Een onderzoek door KAIST-onderzoekers onthulde dat een geïoniseerde gasstraal die op water blaast, ook wel een 'plasmastraal' genoemd, " zorgt voor een stabielere interactie met het wateroppervlak in vergelijking met een neutrale gasstraal. Deze bevinding gerapporteerd in het nummer van 1 april van Natuur zal helpen bij het verbeteren van het wetenschappelijke begrip van plasma-vloeistof interacties en hun praktische toepassingen in een breed scala van industriële gebieden waarin vloeistofcontroletechnologie wordt gebruikt, inclusief biomedische technologie, chemische productie, en landbouw en voedseltechniek.

Gasstralen kunnen kuiltjes veroorzaken in vloeistofoppervlakken, en dit fenomeen is bekend bij iedereen die de holte heeft gezien die ontstaat door lucht door een rietje direct boven een kopje sap te blazen. Naarmate de snelheid van de gasstraal toeneemt, de holte wordt onstabiel en begint te borrelen en te spatten.

"Het begrijpen van de fysieke eigenschappen van interacties tussen gassen en vloeistoffen is cruciaal voor veel natuurlijke en industriële processen, zoals de wind die over het oppervlak van de oceaan waait, of staalproductiemethoden waarbij zuurstof over gesmolten ijzer wordt geblazen, " verklaarde professor Wonho Choe, een natuurkundige van KAIST en de corresponderende auteur van de studie.

Echter, ondanks het wetenschappelijke en praktische belang ervan, er is weinig bekend over hoe door gas geblazen vloeistofholten vervormd en gedestabiliseerd worden.

In dit onderzoek, een groep KAIST-natuurkundigen onder leiding van professor Choe en de medewerkers van het team van de Chonbuk National University in Korea en het Jožef Stefan Institute in Slovenië onderzochten wat er gebeurt als een geïoniseerde gasstraal, ook wel een 'plasmastraal' genoemd, " wordt over water geblazen. Een plasmastraal wordt gecreëerd door hoogspanning op een mondstuk aan te brengen terwijl er gas doorheen stroomt, waardoor het gas zwak wordt geïoniseerd en vrij bewegende geladen deeltjes opneemt.

Het onderzoeksteam gebruikte een optische techniek in combinatie met hogesnelheidsbeeldvorming om de profielen van de wateroppervlakholtes te observeren die zijn gecreëerd door zowel neutrale heliumgasstralen als zwak geïoniseerde heliumgasstralen. Ze ontwikkelden ook een rekenmodel om de mechanismen achter hun experimentele ontdekking wiskundig te verklaren.

De onderzoekers toonden voor het eerst aan dat een geïoniseerde gasstraal een stabiliserend effect heeft op het wateroppervlak. Ze ontdekten dat bepaalde krachten die door de plasmastraal worden uitgeoefend de holte van het wateroppervlak stabieler maken, wat betekent dat er minder borrelen en spatten is in vergelijking met de holte die wordt gecreëerd door een neutrale gasstraal.

specifiek, de studie toonde aan dat de plasmastraal bestaat uit gepulste golven van gasionisatie die zich langs het wateroppervlak voortplanten, zogenaamde 'plasmakogels' die meer kracht uitoefenen dan een neutrale gasstraal, de holte dieper maken zonder gedestabiliseerd te raken.

"Dit is de eerste keer dat dit fenomeen is gemeld, en onze groep beschouwt dit als een cruciale stap voorwaarts in ons begrip van hoe plasmastralen interageren met vloeibare oppervlakken. We zijn vervolgens van plan deze bevinding uit te breiden door meer casestudies met verschillende plasma- en vloeistofkenmerken, ' zei professor Choe.