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科学家创造出带有同位素标签的高能化合物

2021-12-01 16:01     来源:PHYS&ORG     稳定同位素

Ana Racoveanu 合成了带有同位素标记的高能化合物,以帮助确保弹药的处理和使用安全。资料来源:Julie Russell/LNL

Ana Racoveanu 能够完成整个核安保企业中大多数其他人无法做到的事情,这在整个综合体中是具有挑战性和极其宝贵的。

Racoveanu 是劳伦斯利弗莫尔国家实验室材料科学部的一名科学家,能够合成具有同位素标记的高能化合物。

这项工作的主要目标是使弹药的处理和使用安全。同位素标记是指将特定类型的原子(例如氮)替换为不同同位素的氮。成功合成标记的高能材料促进了对爆炸物基础科学的理解。

Racoveanu说:"这项工作开启了研究高能材料科学的一种独特方法。这是一种示踪方法,允许发现高能材料在执行过程中以及在正常操作或异常环境中没有遇到的反应网络。"

这项工作解决了暴露在异常环境中的能量问题,这是国家核安全局感兴趣的,因为它能使核威慑力量更安全、更持久、更容易维护。

Racoveanu 解释说,一般来说,用稳定同位素(2 H、15 N、13 C 和18 O)标记的材料提供了一种新的安全方法来深入了解这些材料在各种化学和生化系统中的行为。对标有稳定同位素的高能化合物的研究揭示了有助于理解这些材料对刺激的敏感性以及反应途径的科学事实。

标记能量学的挑战已成为过去式

过去已经制造了一些稳定的同位素标记的能量学,而广泛标记能量材料的主要限制是起始材料的成本非常高。如今,成本较低的标记成分,以及可用的能量学合成方法数量的增加,使同位素标记更容易获得。不过,由于费用原因,这些努力仅限于少量,Racoveanu 说。

“一般而言,稳定同位素标记的主要挑战是非常熟练地执行所有相关步骤的合成。”Racoveanu 说,“合成过程中的失败是可以解决的,但成本非常高,有时无法承受。这对于同位素标记的高能材料的合成也是有效的。此外,可能必须设计用于制造标记端点的替代途径,因为没有合适的标记起始材料。”

同位素标记在一个或多个合成步骤中进行,这取决于标记的所需位置。每个步骤都涉及使同位素标记的组分反应,分离粗产物,然后进行纯化。然后分析最终目标材料的化学纯度和同位素纯度。

桑迪亚国家实验室最近联系 Racoveanu 帮助标记各种高爆炸药(完全15 N 标记为 CL-20,完全标记为13 C HNS)。LLNL 将继续标记以下烈性炸药的工作:具有13 C 和18 O 的三氨基三硝基苯 (TATB) ;CL-20 具有15 N、13 C 和2 H。

Racoveanu 一直在为 LLNL 科学家 John Reynolds 一直从事的项目制造同位素标记的化合物。

“用‘星际迷航’来解释,”雷诺兹说,“安娜为我的项目制造了几种标记化合物,其结果让我们走到了前所未有的地方。随着她的成功,其他一些科学家也开始接触她为他们的项目制作同位素标记的材料。”

Reynolds 说,这项工作不仅突出了一位 LLNL 科学家的才华,而且表明在制造同位素标记的能量学方面建立了非常成功的操作,这在 Racoveanu 的努力之前是无法完成的。

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