. I., Piminov P. A. The growth of carbon nanoparticles during the detonation of trinitrotoluene // Journal of Physics: Conference Series, 2016, vol. 754, iss.5, p. 052004.Выскубенко Б. А., Даниленко В. В., Лин Э. Э., Мазанов В. А., Серова Т. В., Сухаренко В. И., Толочко А. П. Влияние масштабных факторов на размеры и выход алмазов при детонационном синтезе // Физика горения и взрыва. 1991. Т. 27, № 2. С. 111– 117.Выскубенко Б. А., Даниленко В. В., Лин Э. Э., Мазанов В. А., Серова Т. В., Сухаренко В. И., Толочко А. П. Влияние масштабных факторов на размеры и выход алмазов при детонационном синтезе // Физика горения и взрыва. 1991. Т. 27, № 2. С. 111– 117.Ершов А. П., Куперштох А. Л. Образование фрактальных структур при взрыве // Физика горения и взрыва. 1992. Т. 28, № 2. С. 108–109.Ершов А. П., Куперштох А. Л. Образование фрактальных структур при взрыве // Физика горения и взрыва. 1992. Т. 28, № 2. С. 108–109.Куперштох А. Л., Ершов А. П., Медведев Д. А. Модель коагуляции углеродных кластеров при высоких плотностях и температуре // Физика горения и взрыва. 1998. Т. 34, № 4. С. 102–109.Куперштох А. Л., Ершов А. П., Медведев Д. А. Модель коагуляции углеродных кластеров при высоких плотностях и температуре // Физика горения и взрыва. 1998. Т. 34, № 4. С. 102–109.Даниленко В. В. О коагуляции углеродных кластеров в детонационной волне // Физика горения и взрыва. 2017. Т. 53, № 1. С. 105–114.Даниленко В. В. О коагуляции углеродных кластеров в детонационной волне // Физика горения и взрыва. 2017. Т. 53, № 1. С. 105–114.Satonkina N. P., Ershov A. P., Kashkarov A. O., Rubtsov I. A. Elongated conductive structures in detonation soot of high explosives // RSC Advances, 2020, vol. 10, iss.30, p. 17620–17626.Satonkina N. P., Ershov A. P., Kashkarov A. O., Rubtsov I. A. Elongated conductive structures in detonation soot of high explosives // RSC Advances, 2020, vol. 10, iss.30, p. 17620–17626.Shekhtman L. I., Aulchenko V. M., Bondar A .E., Dolgov A. D., Kudryavtsev V. N., Nikolenko D. M., Papushev P. A., Pruuel E. R., Rachek I. A., Ten K. A., Titov V. M., Tolochko B. P., Zhilich V. N., Zhulanov V. V. Gem-based detectors for SR imaging and particle tracking // Journal of Instrumentation, 2012., iss.7, p. C03021.Shekhtman L. I., Aulchenko V. M., Bondar A .E., Dolgov A. D., Kudryavtsev V. N., Nikolenko D. M., Papushev P. A., Pruuel E. R., Rachek I. A., Ten K. A., Titov V. M., Tolochko B. P., Zhilich V. N., Zhulanov V. V. Gem-based detectors for SR imaging and particle tracking // Journal of Instrumentation, 2012., iss.7, p. C03021.Blinov V. E., Bobrovnikov V. S., Zolotarev K. V., Kiselev V. A., Kononov S. A., Kurkin G. Y., Levichev E. B., Meshkov O. I., Muchnoi N. Y., Nikiti S. A., Nikoilenko D. M., Sukhanov D. P., Tikhonov Y. A., Tolochko B. P., Tumaikin G. M., Shamov A. G., Shatilov D. N. The status of vepp // Physics of Particles and Nuclei Letters, 2014, iss.4 (11), p. 620–631.Blinov V. E., Bobrovnikov V. S., Zolotarev K. V., Kiselev V. A., Kononov S. A., Kurkin G. Y., Levichev E. B., Meshkov O. I., Muchnoi N. Y., Nikiti S. A., Nikoilenko D. M., Sukhanov D. P., Tikhonov Y. A., Tolochko B. P., Tumaikin G. M., Shamov A. G., Shatilov D. N. The status of vepp // Physics of Particles and Nuclei Letters, 2014, iss.4 (11), p. 620–631.Rubtsov I., Ten K., Pruuel E., Kashkarov A., Zubavichus Ya., Peters G., Veligzhanin A. Restoring size of detonation nanodiamonds from small-angle x-ray scattering of polychromatic synchrotron radiation beam // Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 1787, p. 012029.Rubtsov I., Ten K., Pruuel E., Kashkarov A., Zubavichus Ya., Peters G., Veligzhanin A. Restoring size of detonation nanodiamonds from small-angle x-ray scattering of polychromatic synchrotron radiation beam // Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 1787, p. 012029.Schnablegger H., Singh Y. The SAXS Guide. Anton Paar GmbH, 2013.Schnablegger H., Singh Y. The SAXS Guide. Anton Paar GmbH, 2013.Feigin, L. A., Svergun, D. I. Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering. NY, Plenum Press, 1987.Feigin, L. A., Svergun, D. I. Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering. NY, Plenum Press, 1987.Witten T. A., Sander L. M. Diffusion-Limited Aggregation, a Kinetic Critical Phenomenon // Physical Review Letters, 1981, vol. 47, iss.19, p. 1400–1403.Witten T. A., Sander L. M. Diffusion-Limited Aggregation, a Kinetic Critical Phenomenon // Physical Review Letters, 1981, vol. 47, iss.19, p. 1400–1403.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.