Получение изотермических характеристик, параметров уравнения состояния для PETN методами реакционной молекулярной динамики и темодинамики

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом молекулярной динамики (МД) в программном пакете LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) с использованием реакционного силового поля ReaxFF-lg были рассчитаны изотермы нереагирующего вещества PETN в диапазоне давлений до 30 ГПа. Были получены значения коэффициента модуля всестороннего сжатия K0=9,6 ГПа и производной модуля сжатия K0 по давлению K0'=8,0, которые можно использовать как параметры термического уравнения Берча–Мурнагана 3-го порядка. Были подобраны коэффициенты уравнения состояния (УрС) в форме Ми–Грюнайзена, часто используемого для моделирования теплофизических свойств вещества, в том числе при статическом и ударно-волновом сжатии. Для нахождения коэффициентов УрС применялся метод построения изохорно-изотермического потенциала твердых веществ в форме квазигармонического приближения Эйнштейна. Верификация полученных результатов показала хорошее согласие с экспериментальными данными в широком диапазоне изменения давления и температуры, в том числе вдоль ударной адиабаты.

Об авторах

Сергей Александрович Губин

Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Автор, ответственный за переписку.
Email: gubin_sa@mail.ru

(р. 1945) — доктор физико-математических наук, профессор кафедры № 4 "Химическая физика"

Россия, 31 Kashirskoe Sh., Moscow 115409

Сандра Алексеевна Козлова

Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"; Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"

Email: sandra969@yandex.ru

(р. 1992) — инженер 1-й категории Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"; инженер Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ"

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

Ирина Владимировна Маклашова

Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Email: ivmaklashova@mephi.ru

(р. 1975) — старший преподаватель кафедры № 4 "Химическая физика"

Россия, 31 Kashirskoe Sh., Moscow 115409

Список литературы

  1. The classical molecular dynamics package LAMMPS, 2004. http://lammps.sandia.gov.
  2. Van Duin A. Department of Mechanical & Nuclear Engineering. http://www.engr.psu.edu/adri/Home.aspx.
  3. Budzien J., Thompson A. P., and Zybin S. V. Reactive molecular dynamics simulations of shock through a single crystal of pentaerythritol tetranitrate // J. Phys. Chem. B, 2009. Vol. 113. No. 40. P. 13142–13151. doi: 10.1021/jp9016695.
  4. Zybin S. V., Goddard W. I., Xu P., Duin A. V., et al. 2010. Physical mechanism of anisotropic sensitivity in pentaerythritol tetranitrate from compressive-shear reaction dynamics simulations // Appl. Phys. Lett., 2010. Vol. 96. No. 8. P. 081918. 3 p. doi: 10.1063/1.3323103.
  5. Landerville A. C., Oleynik I. I., White C. T. Reactive molecular dynamics of hypervelocity collisions of PETN molecules // J. Phys. Chem., 2009. Vol. 113. P. 12094–12104. doi: 10.1021/jp905969y.
  6. Shan T. R., Thompson A. P. Shock-induced hotspot formation and chemical reaction initiation in PETN containing a spherical void // J. Phys. Conf. Ser., 2014. Vol. 500. No. 17. P. 172009. doi: 10.1088/1742-6596/500/17/172009.
  7. Liu L., Liu Y., Zybin S. V., Sun H., Goddard W. A. Correction of the ReaxFF reactive force field for London dispersion, with applications to the equations of state for energetic materials // J. Phys. Chem., 2011. Vol. 115. No. 40. P. 11016–11022. doi: 10.1021/jp201599t.
  8. Strachan A., van Duin A. C. T., Chakraborty D., Dasgupta S., Goddard W. A. Shock waves in high-energy materials: The initial chemical events in nitramine RDX // Phys. Rev., 2003. Vol. 91. P. 098301-1–098301-4. doi: 10.1103/PhysRevLett.91.098301.
  9. Olinger B., Halleck P. M., Cady H. H. The isothermal linear and volume compression of pentaerythritol tetranitrate (PETN) to 10 GPa (100 kbar) and the calculated shock compression // J. Chem. Phys., 1975. Vol. 62. No. 11. P. 4480–4483.
  10. The Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC). https://www.ccdc.cam.ac.uk.
  11. Yoo C., Choong-Shik H., Howard W. M., Holmes N. Equations of state of unreacted high explosives at high pressures // 11th Detonation Symposium (International) Proceedings. — Aspen, CO, USA, 1998. P. 951–957.
  12. Жарков В. Н., Калинин В. А. Уравнения состояния твердых тел при высоких давлениях и температурах. — М.: Наука, 1968. 312 с.
  13. Молодец А. М., Молодец М. А., Набатов С. С. Термодинамические потенциалы углерода // Физика горения и взрыва, 2000. Т. 36. № 2. С. 88–93.
  14. Burcat A., Ruscic B. 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, 2005.
  15. Fan J., Yan F., Zhaoyang Z., Zhao J. Thermal properties of energetic materials from quasi-harmonic first-principles calculations // J. Phys. — Condens. Mat., 2021. Vol. 33. No. 27. P. 275702. doi: 10.1088/1361-648X/abfc11.
  16. Gonzalez J. M., Landerville A. C., Oleynik I. I. Vibrational and thermophysical properties of PETN from first principles // AIP Conf. Proc., 2017. Vol. 1793. P. 070009. doi: 10.1063/1.4971597.
  17. Dobratz B. M. Properties of chemical explosives and explosives stimulants. — Livermore, CA, USA: LLNL, 1976.
  18. Marsh S. P. LASL shock Hugoniot data. — Los Angeles, CA, USA: University of California Press, 1980. 674 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
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».