Ultrahurtig røntgen giver et nyt blik på nedbrydning af plasma i vand

Opstår hurtigere end lydens hastighed, mysteriet bag nedbrydning af plasmaudledninger i vand er et skridt tættere på at blive forstået, da forskere fortsætter med at anvende nye diagnostiske processer ved hjælp af topmoderne røntgenbilleder til det udfordrende emne.

Disse diagnostiske processer åbner døren til en bedre forståelse af plasmafysik, som kunne føre til fremskridt inden for grøn energiproduktion gennem metoder, herunder fusion, kulbrintereformering og brintgenerering.

Dr. David Staack og Christopher Campbell i J. Mike Walker '66 Department of Mechanical Engineering ved Texas A&M University er en del af teamet, der er banebrydende for denne tilgang til vurdering af plasmaprocesser. Partnere i projektet omfatter diagnostiske eksperter fra Los Alamos National Laboratories og brug af faciliteterne på Argonne National Laboratory Advanced Photon Source (APS).

Holdet arbejder sammen med LTEOIL om patenteret forskning i brugen af ​​flerfaseplasma til kulstoffri brændstofreformering. Forskningen er understøttet af kampagnen for dynamiske materialeegenskaber (C2) og den avancerede diagnostiske kampagne (C3) ved Los Alamos National Laboratories gennem Thermonuclear Plasma Physics Group (P4) hovedforsker, Zhehui (Jeph) Wang.

Forskningen, som for nylig blev offentliggjort i Physical Review Research , producerer de første kendte ultrahurtige røntgenbilleder af pulserende plasmainitieringsprocesser i vand. Staack, lektor og Sallie og Don Davis '61 karriereudviklingsprofessor, sagde disse nye billeder giver værdifuld indsigt i, hvordan plasma opfører sig i væske.

"Vores laboratorium arbejder med industrisponsorer om patenteret forskning i brugen af ​​flerfaseplasma til kulstoffri brændstofreformering, "Sagde Staack." Ved at forstå denne plasmafysik, vi er i stand til effektivt at omdanne tjære og genbrugsplast til brint og brændstof til biler uden nogen form for drivhusgasemissioner. I fremtiden, disse undersøgelser kan føre til forbedringer i inertial indeslutning fusion energikilder. "

Inerti indeslutning fusion - hvor høj temperatur, plasmaer med høj energitæthed genereres - er et specifikt fokus for projektet. For bedre at forstå plasmafysikken involveret i denne type fusion, Staack sagde, at holdet udvikler kort tidsplan, højhastighedsbilleddannelse og diagnostiske teknikker, der anvender en enkel, lavpris plasmaudledningssystem.

Derudover de søger bedre at forstå de fænomener, der opstår, når plasma udledes i væske, forårsager en hurtig frigivelse af energi, hvilket resulterer i mikrofrakturer med lav tæthed i vandet, der bevæger sig med over 20 gange lydens hastighed.

Campbell, en færdiguddannet forskningsassistent og ph.d. kandidat, sagde, at holdet håber, at deres opdagelser kan vise sig at være et værdifuldt bidrag til den kollektive viden om deres felt, da forskere søger at udvikle robuste prædiktive modeller for, hvordan plasma vil reagere i væske.

"Vores mål er eksperimentelt at undersøge de områder og tidsskalaer af interesse omkring dette plasma ved hjælp af ultrahurtige røntgen- og synlige billedbehandlingsteknikker, derved bidrage med nye data til den igangværende litteraturdiskussion på dette område, "sagde Campbell." Med en komplet konceptuel model, vi kunne mere effektivt lære at anvende disse plasmaer på nye måder og også forbedre eksisterende applikationer."

Selvom de har gjort fremskridt, Campbell sagde, at de nuværende metoder endnu ikke er sofistikerede nok til at indsamle flere billeder af en enkelt plasmahændelse på så kort tid - mindre end 100 nanosekunder.

"Selv med de nyeste teknikker og hurtige framerates, der er tilgængelige på Advanced Photon Source, vi har kun været i stand til at afbilde et enkelt billede under hele arrangementet af interesse - ved det næste videobillede, de fleste af de hurtigste plasmaprocesser har konkluderet, "Campbell sagde." Dette arbejde fremhæver flere ressourcestærke teknikker, vi har udviklet for at få mest muligt ud af de få billeder, vi er i stand til at tage af disse hurtigste processer. "

Holdet arbejder i øjeblikket på at måle trykket induceret af de hurtige fænomener og forbereder sig på en anden runde af målinger på APS for at undersøge interagerende udledninger, udledninger i forskellige væsker og processer, der kan begrænse indeslutning af højere energiudledninger. De ser frem til muligheden for at bruge endnu højere framerate røntgenbilleder til op til 6,7 millioner billeder i sekundet, sammenlignet med 271 tusind billeder i sekundet i denne undersøgelse.