Beschreibung des Reaktionsablaufs energetischer Materialien bei Laserbestrahlung.
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Beschreibung
Für die Sicherheitsforschung ist die Untersuchung der Wirkung intensiver Laserstrahlung auf energetische Materialien ein Thema mit großer Relevanz, sie findet Anwendung bei der Entwicklung neuartiger Verfahren zur sicheren Entschärfung von Sprengsätzen. Die dabei auftretenden Prozesse konnten in der Vergangenheit noch nicht adäquat beschrieben werden und wurden in der vorliegenden Arbeit sowohl experimentell als auch numerisch untersucht.
Um die Vorgänge bei der Laserwirkung auf energetische Materialien systematisch analysieren zu können, wurde eine Laborumgebung aufgebaut. Während der Laserbestrahlung wurden Temperaturen und Drücke in den Proben gemessen. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen visualisierten den Zeitpunkt der Zündung und die Reaktionsstärke. Für ein detailliertes Verständnis wurde eine Simulationsumgebung aufgebaut, mit welcher der gesamte Reaktionsablauf einschließlich Aufheizphase und thermischer Initiierung abgebildet werden kann. Die Modellierung der relevanten Prozesse gelang ohne zusätzliche Annahmen, lediglich auf Basis von physikalischen Gesetzmäßigkeiten und von Materialparametern aus der Literatur. Für die Entwicklung der Simulationsumgebung wurde ein bestehender Hydrocode erweitert, um neben den mechanischen Prozessen auch die Energieeinkopplung durch den Laser sowie thermische und chemische Prozesse modellieren zu können. Für die Kopplung der entsprechenden Modelle auf verschiedenen Zeitskalen konnten geeignete numerische Lösungsansätze mit einem guten Konvergenzverhalten entwickelt und implementiert werden. Die Simulationsumgebung wurde auf Grundlage der Messergebnisse erfolgreich validiert.
Autor*in
Martin Lück
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