Obtaining of isothermal characteristics and equation of state parameters for petn by the methods of reaction molecular dynamics and themodynamics

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The isothermal compression of an unreacting pentaerythritol tetranitrate (PETN) single crystal has been investigated using molecular dynamics (MD) method in the LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) software package with the reactive force field (ReaxFF) in the pressure range up to 30 GPa. The values of the compression modulus coefficient K0=9.6 GPa and the derivative of the compression modulus K0 with respect to pressure K0'=8.0 were obtained based on MD simulation. These values can be used as parameters of the 3rd order Birch–Murnaghan thermal equation. The coefficients of the equation of state (EoS) in the Mie–Gruneisen form were fitted based on the obtained isotherms and experimental data. The authors used the method for determination the isochoric-isothermal potential of solids in the form of Einstein’s quasi-harmonic approximation. The obtained EoS can be used to simulate the thermophysical properties of matter including those under static and shock-wave compression. Verification of the results showed good agreement with the experimental data in a wide range of pressure and temperature changes including at the shock Hugoniot.

Sobre autores

Sergey Gubin

National Research Nuclear University MEPhI

Autor responsável pela correspondência
Email: gubin_sa@mail.ru

(b. 1945) — Doctor of Science in physics and mathematics, professor, head of department

Rússia, 31 Kashirskoe Sh., Moscow 115409

Sandra Kozlova

National Research Nuclear University MEPhI; National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: sandra969@yandex.ru

(b. 1992) — engineer, National Research Center “Kurchatov Institute”; engineer, National Research Nuclear University MEPhI

Rússia, 31 Kashirskoe Sh., Moscow 115409; 1 Kurchatov Sq., Moscow 123098

Irina Maklashova

National Research Nuclear University MEPhI

Email: ivmaklashova@mephi.ru

(b. 1975) — senior lecturer

Rússia, 31 Kashirskoe Sh., Moscow 115409

Bibliografia

  1. The classical molecular dynamics package LAMMPS. 2004. Available at: http://lammps.sandia.gov (accessed May 22, 2022).
  2. Van Duin, A. Department of Mechanical Engineering. Available at: http://www.engr.psu.edu/adri/Home.aspx (accessed May 22, 2022).
  3. Budzien, J., A. P. Thompson, and S. V. Zybin. 2009. Reactive molecular dynamics simulations of shock through a single crystal of pentaerythritol tetranitrate. J. Phys. Chem. B 113(40):13142–13151. doi: 10.1021/jp9016695.
  4. Zybin, S. V., W. I. Goddard, P. Xu, A. V. Duin, et al. 2010. Physical mechanism of anisotropic sensitivity in pentaerythritol tetranitrate from compressive-shear reaction dynamics simulations. Appl. Phys. Lett. 96(8):081918. 3 p. doi: 10.1063/1.3323103.
  5. Landerville, A. C., I. I. Oleynik, and C. T. White. 2009. Reactive molecular dynamics of hypervelocity collisions of PETN molecules. J. Phys. Chem. 113:12094–12104. doi: 10.1021/jp905969y.
  6. Shan, T. R., and A. P. Thompson. 2014. Shock-induced hotspot formation and chemical reaction initiation in PETN containing a spherical void. J. Phys. Conf. Ser. 500(17):172009. doi: 10.1088/1742-6596/ 500/17/172009.
  7. Liu, L., Y. Liu, S. V. Zybin, H. Sun, and W. A. Goddard. 2011. Correction of the ReaxFF reactive force field for London dispersion, with applications to the equations of state for energetic materials. J. Phys. Chem. 115(40):11016–11022. doi: 10.1021/jp201599t.
  8. Strachan, A., A. C. T. van Duin, D. Chakraborty, S. Dasgupta, and W. A. Goddard. 2003. Shock waves in high-energy materials: The initial chemical events in nitramine RDX. Phys. Rev. 91:098301-1–098301-4. doi: 10.1103/PhysRevLett.91.098301.
  9. Olinger, B., P. M. Halleck, and H. H. Cady. 1975. The isothermal linear and volume compression of pentaerythritol tetranitrate (PETN) to 10 GPa (100 kbar) and the calculated shock compression. J. Chem. Phys. 62(11):4480–4483.
  10. The Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC). Available at: https://www.ccdc.cam.ac.uk (accessed May 22, 2022).
  11. Yoo, C., H. Choong-Shik, W. M. Howard, and N. Holmes. 1998. Equations of state of unreacted high explosives at high pressures. 11th Detonation Symposium (International) Proceedings. Aspen, CO. 951–957.
  12. Zharkov, V. N., and V. A. Kalinin. 1968. Uravneniya sostoyaniya tverdykh tel pri vysokikh davleniyakh i temperaturakh [Equations of state of solids at high pressures and temperatures]. Moscow: Nauka. 312 p.
  13. Molodets, A. M., M. A. Molodets, and S. S. Nabatov. 2000. Thermodynamic potentials of carbon. Combust. Explo. Shock Waves 36(2):240–245.
  14. Burcat, A., and B. Ruscic. 2005. Third millennium ideal gas and condensed phase thermochemical database for combustion with updates from active thermochemical tables. Argonne National Laboratory by The University of Chicago.
  15. Fan, J., F. Yan, Z. Zhaoyang, and J. Zhao. 2021. Thermal properties of energetic materials from quasi-harmonic first-principles calculations. J. Phys. — Condens. Mat. 33(27):275702. doi: 10.1088/1361-648X/abfc11.
  16. Gonzalez, J. M., A. C. Landerville, and I. I. Oleynik. 2017. Vibrational and thermophysical properties of PETN from first principles. AIP Conf. Proc. 1793:070009. doi: 10.1063/1.4971597.
  17. Dobratz, B. M. 1976. Properties of chemical explosives and explosives stimulants. Livermore, CA: LLNL.
  18. Marsh, S. P. 1980. LASL shock Hugoniot data. Los Angeles, CA: University of California Press. 674 p.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».