De binnenkant van een vuur zou wel eens de laatste plek kunnen zijn die men zou verkennen, maar een nieuwe methode van de University of Central Florida om precies dat te doen, zou kunnen leiden tot vooruitgang in het bestrijden van branden, het creëren van schonere motoren en zelfs ruimtevaart.

Universitair hoofddocent Subith Vasu en promovendus Zachary Loparo in de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van UCF en het Centrum voor Geavanceerde Turbomachinerie en Energieonderzoek, de techniek ontwikkeld. Hun bevindingen worden gerapporteerd in een nieuwe studie in het tijdschrift Optica Letters .

Onderzoekers moeten weten wat er gaande is bij een brand of explosie om beter te begrijpen hoe het verbrandingspotentieel kan worden verhoogd of verlaagd en om de betrokken moleculen en hun rol in de reactie te analyseren.

Echter, de binnenkant van vuur is niet de gemakkelijkste plaats om metingen te doen.

"Je hebt deze hoge temperatuur, vrij compromisloze omgeving, "Zei Vasu. "Om te weten wat er binnenin gebeurt, kun je er niet als een sonde in sturen, omdat het gewoon smelt. Dus, je moet manieren bedenken om naar binnen te kijken en te meten, bijvoorbeeld, de temperatuur en de exacte concentratie van brandende moleculen."

Het vuur kan ervoor zorgen dat moleculen veranderen met snelheden tot een miljoenste van een seconde en het kennen van deze details is belangrijk bij het ontwerpen van betere motoren en technieken om alles voort te stuwen, van een auto tot een raket, zei Vasu.

Bijvoorbeeld, onderzoekers kunnen de informatie gebruiken om efficiëntere motoren te ontwerpen die voortstuwen, maar minimaliseer de benodigde hoeveelheid brandstof. Als de brandstofbelasting die nodig is om door de zwaartekracht van de aarde te breken, bijvoorbeeld op ruimtevaartuigen zou kunnen worden verminderd, het zou mensen kunnen helpen om sneller naar Mars en verder te gaan, zei Vasu.

Door meer te leren over hoe brandstof in een motor verbrandt, kunnen onderzoekers ook strategieën ontwikkelen om hun giftige emissies te verminderen, wat zou helpen met de luchtkwaliteit, zei Vasu.

Een andere toepassing is voor het bestrijden van branden, inclusief bosbranden. De techniek kan onderzoekers in staat stellen meer inzicht te krijgen in hoe brandvertragers werken wanneer ze worden toegepast, waardoor ze verbindingen kunnen ontwerpen die het meest geschikt zijn om verschillende soorten branden te doven.

Dezelfde aanpak kan ook worden gebruikt om het explosieve potentieel van een verbinding te maximaliseren door ervoor te zorgen dat branden heet genoeg worden om een ​​potentiële dreiging volledig te vernietigen, zoals chemische wapens.

Onderzoekers kunnen de inzichten die de methode oplevert ook gebruiken om bestaande modellen van verbrandingsreacties te verbeteren.

De techniek werkt met behulp van een laser om de reactie te analyseren. Een laser is een schot door een brand of explosie en wordt aan de andere kant opgevangen met een detector. Als de laser door een verbrandingsreactie gaat, verliest hij een deel van zijn kracht terwijl hij door de hitte van het vuur reist en verschillende moleculen tegenkomt die bij de verbranding betrokken zijn. zoals koolmonoxide.

Door te weten hoeveel van het vermogen afneemt, onderzoekers kunnen zowel temperatuur als concentraties van verschillende moleculen berekenen.

De laser scant de verbranding in microseconden en karakteriseert binnen microseconden de veranderende temperatuur en moleculaire verdeling van de omgeving.

Voor eerdere technieken waren meerdere lasers nodig om de extreme omgeving te karakteriseren. Deze techniek is nieuw omdat er één laser wordt gebruikt, een vooruitgang die mogelijk is gemaakt door gebruik te maken van een akoesto-optisch gemoduleerde kwantumcascadelaser.

De akoesto-optische modulator maakt metingen zo snel mogelijk dat de ene laser het werk van meerdere lasers in een fractie van de tijd kan doen.

De onderzoekers ontwikkelden en testten hun techniek met behulp van een schokbuis die kleine hoeveelheden brandstof gebruikt om micro-explosies te produceren.

Loparo, die hielpen bij het leiden van het onderzoek, zei dat er veel planning was gestoken in het ontwikkelen van de techniek voordat deze in de schokbuis werd getest.

"Ik ben erg blij met de resultaten, " zei Loparo. "We hebben vooraf veel modellen gemaakt om te voorspellen wat we zouden moeten zien, en het kwam vrij goed overeen met wat die modellen zeiden. De resultaten waren erg goed."

De laser die in het onderzoek werd gebruikt, is ontworpen door Arkadiy Lyakh, een co-auteur van de studie die een assistent-professor is in UCF's College of Optics and Photonics en ook deel uitmaakt van UCF's NanoScience Technology Center.