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| a, Una fotografía de la llama de queroseno estudiada en este trabajo. b, Ilustración de tres señales ópticas cuando las nanopartículas (por ejemplo, hollín, moléculas de PAH) en la llama interactúan con la lámina láser de nanosegundos. Estas señales incluyen fluorescencia inducida por láser, incandescencia inducida por láser y dispersión. c, Esquema del sistema de imágenes LS-CUP. Crédito: Yogeshwar Nath Mishra, Peng Wang, Florian Bauer, Yide Zhang, Dag Hanstorp, Stefan Will y Lihong V. Wang |
Iluminando la superficie de una muestra con breves pulsos de rayo láser, es posible filmar secuencias de diversas reacciones químicas y físicas. Un equipo de investigadores de la Universidad de Gotemburgo ha desarrollado la cámara láser de disparo único más rápida del mundo, que es al menos mil veces más veloz que los equipos actuales de diagnóstico de la combustión. El descubrimiento tiene una enorme importancia para el estudio de la rapidísima combustión de hidrocarburos.
¿Qué le ocurre a un material que se quema en diferentes condiciones? Para investigar esta cuestión, los investigadores utilizan una cámara láser que fotografía el material en una capa bidimensional, lo que se conoce como LS CUP (fotografía ultrarrápida comprimida en lámina láser de disparo único). Al observar la muestra desde un lado, es posible ver qué reacciones y emisiones se producen a lo largo del tiempo y el espacio. Los investigadores han utilizado LS-CUP para estudiar la combustión de diversos hidrocarburos.
12.500 millones de imágenes por segundo
Esta cámara láser ultrarrápida que puede crear vídeos con una velocidad récord de 12.500 millones de imágenes por segundo, es decir, al menos mil veces más rápido que los mejores equipos láser actuales. Esto ha permitido a los investigadores ilustrar la combustión con una resolución temporal nunca antes alcanzada.
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| a, Dinámica espaciotemporal de la temperatura de la llama cuando es excitada por un pulso de luz de un solo nanosegundo. La temperatura se calcula tomando señales de incandescencia inducida por láser de dos canales de color distintos. b, Evolución de la temperatura promediada espacialmente y su ajuste exponencial, que muestra un enfriamiento rápido después de la excitación del láser. Crédito: Yogeshwar Nath Mishra, Peng Wang, Florian Bauer, Yide Zhang, Dag Hanstorp, Stefan Will y Lihong V. Wang |
"Cuantas más imágenes se tomen, con mayor precisión podremos seguir el curso de los acontecimientos. La combustión de hidrocarburos produce partículas de hollín de tamaño nanométrico, diversos fenómenos luminosos e hidrocarburos aromáticos policíclicos, HAP, peligrosos para el medio ambiente", explica Yogeshwar Nath Mishra, uno de los investigadores de la Universidad de Gotemburgo, que presenta ahora los resultados en un artículo científico en la revista Light: Science & Applications.
Partículas de hollín de vida corta
Las partículas de hollín procedentes de hidrocarburos constituyen el 70% de la materia del espacio interestelar y son también interesantes nanomateriales con aplicaciones en electrónica y energía. Las partículas de hollín y los hidrocarburos aromáticos tienen una vida extremadamente corta, que se mide en nanosegundos cuando se queman. La combustión se caracteriza por reacciones extremadamente rápidas que no se repiten. El estudio de la combustión requiere métodos ultrarrápidos para captar imágenes, lo que los investigadores han conseguido ahora con esta nueva cámara láser.
"Antes, los problemas surgían cuando la cámara se limitaba a unos pocos millones de imágenes por segundo. Producir imágenes bidimensionales de distintos tipos de combustión requería pulsos láser repetidos, lo que repercutía en la temperatura de combustión cuando el láser añadía energía", explica Yogeshwar Nath Mishra.
Aplicación en muchos campos de investigación
La nueva cámara láser toma una imagen única con un solo pulso de láser. La velocidad de imagen es de hasta 10.000 millones de imágenes por segundo y puede adaptarse fácilmente para observar todo tipo de señales inducidas por láser a lo largo de la vida útil de la partícula. Las aplicaciones van mucho más allá de la investigación de la combustión y pueden utilizarse ampliamente en física, química, biología y medicina, así como en investigación energética y medioambiental.
Fuentes, créditos y referencias: