TATB基PBX内应力的中子衍射研究

TATB is an insensitive explosive with the best safety performance at present. Study on internal stress and micro-structure change and its effect of formed PBX, caused by external mechanical stress and temperature load in the process of suppression, transportation and storage, has been a hot spot at home and abroad. In this project, a neutron diffraction technology is used to quantitatively characterize lattice parameters of TATB crystals in PBX. The relationship between mechanical stress, temperature change and lattice parameters, stress distribution of TATB crystals is obtained. Combining the methods of SEM, μCT and SANS, the characteristic changes of meso-structure, such as defects, holes and interfaces in PBX are investigated under the thermal- mechanical effect. The role of TATB crystal and binder in the PBX system in different stages of mechanical stress and temperature load is studied in meso-scale. Thermodynamic response behaviors of TATB crystals, such as lattice strain and thermal expansion, and evolution law of interaction behavior between TATB crystal and binder are analyzed. It will provide mesoscopic experimental basis for reliability and safety analysis, structural mechanics and other significant researches of advanced weapons.

TATB是目前安全性能最好的钝感炸药，围绕其成型的PBX在压制、运输及贮存过程中外界机械应力、温度变化引起的内部应力、结构变化及其效应研究在国内外一直是热点。本项目拟基于中子衍射技术开展PBX中TATB晶格点阵参数的定量表征方法研究，获得机械应力、温度变化与PBX内TATB晶体点阵参数及其应力分布的关系，并结合SEM、μCT、SANS等方法，探测PBX缺陷、孔洞、界面等在热-力作用下的细观结构特征变化过程，从细观尺度研究PBX体系中TATB晶体和粘结剂在不同的机械应力和温度加载阶段的角色，深入分析TATB晶体的点阵应变、热膨胀等响应行为及TATB晶体与粘结剂相互作用行为的热力学演化规律，为先进武器可靠性及安全性分析、PBX结构力学等重大需求问题研究提供细观实验基础。

TATB是目前安全性能最好的钝感炸药，围绕其成型的PBX在压制、运输及贮存过程中外界机械应力、温度变化引起的内部应力、结构变化及其效应研究在国内外一直是热点。本项目开展TATB基PBX内应力的中子衍射检测技术研究，获得了特征衍射角（中子应力观测晶面）、衍射弹性常数、衍射深度等基本信息，验证了用中子衍射分析TATB 基PBX 内部应力的可行性。基于中国工程物理研究院核物理与化学研究所的中子应力衍射谱仪，自行设计了原位中子衍射的力-热加载实验平台，实现复合力、热环境中(温度-55℃～200℃、机械应力0MPa～40MPa)PBX内部TATB晶格点阵参数无损表征。对初始状态下的TATB粉晶、造型粉颗粒、溶解PBX得到的TATB粉晶、TATB基PBX小药柱内部（002）晶面衍射峰峰位以及不同压制温度和压制力下成型的TATB基PBX小药柱内应力进行了对比分析，对不同炸药样品的初始状态及压制温度和压制力影响下药柱内应力的变化情况有了进一步认识。基于中子小角散射技术无损表征了TATB基PBX样品的内部微观结构，获得TATB基PBX内部孔洞随温度的变化规律。基于X射线纳/微层析成像（X-n/uCT）技术无损研究了TATB颗粒热力复合加载过程的内部孔隙、涡环层、致密层等热力学演化规律研究，利用应变标志物研究了TATB 颗粒体系间的接触力状态，为炸药颗粒学及温压类PBX精密物理性能研究提供细观理论与试验基础。重点研究了特定热-力作用场景下（时效过程、压制过程）PBX内TATB晶体点阵应变、取向排布等响应行为规律，分析了TATB 晶体与粘结剂相互作用行为的热力学演化规律，为含能材料的宏观性能评估提供基础的参数。