Een explosie is een complexe gebeurtenis met snel veranderende temperaturen, druk en chemische concentraties. In een krant in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde een speciaal type infraroodlaser, bekend als een kwantumcascadelaser met externe holte (swept-ECQCL), wordt gebruikt om explosies te bestuderen. Dit veelzijdige instrument heeft een breed golflengte-afstembereik dat de meting van meerdere chemische stoffen mogelijk maakt, zelfs grote moleculen, in een explosieve vuurbal.

Het vermogen om de dramatische veranderingen tijdens explosies te meten en te volgen, zou wetenschappers kunnen helpen deze te begrijpen en zelfs te beheersen. Metingen met behulp van robuuste temperatuur- of druksondes die in een exploderende vuurbal zijn geplaatst, kunnen fysieke gegevens opleveren, maar kunnen geen chemische veranderingen meten die tijdens de explosie kunnen worden gegenereerd. Bemonstering van de eindproducten van een detonatie is mogelijk, maar geeft pas informatie als de explosie voorbij is.

In dit werk, moleculen in de vuurbal worden gedetecteerd door de manier waarop ze omgaan met licht te volgen, vooral in het infraroodgebied. Deze metingen zijn snel en kunnen op veilige afstand worden uitgevoerd. Omdat vuurballen turbulent zijn en vol zitten met sterk absorberende stoffen, lasers zijn nodig.

Met behulp van een nieuw instrument gebouwd in hun lab, de onderzoekers maten explosieve gebeurtenissen met hogere snelheden, met hogere resoluties en voor langere tijdsperioden dan voorheen mogelijk was met infrarood laserlicht.

"De swept-ECQCL-benadering maakt nieuwe metingen mogelijk door de beste eigenschappen van afstembare laserspectroscopie met hoge resolutie te combineren met breedbandmethoden zoals FTIR, " legde co-auteur Mark Phillips uit.

De studie keek naar vier soorten hoogenergetische explosieven, allemaal geplaatst in een speciaal ontworpen kamer om de vuurbal te bevatten. Een laserstraal van de geveegde ECQCL werd door deze kamer gericht terwijl de golflengte van het laserlicht snel veranderde. Het laserlicht dat door de vuurbal werd doorgelaten, werd tijdens elke explosie geregistreerd om veranderingen te meten in de manier waarop infrarood licht werd geabsorbeerd door moleculen in de vuurbal.

Bij de explosie komen stoffen vrij zoals koolstofdioxide, koolmonoxide, waterdamp en lachgas. Deze kunnen allemaal worden gedetecteerd door de karakteristieke manier waarop elk infrarood licht absorbeert. Gedetailleerde analyse van de resultaten gaf de onderzoekers informatie over de temperatuur en concentraties van deze stoffen tijdens de explosieve gebeurtenis. Ze waren ook in staat om de absorptie en emissie van infrarood licht te meten van kleine vaste deeltjes (roet) die door de explosie waren ontstaan.

De swept-ECQCL-metingen bieden een nieuwe manier om explosieve ontploffingen te bestuderen die andere toepassingen kunnen hebben. In toekomstige studies, de onderzoekers hopen de metingen uit te breiden naar meer golflengten, snellere scansnelheden, en hogere resoluties.