Un'esplosione è un evento complesso che coinvolge temperature che cambiano rapidamente, pressioni e concentrazioni chimiche. In un giornale del Rivista di fisica applicata un tipo speciale di laser a infrarossi, noto come laser a cascata quantica a cavità esterna a lunghezza d'onda spazzata (ECQCL spazzato), viene utilizzato per studiare le esplosioni. Questo strumento versatile ha un ampio intervallo di sintonizzazione della lunghezza d'onda che consente la misurazione di più sostanze chimiche, anche grandi molecole, in una palla di fuoco esplosiva.

La capacità di misurare e monitorare i drammatici cambiamenti durante le esplosioni potrebbe aiutare gli scienziati a comprenderli e persino a controllarli. Le misurazioni che utilizzano robuste sonde di temperatura o pressione posizionate all'interno di una palla di fuoco che esplode possono fornire dati fisici ma non possono misurare i cambiamenti chimici che possono essere generati durante l'esplosione. Il campionamento dei prodotti finali di una detonazione è possibile, ma fornisce informazioni solo una volta terminata l'esplosione.

In questo lavoro, le molecole nella palla di fuoco vengono rilevate monitorando il modo in cui interagiscono con la luce, soprattutto nella regione dell'infrarosso. Queste misurazioni sono veloci e possono essere prese a distanza di sicurezza. Poiché le palle di fuoco sono turbolente e piene di sostanze fortemente assorbenti, i laser sono necessari.

Utilizzando un nuovo strumento costruito nel loro laboratorio, gli investigatori hanno misurato gli eventi esplosivi a velocità più elevate, a risoluzioni più elevate e per periodi di tempo più lunghi rispetto a quanto precedentemente possibile utilizzando la luce laser a infrarossi.

"L'approccio swept-ECQCL consente nuove misurazioni combinando le migliori caratteristiche della spettroscopia laser sintonizzabile ad alta risoluzione con metodi a banda larga come FTIR, " ha spiegato il coautore Mark Phillips.

Lo studio ha esaminato quattro tipi di esplosivi ad alta energia, il tutto collocato in una camera appositamente progettata per contenere la palla di fuoco. Un raggio laser dall'ECQCL spazzato è stato diretto attraverso questa camera variando rapidamente la lunghezza d'onda della luce laser. La luce laser trasmessa attraverso la palla di fuoco è stata registrata durante ogni esplosione per misurare i cambiamenti nel modo in cui la luce infrarossa è stata assorbita dalle molecole nella palla di fuoco.

L'esplosione produce sostanze come anidride carbonica, monossido di carbonio, vapore acqueo e protossido di azoto. Questi possono essere tutti rilevati dal modo caratteristico in cui ciascuno assorbe la luce infrarossa. L'analisi dettagliata dei risultati ha fornito agli investigatori informazioni sulla temperatura e le concentrazioni di queste sostanze durante l'evento esplosivo. Sono stati anche in grado di misurare l'assorbimento e l'emissione di luce infrarossa da minuscole particelle solide (fuliggine) create dall'esplosione.

Le misurazioni Swept-ECQCL forniscono un nuovo modo per studiare le detonazioni esplosive che potrebbero avere altri usi. Negli studi futuri, i ricercatori sperano di estendere le misurazioni a più lunghezze d'onda, velocità di scansione più elevate, e risoluzioni superiori.