Ocurriendo más rápido que la velocidad del sonido, el misterio detrás de la descomposición de las descargas de plasma en el agua está un paso más cerca de ser comprendido a medida que los investigadores persiguen la aplicación de nuevos procesos de diagnóstico utilizando imágenes de rayos X de última generación al tema desafiante.

Estos procesos de diagnóstico abren la puerta a una mejor comprensión de la física del plasma, lo que podría conducir a avances en la producción de energía verde a través de métodos que incluyen la fusión, reformado de hidrocarburos y generación de hidrógeno.

El Dr. David Staack y Christopher Campbell, del Departamento de Ingeniería Mecánica J. Mike Walker '66 de la Universidad Texas A&M, son parte del equipo que es pionero en este enfoque para evaluar los procesos del plasma. Los socios del proyecto incluyen expertos en diagnóstico de Los Alamos National Laboratories y que utilizan las instalaciones del Argonne National Laboratory Advanced Photon Source (APS).

El equipo está trabajando con LTEOIL en una investigación patentada sobre el uso de plasma multifásico en el reformado de combustibles sin carbono. La investigación está respaldada por la campaña de propiedades de materiales dinámicos (C2) y la campaña de diagnóstico avanzado (C3) en Los Alamos National Laboratories a través del investigador principal del grupo de Física del Plasma Termonuclear (P4), Zhehui (Jeph) Wang.

La investigación, que fue publicado recientemente en Investigación de revisión física , está produciendo las primeras imágenes de rayos X ultrarrápidas conocidas de procesos de iniciación de plasma pulsado en agua. Apilar profesor asociado y profesor de desarrollo profesional de Sallie y Don Davis '61, dijo que estas nuevas imágenes proporcionan información valiosa sobre cómo se comporta el plasma en líquido.

"Nuestro laboratorio está trabajando con patrocinadores de la industria en una investigación patentada sobre el uso de plasma multifásico en el reformado de combustibles sin carbono, "Dijo Staack." Al comprender esta física del plasma, podemos convertir de manera eficiente el alquitrán y los plásticos reciclados en hidrógeno y combustibles para automóviles sin emisiones de gases de efecto invernadero. En el futuro, estas investigaciones pueden conducir a mejoras en las fuentes de energía de fusión por confinamiento inercial ".

Fusión por confinamiento inercial, en la que la alta temperatura, Se generan plasmas de alta densidad de energía, es un enfoque específico del proyecto. Para comprender mejor la física del plasma involucrada en este tipo de fusión, Staack dijo que el equipo está desarrollando una escala de tiempo breve, técnicas de diagnóstico e imágenes de alta velocidad que utilizan una sistema de descarga de plasma de bajo costo.

Adicionalmente, buscan comprender mejor los fenómenos que ocurren cuando el plasma se descarga en líquido, provocando una rápida liberación de energía que resulta en microfracturas de baja densidad en el agua que se mueven a más de 20 veces la velocidad del sonido.

Campbell, asistente de investigación graduado y Ph.D. candidato, dijo que el equipo espera que sus descubrimientos puedan resultar una contribución valiosa al conocimiento colectivo de su campo, ya que los investigadores buscan desarrollar modelos predictivos robustos sobre cómo reaccionará el plasma en líquido.

"Nuestro objetivo es sondear experimentalmente las regiones y escalas de tiempo de interés que rodean a este plasma utilizando técnicas de imágenes visibles y de rayos X ultrarrápidos, contribuyendo así con nuevos datos a la discusión bibliográfica en curso en esta área, ", dijo Campbell." Con un modelo conceptual completo, podríamos aprender de manera más eficiente cómo aplicar estos plasmas de nuevas formas y también mejorar las aplicaciones existentes ".

Aunque han avanzado, Campbell dijo que los métodos actuales aún no son lo suficientemente sofisticados para recolectar múltiples imágenes de un solo evento de plasma en un período de tiempo tan corto, menos de 100 nanosegundos.

"Incluso con las técnicas de vanguardia y las velocidades de cuadro rápidas disponibles en Advanced Photon Source, solo hemos podido obtener una imagen de un fotograma durante todo el evento de interés, en el siguiente fotograma de vídeo, la mayoría de los procesos de plasma más rápidos han concluido, ", Dijo Campbell." Este trabajo destaca varias técnicas ingeniosas que hemos desarrollado para aprovechar al máximo las pocas imágenes que podemos tomar de estos procesos más rápidos ".

El equipo está trabajando actualmente para medir las presiones inducidas por los fenómenos rápidos y preparándose para una segunda ronda de mediciones en APS para investigar las descargas que interactúan. descargas en diferentes fluidos y procesos que pueden limitar el confinamiento de descargas de mayor energía. Esperan la oportunidad de utilizar métodos de imágenes de rayos X con una velocidad de fotogramas aún mayor, que van hasta 6,7 ​​millones de fotogramas por segundo. en comparación con 271 mil cuadros por segundo en este estudio.