飞秒激光烧蚀黑索今的分子动力学模拟

伍俊英， 杨利军， 李姚江， 陈朗

(北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室， 北京 100081)

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飞秒激光的脉冲持续时间为10-15s量级，峰值功率可达1015W，经过聚焦后的功率密度高达1×1022～1×1025W/cm2. 由于飞秒激光所具备的超短脉冲时间和超高能量密度的特点，几乎可以将其能量全部、快速、精确地集中在聚焦作用区域内，实现对材料的精密加工和表面处理[1-4]。近年来，飞秒激光逐渐用于精密安全加工含能材料和处理废旧弹药等领域。与传统的机械加工炸药和高速水射流处理废旧弹药技术相比，飞秒激光技术具有安全性高、加工精度好、绿色环保等优点[5-6]。1998年，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的Roeske等[7]首次采用钛宝石飞秒激光(脉宽100 fs、波长820 nm、频率1 kHz、光斑直径25～250 μm)，实现了对炸药的安全切割加工，通过改变激光参数，对梯恩梯(TNT)、三氨基三硝基苯(TATB)、太安(PETN)和黑索今(RDX)等多种炸药进行了切割、钻孔、雕刻等加工处理。2002年，Roos等[8]采用了激光脉宽150 fs、波长810 nm、脉冲能量1.0 mJ/pulse、频率3.5 kHz的飞秒激光成功实现了对LX-14炸药(95%奥克托今(HMX)， 5%聚氨酯)的无热熔化切割。2007年，Palmer等[9]采用飞秒激光对炸药元件进行了三维精细加工，加工出了微米量级的六硝基菧(HNS)炸药柱。2009年，McGrane等[10]采用飞秒激光在PETN、RDX和HMX 3种炸药中安全加工出了亚微米直径的微孔隙或微裂纹。2010年，Welle等[11]首次公布了采用飞秒激光制备HNS、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和PETN纳米材料的发明专利，该发明为高安全制备高纯度微纳米含能材料提供了新的技术手段和方法。从上述研究情况来看，利用飞秒激光能够实现安全精细加工含能材料，然而，目前只得到了几种含能材料安全加工的工艺参数和条件，对飞秒激光与含能材料的作用机理和规律仍不清楚。……