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Uma explosão é um evento complexo que envolve mudanças rápidas de temperaturas, pressões e concentrações químicas. Em um artigo no Journal of Applied Physics, da AIP Publishing, um tipo especial de laser infravermelho, conhecido como laser de cascata quântica de cavidade externa de comprimento de onda varrido (ECQCL varrido), é usado para estudar explosões. Este instrumento versátil possui uma ampla faixa de ajuste de comprimento de onda que permite a medição de múltiplas substâncias químicas, até mesmo moléculas grandes, em uma bola de fogo explosiva.
A capacidade de medir e monitorar as mudanças dramáticas durante as explosões poderia ajudar os cientistas a compreendê-las e até mesmo controlá-las. Medições usando sondas robustas de temperatura ou pressão colocadas dentro de uma bola de fogo em explosão podem fornecer dados físicos, mas não podem medir alterações químicas que podem ser geradas durante a explosão. A amostragem dos produtos finais de uma detonação é possível, mas fornece informações apenas quando a explosão termina.
Neste trabalho, as moléculas da bola de fogo são detectadas monitorando a forma como interagem com a luz, principalmente na região do infravermelho. Essas medições são rápidas e podem ser feitas a uma distância segura. Como as bolas de fogo são turbulentas e cheias de substâncias fortemente absorventes, são necessários lasers.
Uma explosão é um evento complexo que envolve mudanças rápidas de temperaturas, pressões e concentrações químicas. Um tipo especial de laser infravermelho, conhecido como laser em cascata quântica de cavidade externa de comprimento de onda varrido, pode ser usado para estudar explosões. Este instrumento versátil possui uma ampla faixa de ajuste de comprimento de onda que permite a medição de múltiplas substâncias químicas em uma bola de fogo explosiva. A capacidade de medir e monitorar as mudanças dramáticas durante as explosões poderia ajudar os cientistas a compreendê-las e até mesmo controlá-las. Esta imagem mostra como um laser em cascata quântica de cavidade externa com comprimento de onda varrido mede mudanças rápidas na luz infravermelha absorvida por moléculas dentro de uma detonação explosiva. Crédito: Mark C. Phillips
Usando um novo instrumento construído em seu laboratório, os investigadores mediram eventos explosivos em velocidades mais rápidas, em resoluções mais altas e por períodos de tempo mais longos do que era possível anteriormente usando luz laser infravermelha.
“A abordagem ECQCL por varredura permite novas medições, combinando os melhores recursos da espectroscopia a laser sintonizável de alta resolução com métodos de banda larga, como FTIR”, explicou o coautor Mark Phillips.
O estudo analisou quatro tipos de explosivos de alta energia, todos colocados em uma câmara especialmente projetada para conter a bola de fogo. Um feixe de laser do ECQCL varrido foi direcionado através desta câmara enquanto variava rapidamente o comprimento de onda da luz laser. A luz laser transmitida através da bola de fogo foi registrada ao longo de cada explosão para medir as mudanças na forma como a luz infravermelha foi absorvida pelas moléculas da bola de fogo.
A explosão produz substâncias como dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapor de água e óxido nitroso. Todos eles podem ser detectados pela maneira característica como cada um absorve a luz infravermelha. A análise detalhada dos resultados forneceu aos investigadores informações sobre a temperatura e as concentrações dessas substâncias durante o evento explosivo. Eles também foram capazes de medir a absorção e emissão de luz infravermelha de minúsculas partículas sólidas (fuligem) criadas pela explosão.
As medições do ECQCL por varredura fornecem uma nova maneira de estudar detonações explosivas que poderiam ter outros usos. Em estudos futuros, os investigadores esperam estender as medições para mais comprimentos de onda, taxas de varredura mais rápidas e resoluções mais altas.
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Referência: “Caracterização de detonações altamente explosivas usando espectroscopia de absorção de laser em cascata quântica de cavidade externa infravermelha de banda larga” por Mark C. Phillips, Bruce E. Bernacki, Sivanandan S. Harilal, Brian E. Brumfield, Joel M. Schwallier e Nick G. Glumac , 3 de setembro de 2019, Revista de Física Aplicada.
DOI: 10.1063/1.5107508