Los investigadores han desarrollado un nuevo método basado en láser que proporciona una visión sin precedentes de los aerosoles, como los utilizados para la combustión de combustible líquido en vehículos, barcos y aviones. La técnica podría proporcionar nuevas ideas sobre estos aerosoles atomizadores, que también se utilizanen una variedad de procesos industriales, como pintar y producir alimentos en polvo y drogas.
"Desarrollamos un nuevo método de imagen para comprender mejor la transición del líquido al gas que ocurre antes de la combustión del combustible", dijo el líder del equipo de investigación Edouard Berrocal de la División de Física de Combustión, Departamento de Física de la Universidad de Lund en Suecia ". Esta informaciónpodría usarse para desarrollar estrategias de inyección de combustible más inteligentes, una mejor mezcla de combustible y aire, una combustión más eficiente y, en última instancia, reducir las emisiones contaminantes de los dispositivos de combustión que se usan típicamente para el transporte ".
adentro óptica , la revista de The Optical Society para investigación de alto impacto, Berrocal y sus colegas de la División de Física Atómica del Departamento de Física describen un enfoque novedoso que combina rayos X y fluorescencia inducida por láser para observar y cuantificar fenómenos de atomización que no eran previamenteLas imágenes de fluorescencia proporcionan detalles sobre la forma del líquido rociado, incluido su tamaño y forma, mientras que las radiografías de rayos X cuantifican cómo se distribuye el líquido.
"Por lo general, las imágenes de los aerosoles de atomización son 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 quealguna vez se han detectado antes con rayos X "
Al ver en un spray
Los aerosoles son muy difíciles de visualizar con luz normal porque sus miles de pequeñas gotas dispersan la luz en todas las direcciones. Sin embargo, los rayos de rayos X también se absorben, lo que permite medir la cantidad de líquido presente al detectar la cantidad de x-rayos de radiación transmitidos a través del aerosol.
Este tipo de análisis generalmente requiere rayos X generados por grandes sincrotrones, que están disponibles en solo 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 sobremesa desarrollado por OlleEl equipo de Lundh en la División de Física Atómica, fue diseñado para producir rayos X a medida para imágenes de rayos X de alta resolución y resolución temporal.
"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 los líquidos y pueden administrarlos en pulsos de femtosegundos que esencialmente congelan el movimiento del aerosol 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 pulso láser de femtosegundo intenso en un gas o un plasma preformado. Los investigadores también usaron estos pulsos láser de femtosegundo para realizar imágenes de fluorescencia de dos fotones. Este enfoque de fluorescencia a menudo esutilizado en la microscopía de ciencias biológicas para proporcionar imágenes de alto contraste de áreas submilimétricas, pero rara vez se ha utilizado para pulverizar imágenes, que generalmente requieren un área de imagen de unos pocos centímetros cuadrados.
"La imagen de dos fotones de un área relativamente grande requiere mayor energía, pulsos de láser ultracortos", dijo Berrocal. "El hecho de que usáramos un haz láser de femtosegundo intenso para generar rayos X significaba que podíamos realizar simultáneamente rayos X y dos-foton fluorescencia de imágenes. Realizar estas dos modalidades de imágenes al mismo tiempo con un área de visualización relativamente grande no se había hecho antes ".
Obteniendo 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, fue inmediatamente evidente que el aerosol se podía visualizar claramente. Luego, los investigadores modificaron la configuración aagregue la imagen de fluorescencia de dos fotones. El uso de la técnica combinada para obtener imágenes de chorros de agua creados por un inyector de combustible automotriz produjo una sensibilidad de medición más alta que la lograda con las grandes fuentes de rayos X sincrotrón.
"Este enfoque de imágenes facilitará mucho el estudio de los aerosoles para los investigadores académicos y de la industria porque podrán realizar estudios, no solo en las pocas instalaciones de sincrotrón, sino también en varios laboratorios de aceleradores de plasma láser en todo el mundo".Guénot.
Los investigadores planean expandir la técnica para obtener imágenes en 3D de aerosoles y estudiar cómo evolucionan con el tiempo. También quieren aplicarla a aerosoles más desafiantes y realistas, como los aerosoles de inyección directa de biodiesel o etanol, así como para sistemas de pulverizaciónutilizado para turbinas de gas.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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