Deciphering decomposition pathways of high explosives with cryogenic X-ray Raman spectroscopy

拉曼光谱 爆炸物 分解 材料科学 光谱学 化学 分析化学(期刊) 物理 光学 环境化学 天文 有机化学
作者
Oscar A. Paredes Mellone,Michael H. Nielsen,Jeffrey T. Babicz,John Vinson,Trevor M. Willey,Dimosthenis Sokaras
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (23) 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2426320122
摘要

We employed cryogenic X-ray Raman spectroscopy to investigate the early-stage decomposition of the high explosive molecule hexanitrohexaazaisowurtzitane (CL-20). By systematically varying the radiation dose under cryogenic conditions, we induced the decomposition of the molecule using ionizing radiation and observed the evolution of spectral features at the carbon, nitrogen, and oxygen K edges. Through extensive first-principles calculations, we identified key intermediates in the early stages of the decomposition process, resulting from C-C and C-N bond cleavage which leads to the opening of the internal cage structure. A detailed analysis of spectral trends and fingerprints provided evidence supporting N-NO2 homolytic cleavage as the primary initial decomposition pathway. The combination of advanced core-level spectroscopy methods and state-of-the-art theoretical calculations enabled a comprehensive characterization of the molecular changes induced by controlled radiation dose exposures. Our findings establish a benchmark for understanding the decomposition chemistry of high-explosive materials, offering important insights into their stability and reactivity under extreme conditions.
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