Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1 Energetic Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.1 Energetic Materials: A Brief History . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.2 Insensitive Munitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.1.3 Energetic Materials: Definitions and Classifications . . . . . .
4
1.2 Initiation of Energetic Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.2.1 Hot Spot Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.2.2 Vibrational Up-Pumping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.3 Prediction and Rationalisation of Energetic Material
Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1 Isolated Molecule Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.2 Solid State Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.3 Kinetic Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.4 Vibrational Up-Pumping: A Tool for Prediction . . . . . . . . 22
1.4 Research Concept and Aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2 Experimental and Computational Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1 Computational Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.1 The Schrödinger Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.2 Hartree-Fock Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.3 Multi-Reference Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.4 Density Functional Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.5 Basis Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1.6 Phonon Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2 Experimental Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.1 X-Ray Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.2 Inelastic Neutron Scattering Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . 54
2.2.3 BAM Fall Hammer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
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1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1 Energetic Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1.1 Energetic Materials: A Brief History . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1.2 Insensitive Munitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1.3 Energetic Materials: Definitions and Classifications . . . . . .
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1.2 Initiation of Energetic Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.1 Hot Spot Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.2 Vibrational Up-Pumping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3 Prediction and Rationalisation of Energetic Material
Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1 Isolated Molecule Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.2 Solid State Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.3 Kinetic Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.4 Vibrational Up-Pumping: A Tool for Prediction . . . . . . . . 22
1.4 Research Concept and Aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2 Experimental and Computational Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1 Computational Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.1 The Schrödinger Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.2 Hartree-Fock Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.3 Multi-Reference Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.4 Density Functional Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.5 Basis Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1.6 Phonon Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2 Experimental Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.1 X-Ray Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.2 Inelastic Neutron Scattering Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . 54
2.2.3 BAM Fall Hammer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
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