חומרי-נפץ הופכים ל”ירוקים”, נקיים ובטוחים יותר

לחומרי הנפץ המכילים ממסים שפותחו באוניברסיטת קליפורניה, סבירות נמוכה יותר לתגובה אלימה או בלתי-מבוקרת בחשיפתם ללחץ מכאני או חום

חומרי-נפץ אחדים אמורים להפוך במהרה למעט “ירוקים” ובטוחים יותר. חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה (Lawrence Livermore National Laboratory) הוסיפו ממסים “ירוקים” ייחודיים (נוזלים יוניים) לחומר-נפץ הקרוי “1,3,5-טריאמינו-2,4,6-טריניטרובנזן” (TATB=1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene) ושיפרו בכך את איכותו הגבישית וניקיונו הכימי של חומר זה.

“שיפור באיכותו הגבישית וניקיונו של חומר-נפץ מובילים לקבלת חומרים בטוחים יותר (סבירות נמוכה יותר לתגובה אלימה או בלתי-מבוקרת) בחשיפתם ללחץ מכאני או חום,” אומר Larry Fried, החוקר הראשי של המיזם ואחד מכותבי המאמר הדן במחקר.

רוב חומרי-הנפץ שייכים לקבוצה כללית של חומרים המכונים “גבישים מולקולאריים”, אשר הפכו לאבני-בניין כימיים חשובים ביותר במספר יישומים ותחומים נוספים כגון תרופות, צבענים, חומרי-חקלאות, תעשיית הצבעים והאלקטרואופטיקה. רבים מחומרים אלו, בכללם TATB, קשורים יחדיו באמצעות מערך חזק של קשרי-מימן. רשת קשרים נרחבת זו הופכת את החומרים הללו לבלתי-מסיסים כמעט לחלוטין בממסים אורגניים שכיחים ומובילה בשל כך לאיכות כימית ירודה וגודל גבישים מוגבל – תוצאות המעכבות את ההתקדמות ביישומים טכנולוגיים רבים.

אשר על-כן, צוות המחקר תר אחר חלופה הולמת שנמצאה בנוזלים יוניים – סוג מיוחד של מלח מותך אשר הופך לנוזלי מתחת לנקודת הרתיחה של מים. כימאים החלו להתעניין לאחרונה בנוזלים יוניים מאחר והם ממסים הנעדרים לחץ אדים ועל-כן אינם מתאדים, אפילו בתנאי טמפרטורה גבוהה. כמו-כן הם מספקים לחוקרים מספר אפשרויות בלתי-מוגבל כמעט כתוצאה ממספר רב של צירופיי יונים חיוביים ושליליים המעורבים בחומרים אלו.

לשם צמצום מושכל של מספר האפשרויות, הכותב הראשי Amitesh Maiti השתמש בהדמיות מכאניקה קוונטית המתקדמות ביותר הקיימות כיום לשם זיהוי קבוצה מסוימת של נוזלים יוניים המכילים אניוני פלואור – יונים הידועים כיעילים מאוד בהמסת חומרים קשורי-מימן כגון TATB. “התכנון של ממסים “מוזמנים” באמצעות הדמיות ממוחשבות מספק אפיקים חדשים של אפשרויות להמסתם של חומרים קשיי-תמס אחרים,” אומר החוקר.

“השלב הבא עבר לקבוצת מחקר ניסיונית, בראשותו של החוקר Phil Pagoria, אשר הצליחה לא רק בהמסת TATB בממסים כאלו, אלא גם בקבלת גבישים גדולים כמעט ללא פגמים (רמת ניקיון גבוהה של 97%), תוצאות אשר יובילו להכנת תכשירים בטוחים ויעילים יותר בתעשיית חומרי-הנפץ.

הממסים ותהליך ההמסה שפותחו במחקר זה הינם בעלי יישומים גם בתחומים נוספים כגון: הכנה של פולימרים (פלסטיקים ושקיות) או גבישים מולקולאריים (תרופות, צבעים, חומרי-נפץ וחומרי-הדף אחרים). לדוגמא – צוות המחקר גילה כי נוזלים יוניים מכילי-פלואור יעילים ביותר בהמסה של תאית (צלולוזה, סיב צמחי) – חומר פולימרי רב-גוני ומתחדש ביולוגית בעל יישומים רבים.

אולם, היעד המיידי של החוקרים הינו מציאת תהליך זול ויעיל לשיפור איכותו של TATB גבישי שהינו חומר-נפץ בטוח מאוד המשמש את משרדי האנרגיה והביטחון ואת תעשיית הכרייה.

ההודעה לעיתונות של מעבדת המחקר באוניברסיטת קליפורניה