Тайна разряда плазменных разрядов в воде, происходящая быстрее скорости звука, еще на один шаг ближе к пониманию, поскольку исследователи продолжают применять новые диагностические процессы с использованием новейших рентгеновских изображений для изучения сложных объектов.
Эти диагностические процессы открывают дверь к лучшему пониманию физики плазмы, что может привести к прогрессу в производстве зеленой энергии с помощью таких методов, как термоядерный синтез, риформинг углеводородов и производство водорода.
Доктор Дэвид Стэк и Кристофер Кэмпбелл с факультета машиностроения им. Дж. Майка Уокера ’66 Техасского университета A&M являются частью команды, первопроходящей этот подход к оценке плазменных процессов. Партнерами по проекту являются эксперты по диагностике из национальных лабораторий Лос-Аламоса и специалисты, использующие оборудование усовершенствованного источника фотонов (APS) Аргоннской национальной лаборатории.
Команда работает с LTEOIL над запатентованным исследованием использования многофазной плазмы для безуглеродного риформинга топлива. Исследование поддерживается кампанией по динамическим свойствам материалов (C2) и кампанией по расширенной диагностике (C3) в Лос-Аламосских национальных лабораториях через главного исследователя группы физики термоядерной плазмы (P4) Чжэхуи (Джефа) Ванга.
Исследование, которое было недавно опубликовано в Physical Review Research, дает первые известные сверхбыстрые рентгеновские изображения процессов импульсного инициирования плазмы в воде. Стэк говорит, что эти новые изображения дают ценную информацию о том, как плазма ведет себя в жидкости.
«Наша лаборатория работает с отраслевыми спонсорами над запатентованными исследованиями по использованию многофазной плазмы в безуглеродном реформинге топлива», — сказал Стэк. «Понимая эту физику плазмы, мы можем эффективно преобразовывать смолу и переработанный пластик в водород и топливо для автомобилей без каких-либо выбросов парниковых газов. В будущем эти исследования могут привести к усовершенствованию источников энергии термоядерного синтеза с инерционным удержанием».
Инерционный термоядерный синтез, при котором генерируется плазма с высокой температурой и высокой плотностью энергии, является одним из основных направлений проекта. По словам Стэка, чтобы лучше понять физику плазмы, участвующую в этом типе термоядерного синтеза, команда разрабатывает краткосрочные, высокоскоростные методы визуализации и диагностики с использованием простой и недорогой системы плазменного разряда.
Кроме того, они стремятся лучше понять явления, которые происходят, когда плазма разряжается в жидкости, вызывая быстрое высвобождение энергии, что приводит к микротрещинам с низкой плотностью в воде, которые движутся со скоростью более чем в 20 раз быстрее звука.
Кэмпбелл, научный сотрудник и доктор философии. кандидат, сказал, что команда надеется, что их открытия могут оказаться ценным вкладом в коллективные знания в их области, поскольку исследователи стремятся разработать надежные прогностические модели того, как плазма будет реагировать в жидкости.
«Наша цель — экспериментально исследовать интересующие регионы и временные рамки, окружающие эту плазму, используя сверхбыстрые рентгеновские и видимые методы визуализации, тем самым внося новые данные в текущую дискуссию в этой области», — сказал Кэмпбелл. «Имея полную концептуальную модель, мы могли бы более эффективно научиться применять эти плазмы по-новому, а также улучшить существующие приложения».
Хотя они добились прогресса, Кэмпбелл сказал, что существующие методы еще недостаточно сложны, чтобы собрать несколько изображений одного плазменного события за такой короткий промежуток времени — менее 100 наносекунд.
«Даже с использованием новейших технологий и высокой частоты кадров, доступных в Advanced Photon Source, мы смогли отобразить только один кадр в течение всего интересующего события — к следующему кадру видео, наиболее быстрому плазменные процессы завершились», — сказал Кэмпбелл. «В этой работе выделяется несколько изобретательных методов, которые мы разработали, чтобы максимально использовать то немногочисленное количество изображений, которые мы можем сделать в ходе этих самых быстрых процессов».
В настоящее время команда работает над измерением давления, вызванного быстрыми явлениями, и готовится ко второму раунду измерений на APS для исследования взаимодействующих разрядов, разрядов в различных жидкостях и процессов, которые могут ограничить ограничение разрядов с более высокой энергией. Они с нетерпением ждут возможности использовать методы рентгеновской визуализации с еще более высокой частотой кадров — до 6,7 миллиона кадров в секунду по сравнению с 271 тысячей кадров в секунду в этом исследовании.
