Los físicos de Ruhr-Universität Bochum (RUB) han tomado fotografías espectaculares que permiten ver y rastrear el proceso de ignición del plasma bajo el agua en tiempo real. La Dra. Katharina Grosse ha proporcionado los primeros conjuntos de datos con una resolución temporal ultra alta, apoyando una nueva hipótesis sobre la ignición de estos plasmas:en el rango de nanosegundos, no hay tiempo suficiente para formar un ambiente gaseoso. Los electrones generados por efectos de campo conducen a la propagación del plasma. El plasma de nanosegundos se enciende directamente en el líquido, independientemente de la polaridad del voltaje. El informe del Collaborative Research Center 1316 "Plasmas de presión atmosférica transitoria:del plasma a los líquidos y a los sólidos" se ha publicado en la Revista de física aplicada y Rubin, la revista de ciencia de la RUB.

Hacer visible el desarrollo de plasma

Para analizar cómo se enciende el plasma en breves períodos de tiempo y cómo funciona esta ignición en el líquido, El físico Grosse aplica un alto voltaje durante diez nanosegundos a un electrodo delgado como un cabello sumergido en agua. El fuerte campo eléctrico así generado hace que el plasma se encienda. Utilizando espectroscopia óptica de alta velocidad en combinación con el modelado de la dinámica de fluidos, el investigador de Bochum es capaz de predecir el poder, presión y temperatura en estos plasmas submarinos. Ella aclara así el proceso de ignición y el desarrollo del plasma en el rango de nanosegundos.

Según sus observaciones, las condiciones en el agua son extremas en el momento de la ignición. Por un corto tiempo, se crean presiones de muchos miles de bares, que es equivalente o incluso superior a la presión en el punto más profundo del Océano Pacífico, así como temperaturas de muchos miles de grados similares a la temperatura de la superficie del sol.

Efectos de túnel bajo el agua

Las mediciones desafían la teoría prevaleciente. Hasta aquí, se ha asumido que se forma una alta diferencia de presión negativa en la punta del electrodo, lo que conduce a la formación de muy pequeñas grietas en el líquido con expansiones en el rango de nanómetros, en el que el plasma puede luego extenderse. "Se asumió que se forma una avalancha de electrones en las grietas bajo el agua, haciendo posible la ignición del plasma, "dice Achim von Keudell, quien ocupa la Cátedra de Física Experimental II. Sin embargo, las imágenes tomadas por el equipo de investigación de Bochum sugieren que el plasma se "enciende localmente dentro del líquido, "explica Grosse.

En su intento de explicar este fenómeno, el físico utiliza el efecto túnel de la mecánica cuántica. Esto describe el hecho de que las partículas pueden atravesar una barrera de energía que no deberían poder atravesar de acuerdo con las leyes de la física convencional. porque no tienen suficiente energía para hacerlo. "Si miras las grabaciones de la ignición por plasma, todo indica que los electrones individuales hacen un túnel a través de la barrera de energía de las moléculas de agua hasta el electrodo, donde encienden el plasma localmente, precisamente donde el campo eléctrico es más alto, ", dice Grosse. Esta teoría tiene mucho que ofrecer y es objeto de mucha discusión entre los expertos.

El agua se divide en sus componentes

El proceso de ignición bajo el agua es tan fascinante como los resultados de la reacción química son prometedores para aplicaciones prácticas. Los espectros de emisión muestran que, en pulsos de nanosegundos, las moléculas de agua ya no tienen la oportunidad de compensar la presión del plasma. La ignición del plasma los descompone en sus componentes, a saber, hidrógeno atómico y oxígeno. Este último reacciona fácilmente con las superficies. Y aquí es precisamente donde reside el gran potencial, explica el físico Grosse:"El oxígeno liberado puede potencialmente volver a oxidar las superficies catalíticas en las células electroquímicas para que se regeneren y desarrollen nuevamente por completo su actividad catalítica".