מודרניזציה של ייצור חומרי נפץ מרסקים מרוכבים (PBX)
פרויקט MAHEM של המעבדה הלאומית לורנס ליברמור מעביר את עולם החומרים האנרגטיים מניסיון מעשי למדע מבוסס מודלים וחיזוי
LLNL scientists Dylan Kline (front) and Justin McAlister evaluate finished, mock high-explosive materials produced using a modern pharmaceutical manufacturing process called extrusion-spheronization. (Photo: Garry McLeod/LLNL)
אתר האינטרנט של המעבדה הלאומית לורנס ליברמור (LLNL) פרסם ב-09/07/2026 כתבה העוסקת במודרניזציה של ייצור חומרי נפץ מרסקים מרוכבים (PBX).
חומרים אלה מורכבים מגבישי חומר נפץ המעורבבים בפולימר המשמש כחומר מקשר, והם נמצאים בשימוש נרחב במערכות ביטחוניות מתקדמות בזכות שילוב של ביצועים גבוהים ויציבות מכנית. לפי המאמר, שיטות הייצור המקובלות פותחו לפני עשרות שנים ומבוססות במידה רבה על ניסיון מצטבר ולא על הבנה מדעית מלאה של כלל שלבי התהליך. כתוצאה מכך, גם כאשר נעשה שימוש באותם חומרי גלם, מתקבלים לעיתים מוצרים בעלי תכונות שונות בין אצוות ייצור שונות.
התהליך המסורתי כולל ערבוב של גבישי חומר הנפץ עם פולימר, יצירת גרגירים קטנים (prills) ולאחר מכן דחיסתם לגוף צפוף. לשיטה זו מספר מגבלות, ובהן קושי לשלוט במבנה הפנימי של החומר, שונות באיכות המוצר, תהליכי ייצור שאינם יעילים ותלות גבוהה בניסיון של המפעילים. המאמר מדגיש כי ביצועי חומר הנפץ מושפעים לא רק מהרכבו הכימי, אלא גם ממאפיינים פיזיקליים כגון גודל וצורת הגבישים, צפיפות האריזה, הנקבוביות ואופן התנהגות החומר במהלך הדחיסה. לכן, שליטה במבנה הפנימי חשובה כמעט כמו השליטה בהרכב הכימי.
כדי להתמודד עם אתגרים אלה הוקם פרויקט Modern Approach to High-Explosives Manufacturing (MAHEM). מטרתו היא לפתח בסיס מדעי שיאפשר לחזות כיצד כל שינוי בתהליך הייצור ישפיע על תכונות המוצר הסופי, ובכך לעבור מייצור המבוסס על ניסיון לייצור הנשען על מודלים מדעיים, מדידות מדויקות ויכולת חיזוי. הפרויקט מאמץ גישה מערכתית שלפיה כל שלבי הייצור קשורים זה בזה. החוקרים בוחנים יחד את תכונות חומרי הגלם, יצירת הגרגירים, מבנה המיקרו של החומר, תהליך הדחיסה והתכונות המכניות של המוצר המוגמר, במטרה להבין את הקשר הישיר בין תהליך הייצור לבין ביצועי החומר.
חלק מרכזי בפרויקט מוקדש לפיתוח שיטות מדידה מתקדמות לאורך כל שלבי הייצור. במקום להסתפק בבדיקת המוצר המוגמר, נאספים נתונים על מבנה הגבישים, התפלגות הגדלים, הצפיפות, הנקבוביות והתכונות המכניות כבר במהלך התהליך עצמו. נתונים אלה משמשים לפיתוח מודלים חישוביים המסוגלים לנבא את מאפייני המוצר הסופי. בנוסף, נעשה שימוש נרחב בסימולציות ממוחשבות המאפשרות לבחון תרחישי ייצור שונים, לבחור תנאים מיטביים ולהפחית את הצורך בניסויים יקרים וממושכים. גישה זו צפויה לקצר את זמני הפיתוח, לשפר את הבנת השפעתם של פרמטרים שונים ולהגדיל את יכולת הבקרה על תהליך הייצור.
גם כאשר ההרכב הכימי זהה, שינויים במבנה הפנימי של החומר עלולים לגרום להבדלים משמעותיים בביצועים. משום כך מושם דגש על שליטה במיקרו-מבנה ועל פיתוח יכולת לייצר באופן עקבי מוצרים בעלי מאפיינים אחידים. הפרויקט צפוי לשפר את עקביות הייצור, לצמצם פסילות, לייעל את ניצול חומרי הגלם, לחזק את בקרת האיכות ולאפשר הרחבה עתידית של היקפי הייצור. העבודה משלבת מומחים מתחומי הכימיה, מדע החומרים, ההנדסה, הפיזיקה, המדידות המתקדמות והמידול החישובי.
פרויקט MAHEM הוא חלק ממאמץ רחב יותר של LLNL ושל מערכת הביטחון האמריקאית לחדש את תהליכי ייצור חומרי הנפץ באמצעות מדע, סימולציות וייצור מתקדם. האתגר המרכזי אינו פיתוח חומר נפץ חדש, אלא יצירת תהליך ייצור מדעי, מדויק וניתן לחיזוי, המבטיח שכל אצווה תציג מאפיינים וביצועים עקביים. במסגרת זו פרסם צוות המחקר מאמר בכתב העת Propellants, Explosives, and Pyrotechnics, המדגים את הפוטנציאל של תהליך מכני נפוץ לייצור גרנולות אחידות המשמשות כמודל לייצור חומרי נפץ מרסקים מרוכבים.
המידע מבוסס על פרסומים שהופיעו בקבוצות הלינקדאין Explosives / Blasting (Energetic Materials) OSH ו-Fireworks and Pyrotechnics OSH.