Antænder plasma i væsker

Fysikere ved Ruhr-Universität Bochum (RUB) har taget spektakulære billeder, der gør det muligt at se og spore tændingsprocessen af ​​plasma under vand i realtid. Dr. Katharina Grosse har leveret de første datasæt med ultrahøj tidsmæssig opløsning, understøtter en ny hypotese om antændelse af disse plasmaer:I nanosekundområdet, der er ikke tid nok til at danne et gasmiljø. Elektroner genereret af felteffekter fører til spredning af plasmaet. Nanosekundplasma antændes direkte i væsken, uanset spændingen. Rapporten fra Collaborative Research Center 1316 "Transient Atmospheric Pressure Plasmas:from Plasma to Liquids to Solids" er blevet offentliggjort i Journal of Applied Physics og Rubin, RUB's videnskabsmagasin.

Gør synlig plasmaudvikling

For at analysere, hvordan plasma antændes over korte tidsrum, og hvordan denne antændelse fungerer i væsken, fysiker Grosse anvender en højspænding i ti nanosekunder på en hår-tynd elektrode nedsænket i vand. Det stærke elektriske felt, der således genereres, får plasmaet til at antænde. Brug af højhastigheds optisk spektroskopi i kombination med modellering af væskedynamikken, den Bochum-baserede forsker er i stand til at forudsige kraften, tryk og temperatur i disse undersøiske plasmaer. Hun belyser således tændingsprocessen og plasmaudviklingen i nanosekundområdet

Ifølge hendes observationer, forholdene i vandet er ekstreme på tidspunktet for antændelse. I kort tid, tryk på mange tusinde bar skabes, hvilket svarer til eller endda overstiger trykket på det dybeste sted i Stillehavet, samt temperaturer på mange tusinde grader svarende til solens overfladetemperatur.

Tunneleffekter under vand

Målingerne udfordrer den udbredte teori. Indtil nu, det er blevet antaget, at der dannes en høj undertrykforskel ved spidsen af ​​elektroden, hvilket fører til dannelse af meget små revner i væsken med udvidelser i området nanometer, hvor plasmaet derefter kan sprede sig. "Det blev antaget, at der dannes en elektronskred i revnerne under vand, muliggør antændelse af plasmaet "siger Achim von Keudell, der har formanden for eksperimentel fysik II. Imidlertid, billederne taget af det Bochum-baserede forskergruppe tyder på, at plasmaet "antændes lokalt i væsken, "forklarer Grosse.

I hendes forsøg på at forklare dette fænomen, fysikeren bruger den kvantemekaniske tunneleffekt. Dette beskriver det faktum, at partikler er i stand til at krydse en energibarriere, som de ikke burde kunne krydse i henhold til love i konventionel fysik, fordi de ikke har nok energi til at gøre det. "Hvis du ser på optagelserne af plasmatændingen, alt tyder på, at individuelle elektroner tunnellerer gennem vandmolekylernes energibarriere til elektroden, hvor de antænder plasmaet lokalt, præcis hvor det elektriske felt er højest, "siger Grosse. Denne teori har meget at gøre med det og er genstand for megen diskussion blandt eksperter.

Vand opdeles i dets komponenter

Tændingsprocessen under vand er lige så fascinerende, som resultaterne af den kemiske reaktion er lovende til praktiske anvendelser. Emissionsspektrene viser, at ved nanosekundpulser, vandmolekylerne har ikke længere mulighed for at kompensere for plasmaets tryk. Plasma -tændingen bryder dem ned i deres komponenter, nemlig atomært brint og ilt. Sidstnævnte reagerer let med overflader. Og det er netop her det store potentiale ligger, forklarer fysiker Grosse:"Det frigivne ilt kan potentielt re-oxidere katalytiske overflader i elektrokemiske celler, så de regenereres og igen fuldt ud udvikler deres katalytiske aktivitet."