Ilustración de la cámara láser ultrarrápida LS-CUP que captura lo que sucede durante la combustión. Crédito: Yogeshwar Nath Mishra y Peng Wang
Al iluminar una superficie de muestra con pulsos cortos de rayo láser, es posible filmar secuencias de diversas reacciones químicas y físicas. Un equipo de investigación que incluye a investigadores de la Universidad de Gotemburgo ha desarrollado la cámara láser de disparo único más rápida del mundo, que es al menos mil veces más rápida que los equipos más modernos para el diagnóstico de combustión. El descubrimiento tiene una enorme importancia para el estudio de la combustión ultrarrápida de hidrocarburos.
¿Qué le sucede a un material que se quema en diferentes condiciones? Para investigar esta cuestión, los investigadores utilizan una cámara láser que fotografía el material en una capa bidimensional, conocida como LS CUP (fotografía ultrarrápida compactada con hoja láser de disparo único). Al mirar la muestra desde un lado, puede ver qué reacciones y emisiones ocurren con el tiempo y el espacio. Los investigadores utilizaron el LS-CUP para estudiar la combustión de varios hidrocarburos.
12.500 millones de imágenes por segundo
Físicos de la Universidad de Gotemburgo, junto con colegas de EE. UU. y Alemania, han desarrollado una cámara láser ultrarrápida que puede crear videos a una velocidad récord de 12.500 millones de imágenes por segundo, que es al menos mil veces más rápida que la mejor. de hoy. equipo láser. Esto permitió a los investigadores ilustrar la combustión con una resolución temporal nunca antes alcanzada.
“Cuantas más fotos se tomen, con mayor precisión podremos seguir el curso de los acontecimientos. La combustión de hidrocarburos produce partículas de hollín de tamaño nanométrico, varios fenómenos de luz e hidrocarburos aromáticos policíclicos, HAP, que son peligrosos para el medio ambiente”, dice Yogeshwar Nath Mishra, quien fue uno de los investigadores de la Universidad de Gotemburgo y ahora presenta los resultados en un artículo científico en la revista Light: Science & Applications.
Partículas de hollín de vida corta
Las partículas de hollín de hidrocarburos constituyen el 70% del material en el espacio interestelar y también son nanomateriales interesantes con aplicaciones en electrónica y energía. Las partículas de hollín y los hidrocarburos aromáticos tienen una vida extremadamente corta, con una vida útil medida en nanosegundos cuando se queman. La combustión se caracteriza por reacciones extremadamente rápidas que no se repiten. Estudiar la combustión requiere métodos ultrarrápidos para capturar imágenes, lo que los investigadores han logrado ahora con esta nueva cámara láser.
“Antes surgían problemas cuando la cámara se limitaba a unos pocos millones de imágenes por segundo. Producir imágenes bidimensionales de diferentes tipos de combustión requería pulsos láser repetidos, lo que afecta la temperatura de combustión cuando el láser agrega energía”, dice Yogeshwar Nath Mishra.
Aplicación en muchos campos de investigación.
La nueva cámara láser toma una sola foto con un solo pulso láser. La velocidad de generación de imágenes es de hasta 10 mil millones de imágenes por segundo y se puede adaptar fácilmente para observar todo tipo de señales inducidas por láser a lo largo de la vida útil de la partícula. Las aplicaciones van mucho más allá de la investigación de la combustión y se pueden utilizar ampliamente en la física, la química, la biología y la medicina, la energía y la investigación medioambiental.
Referencia: «Millones de fotogramas por segundo en tiempo real de imágenes planas de pulso único de la dinámica del láser de nanopartículas ultrarrápidas y la temperatura de combustión» por Yogeshwar Nath Mishra, Peng Wang, Florian J. Bauer, Yide Zhang, Dag Hanstorp, Stefan Will y Lihong V. Wang , 21 de febrero de 2023, Luz: ciencia y aplicaciones.
DOI: 10.1038/s41377-023-01095-5
