Avviene più velocemente della velocità del suono, il mistero dietro la rottura delle scariche di plasma nell'acqua è un passo più vicino a essere compreso mentre i ricercatori perseguono l'applicazione di nuovi processi diagnostici utilizzando l'imaging a raggi X all'avanguardia per l'argomento impegnativo.

Questi processi diagnostici aprono le porte a una migliore comprensione della fisica del plasma, che potrebbe portare a progressi nella produzione di energia verde attraverso metodi che includono la fusione, reforming di idrocarburi e generazione di idrogeno.

Il Dr. David Staack e Christopher Campbell del Dipartimento di Ingegneria Meccanica J. Mike Walker '66 della Texas A&M University fanno parte del team che ha aperto la strada a questo approccio alla valutazione dei processi al plasma. I partner del progetto includono esperti di diagnostica dei Los Alamos National Laboratories e che utilizzano le strutture dell'Argonne National Laboratory Advanced Photon Source (APS).

Il team sta lavorando con LTEOIL alla ricerca brevettata sull'uso del plasma multifase nel reforming del carburante senza carbonio. La ricerca è supportata dalla campagna sulle proprietà dinamiche dei materiali (C2) e dalla campagna di diagnostica avanzata (C3) presso i Los Alamos National Laboratories attraverso il ricercatore principale del gruppo di fisica del plasma termonucleare (P4), Zhehui (Jeph) Wang.

La ricerca, che è stato recentemente pubblicato in Ricerca sulla revisione fisica , sta producendo le prime immagini a raggi X ultraveloci conosciute dei processi di iniziazione del plasma pulsato in acqua. pila, professore associato e professore di sviluppo professionale di Sallie e Don Davis '61, ha affermato che queste nuove immagini forniscono preziose informazioni su come si comporta il plasma in un liquido.

"Il nostro laboratorio sta lavorando con sponsor del settore sulla ricerca brevettata sull'uso del plasma multifase nel reforming di combustibili senza carbonio, "Staack ha detto. "Capendo questa fisica del plasma, siamo in grado di convertire in modo efficiente catrame e plastica riciclata in idrogeno e combustibili per automobili senza emissioni di gas serra. Nel futuro, queste indagini possono portare a miglioramenti nelle fonti di energia da fusione a confinamento inerziale".

Fusione a confinamento inerziale, in cui l'alta temperatura, vengono generati plasmi ad alta densità di energia, è un obiettivo specifico del progetto. Per comprendere meglio la fisica del plasma coinvolta in questo tipo di fusione, Staack ha affermato che il team sta sviluppando un breve lasso di tempo, tecniche diagnostiche e di imaging ad alta velocità che utilizzano un semplice, sistema di scarica al plasma a basso costo.

Inoltre, stanno cercando di comprendere meglio i fenomeni che si verificano quando il plasma viene scaricato in un liquido, provocando un rapido rilascio di energia con conseguente microfratture a bassa densità nell'acqua che si muovono a oltre 20 volte la velocità del suono.

Campbell, un assistente di ricerca laureato e dottorato di ricerca. candidato, ha affermato che il team spera che le loro scoperte possano rivelarsi un prezioso contributo alla conoscenza collettiva del loro campo mentre i ricercatori cercano di sviluppare modelli predittivi robusti per come reagirà il plasma in un liquido.

"Il nostro obiettivo è sondare sperimentalmente le regioni e i tempi di interesse che circondano questo plasma utilizzando raggi X ultraveloci e tecniche di imaging visibile, contribuendo così con nuovi dati alla discussione della letteratura in corso in questo settore, "ha detto Campbell. "Con un modello concettuale completo, potremmo imparare in modo più efficiente come applicare questi plasmi in nuovi modi e anche migliorare le applicazioni esistenti".

Nonostante abbiano fatto progressi, Campbell ha affermato che i metodi attuali non sono ancora abbastanza sofisticati per raccogliere più immagini di un singolo evento di plasma in così poco tempo, meno di 100 nanosecondi.

"Anche con le tecniche all'avanguardia e i framerate veloci disponibili presso Advanced Photon Source, siamo stati in grado di visualizzare solo un singolo fotogramma durante l'intero evento di interesse, dal fotogramma video successivo, la maggior parte dei processi al plasma più veloci si sono conclusi, " ha detto Campbell. "Questo lavoro mette in evidenza diverse tecniche ingegnose che abbiamo sviluppato per ottenere il massimo dalle poche immagini che siamo in grado di scattare da questi processi più veloci".

Il team sta attualmente lavorando per misurare le pressioni indotte dai fenomeni rapidi e si sta preparando per una seconda serie di misurazioni presso l'APS per studiare le scariche interagenti, scariche in diversi fluidi e processi che possono limitare il confinamento di scariche ad energia più elevata. Attendono con impazienza l'opportunità di utilizzare metodi di imaging a raggi X con framerate ancora più elevato che vanno fino a 6,7 ​​milioni di fotogrammi al secondo, rispetto ai 271 mila fotogrammi al secondo in questo studio.