Die zich sneller voordoen dan de snelheid van het geluid, het mysterie achter de afbraak van plasma-ontladingen in water is een stap dichter bij begrip, aangezien onderzoekers nieuwe diagnostische processen proberen toe te passen met behulp van ultramoderne röntgenbeeldvorming op het uitdagende onderwerp.

Deze diagnostische processen openen de deur naar een beter begrip van plasmafysica, die kunnen leiden tot vooruitgang in de productie van groene energie door middel van methoden zoals fusie, koolwaterstofreforming en waterstofgeneratie.

Dr. David Staack en Christopher Campbell van de J. Mike Walker '66 Department of Mechanical Engineering aan de Texas A&M University maken deel uit van het team dat pioniert met deze benadering voor het beoordelen van plasmaprocessen. Partners bij het project zijn onder meer diagnostische experts van Los Alamos National Laboratories en die gebruikmaken van de faciliteiten van het Argonne National Laboratory Advanced Photon Source (APS).

Het team werkt samen met LTEOIL aan gepatenteerd onderzoek naar het gebruik van meerfasig plasma bij koolstofvrije brandstofreforming. Het onderzoek wordt ondersteund door de campagne voor dynamische materiaaleigenschappen (C2) en de campagne voor geavanceerde diagnostiek (C3) bij Los Alamos National Laboratories via de hoofdonderzoeker van de groep Thermonucleaire Plasmafysica (P4), Zhehui (Jeph) Wang.

Het onderzoek, die onlangs werd gepubliceerd in Fysiek beoordelingsonderzoek , produceert de eerste bekende ultrasnelle röntgenbeelden van gepulseerde plasma-initiatieprocessen in water. Stapel, universitair hoofddocent en Sallie en Don Davis '61 hoogleraar loopbaanontwikkeling, zei dat deze nieuwe afbeeldingen waardevol inzicht bieden in hoe plasma zich in vloeistof gedraagt.

"Ons laboratorium werkt samen met industriesponsors aan gepatenteerd onderzoek naar het gebruik van meerfasig plasma bij koolstofvrije brandstofreforming, " zei Staack. "Door deze plasmafysica te begrijpen, we zijn in staat om teer en gerecyclede kunststoffen efficiënt om te zetten in waterstof en brandstoffen voor auto's zonder uitstoot van broeikasgassen. In de toekomst, deze onderzoeken kunnen leiden tot verbeteringen in inertiële opsluiting fusie-energiebronnen."

Inertiële opsluitingsfusie - waarbij hoge temperatuur, plasma's met een hoge energiedichtheid worden gegenereerd - is een specifiek aandachtspunt van het project. Om de plasmafysica die betrokken is bij dit type fusie beter te begrijpen, Staack zei dat het team een ​​korte tijdschaal ontwikkelt, snelle beeldvormings- en diagnostische technieken die gebruik maken van een eenvoudige, goedkoop plasma-ontladingssysteem.

Aanvullend, ze proberen de verschijnselen die optreden wanneer plasma in vloeistof wordt geloosd beter te begrijpen, waardoor een snelle afgifte van energie resulteert in microfracturen met een lage dichtheid in het water die zich met meer dan 20 keer de snelheid van het geluid voortbewegen.

Campbell, een afgestudeerde onderzoeksassistent en Ph.D. kandidaat, zei dat het team hoopt dat hun ontdekkingen een waardevolle bijdrage kunnen zijn aan de collectieve kennis van hun vakgebied, aangezien onderzoekers robuuste voorspellende modellen willen ontwikkelen voor hoe plasma in vloeistof zal reageren.

"Ons doel is om de regio's en tijdschalen die van belang zijn rond dit plasma experimenteel te onderzoeken met behulp van ultrasnelle röntgenstralen en zichtbare beeldvormingstechnieken, daardoor nieuwe gegevens bij te dragen aan de lopende literatuurdiscussie op dit gebied, " zei Campbell. "Met een compleet conceptueel model, we zouden efficiënter kunnen leren hoe we deze plasma's op nieuwe manieren kunnen toepassen en ook bestaande toepassingen kunnen verbeteren."

Hoewel ze vooruitgang hebben geboekt, Campbell zei dat de huidige methoden nog niet geavanceerd genoeg zijn om in zo'n korte tijd - minder dan 100 nanoseconden - meerdere beelden van een enkele plasma-gebeurtenis te verzamelen.

"Zelfs met de allernieuwste technieken en snelle framerates die beschikbaar zijn bij de Advanced Photon Source, we hebben tijdens het hele evenement van belang slechts één frame kunnen fotograferen - bij het volgende videoframe, de meeste van de snelste plasmaprocessen zijn afgerond, Campbell zei. "Dit werk belicht verschillende vindingrijke technieken die we hebben ontwikkeld om het beste te halen uit de weinige beelden die we van deze snelste processen kunnen maken."

Het team werkt momenteel aan het meten van de druk die wordt veroorzaakt door de snelle verschijnselen en bereidt zich voor op een tweede ronde van metingen bij APS om de interactie van lozingen te onderzoeken, ontladingen in verschillende vloeistoffen en processen die de opsluiting van ontladingen met hogere energie kunnen beperken. Ze kijken uit naar de mogelijkheid om röntgenbeeldvormingsmethoden met een nog hogere framerate te gebruiken, variërend tot 6,7 miljoen frames per seconde, vergeleken met 271 duizend frames per seconde in dit onderzoek.