Los investigadores han desarrollado un nuevo método basado en láser que proporciona una vista sin precedentes de los aerosoles, como los que se utilizan para la combustión de combustible líquido en vehículos. motores de barcos y aviones. La técnica podría proporcionar nuevos conocimientos sobre estos aerosoles atomizadores, que también se utilizan en una variedad de procesos industriales como pintar y producir alimentos en polvo y medicamentos.

"Desarrollamos un nuevo método de obtención de imágenes para comprender mejor la transición de líquido a gas que se produce antes de la combustión del combustible, "dijo el líder del equipo de investigación Edouard Berrocal de la División de Física de la Combustión, Departamento de Física de la Universidad de Lund en Suecia. "Esta información podría utilizarse para desarrollar estrategias de inyección de combustible más inteligentes, mejor mezcla de aire y combustible, combustión más eficiente y, por último, reducir las emisiones contaminantes de los dispositivos de combustión que se utilizan normalmente para el transporte ".

En Optica , La revista de la Optical Society para la investigación de alto impacto, Berrocal y sus colegas de la División de Física Atómica del Departamento de Física describen un enfoque novedoso que combina los rayos X y la fluorescencia inducida por láser para observar y cuantificar los fenómenos de atomización que antes no eran accesibles. Las imágenes de fluorescencia proporcionan detalles sobre la forma del líquido rociado, incluyendo su tamaño y forma, mientras que las radiografías cuantifican cómo se distribuye el líquido.

"Generalmente, las imágenes de los aerosoles atomizadores están borrosas y no contienen información sobre el interior del aerosol, "dijo Diego Guénot, primer autor del artículo. "Nuestro nuevo enfoque de imágenes resuelve estos problemas e incluso puede detectar cantidades más pequeñas de líquido que las que se han detectado antes con rayos X".

Viendo dentro de un aerosol

Los aerosoles son muy difíciles de visualizar con luz normal porque sus miles de pequeñas gotas dispersan la luz en todas direcciones. Haces de rayos X, sin embargo, también se absorben, lo que permite medir la cantidad de líquido presente detectando la cantidad de radiación de rayos X transmitida a través del spray.

Este tipo de análisis generalmente requiere rayos X generados por grandes sincrotrones, que están disponibles solo en unas pocas instalaciones especializadas en todo el mundo. Sin embargo, los investigadores superaron esta barrera mediante el uso de un nuevo acelerador de plasma láser de mesa desarrollado por el equipo de Olle Lundh en la División de Física Atómica. Fue diseñado para producir rayos X adaptados para imágenes de rayos X de alta resolución y resolución en el tiempo.

"Aunque son mucho más pequeños que un sincrotrón, Los nuevos aceleradores láser producen rayos X en el rango de energía adecuado para ser absorbidos por líquidos y pueden entregarlos en pulsos de femtosegundos que esencialmente congelan el movimiento de la pulverización para la obtención de imágenes. "dijo Lundh." Además, el flujo de rayos X es lo suficientemente alto como para producir una buena señal en un área amplia ".

En el acelerador de plasma láser, Los rayos X se generan al enfocar un intenso pulso de láser de femtosegundos en un gas o un plasma preformado. Los investigadores también utilizaron estos pulsos de láser de femtosegundos para realizar imágenes de fluorescencia de dos fotones. Este enfoque de fluorescencia se usa a menudo en microscopía de ciencias de la vida para proporcionar imágenes de alto contraste de áreas submilimétricas, pero rara vez se ha usado para imágenes en aerosol. que generalmente requieren un área de imagen de unos pocos centímetros cuadrados.

"La obtención de imágenes de dos fotones de un área relativamente grande requiere mayor energía, pulsos láser ultracortos, ", dijo Berrocal." El hecho de que usamos un rayo láser de femtosegundos intenso para generar rayos X significaba que podíamos realizar simultáneamente imágenes de fluorescencia de rayos X y de dos fotones. La realización de estas dos modalidades de imágenes al mismo tiempo con un área de visualización relativamente grande no se había realizado antes ".

Obtener una vista clara

Los investigadores primero probaron la técnica generando rayos X y colocando un aerosol frente a la cámara de rayos X. Con la primera imagen, Inmediatamente se hizo evidente que el aerosol podía visualizarse claramente. Luego, los investigadores modificaron la configuración para agregar la imagen de fluorescencia de dos fotones. El uso de la técnica combinada para obtener imágenes de los chorros de agua creados por un inyector de combustible de un automóvil produjo una sensibilidad de medición más alta que la que se ha logrado con las grandes fuentes de rayos X de sincrotrón.

"Este enfoque de imágenes hará que el estudio de los aerosoles sea mucho más fácil para los investigadores académicos y de la industria porque podrán realizar estudios, no solo en el puñado de instalaciones de sincrotrón, pero también en varios laboratorios de aceleradores de plasma láser en todo el mundo ”, explicó Guénot.

Los investigadores planean expandir la técnica para obtener imágenes tridimensionales de aerosoles y estudiar cómo evolucionan con el tiempo. También quieren aplicarlo a aerosoles más desafiantes y realistas, como aerosoles de inyección directa de biodiésel o etanol, así como a sistemas de aspersión utilizados para turbinas de gas.