Una explosión es un evento complejo que involucra temperaturas que cambian rápidamente, presiones y concentraciones químicas. En un papel en el Revista de física aplicada un tipo especial de láser infrarrojo, conocido como láser de cascada cuántica de cavidad externa de longitud de onda barrida (barrido-ECQCL), se utiliza para estudiar explosiones. Este versátil instrumento tiene un amplio rango de sintonización de longitud de onda que permite la medición de múltiples sustancias químicas, incluso moléculas grandes, en una bola de fuego explosiva.

La capacidad de medir y monitorear los cambios dramáticos durante las explosiones podría ayudar a los científicos a comprenderlos e incluso controlarlos. Las mediciones que utilizan sondas resistentes de temperatura o presión colocadas dentro de una bola de fuego que explota pueden proporcionar datos físicos, pero no pueden medir los cambios químicos que se pueden generar durante la explosión. Es posible muestrear los productos finales de una detonación, pero solo proporciona información una vez que la explosión ha terminado.

En este trabajo, Las moléculas en la bola de fuego se detectan al monitorear la forma en que interactúan con la luz. especialmente en la región de infrarrojos. Estas mediciones son rápidas y se pueden tomar a una distancia segura. Dado que las bolas de fuego son turbulentas y están llenas de sustancias de fuerte absorción, se necesitan láseres.

Usando un nuevo instrumento construido en su laboratorio, los investigadores midieron los eventos explosivos a velocidades más rápidas, a resoluciones más altas y durante períodos de tiempo más largos de lo que era posible anteriormente utilizando luz láser infrarroja.

"El enfoque de barrido ECQCL permite nuevas mediciones al combinar las mejores características de la espectroscopia láser sintonizable de alta resolución con métodos de banda ancha como FTIR, ", explicó el coautor Mark Phillips.

El estudio analizó cuatro tipos de explosivos de alta energía, todo colocado en una cámara especialmente diseñada para contener la bola de fuego. Un rayo láser del ECQCL barrido se dirigió a través de esta cámara mientras variaba rápidamente la longitud de onda de la luz láser. La luz láser transmitida a través de la bola de fuego se registró a lo largo de cada explosión para medir los cambios en la forma en que las moléculas de la bola de fuego absorbían la luz infrarroja.

La explosión produce sustancias como dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapor de agua y óxido nitroso. Todos estos pueden detectarse por la forma característica en que cada uno absorbe la luz infrarroja. El análisis detallado de los resultados proporcionó a los investigadores información sobre la temperatura y las concentraciones de estas sustancias durante todo el evento explosivo. También pudieron medir la absorción y emisión de luz infrarroja de pequeñas partículas sólidas (hollín) creadas por la explosión.

Las mediciones de ECQCL barridas proporcionan una nueva forma de estudiar detonaciones explosivas que podrían tener otros usos. En estudios futuros, los investigadores esperan extender las mediciones a más longitudes de onda, velocidades de escaneo más rápidas, y resoluciones más altas.