Найшвидша у світі лазерна камера знімає згоряння в реальному часі

Освітлюючи поверхню зразка короткими імпульсами лазерного променя, можна знімати послідовності різних хімічних і фізичних реакцій. Дослідницька група, до складу якої ввійшли дослідники з Університету Гетеборга, розробила найшвидшу у світі лазерну камеру для одного кадру, яка принаймні в тисячу разів швидше, ніж найсучасніше сучасне обладнання для діагностики горіння. Відкриття має величезне значення для вивчення блискавичного горіння вуглеводнів.

Що відбувається з матеріалом, який спалюється в інших умовах? Щоб дослідити це питання, дослідники використовують лазерну камеру, яка фотографує матеріал у двовимірному шарі, відомому як LS CUP (single-shot laser sheet compressed ultrafast photography). Спостерігаючи за зразком збоку, можна побачити, які реакції та викиди відбуваються в часі та просторі. Дослідники використовували LS-CUP для вивчення горіння різних вуглеводнів.

12,5 мільярдів зображень за секунду

Фізики з Університету Гетеборга разом із колегами зі США та Німеччини розробили надшвидку лазерну камеру, яка може створювати відео з рекордно високою швидкістю 12,5 мільярдів зображень на секунду, що принаймні в тисячу разів швидше, ніж сучасні найкращі. лазерне обладнання. Це дозволило дослідникам проілюструвати горіння з роздільною здатністю в часі, яка ніколи раніше не була досягнута.

«Чим більше буде зроблено знімків, тим точніше ми зможемо стежити за розвитком подій. Спалювання вуглеводневого палива створює нанорозмірні частинки сажі, різноманітні світлові явища та поліциклічні ароматичні вуглеводні, ПАУ, які є небезпечними для навколишнього середовища», — каже Йогешвар Натх Мішра, який був одним із дослідників Університету Гетеборга і який зараз представляє результати в науковій статті в журналі Light: Science & Applications.

Короткоживучі частинки сажі

Частинки сажі з вуглеводнів становлять 70% матеріалу в міжзоряному просторі, а також є цікавим наноматеріалом із застосуванням в електроніці та енергетиці. Частинки сажі та ароматичні вуглеводні живуть надзвичайно недовго, їх тривалість життя вимірюється наносекундами, коли вони згорають. Горіння характеризується надзвичайно швидкими реакціями, які не повторюються. Вивчення горіння вимагає надшвидких методів знімання зображень, чого дослідники зараз досягли за допомогою цієї нової лазерної камери.

«Раніше проблеми виникали, коли камера була обмежена кількома мільйонами зображень на секунду. Для створення двовимірних зображень різних типів горіння потрібні повторювані лазерні імпульси, які впливають на температуру горіння, коли лазер додає енергію», — говорить Йогешвар Нат Мішра.

Застосування в багатьох галузях досліджень

Нова лазерна камера робить унікальний знімок одним лазерним імпульсом. Швидкість зображення становить до 10 мільярдів зображень на секунду, і її можна легко адаптувати для спостереження за всіма типами лазерно-індукованих сигналів протягом усього життя частинки. Застосування виходять далеко за межі дослідження горіння та можуть широко використовуватися у фізиці, хімії, біології та медицині, енергетиці та дослідженнях навколишнього середовища.