爆炸是一個(gè)復(fù)雜的事件，涉及迅速變化的溫度，壓力和化學(xué)濃度?，F(xiàn)在發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》期刊上的一項(xiàng)研究中，一種特殊類型的紅外激光器，被稱為掃描波長(zhǎng)外腔量子級(jí)聯(lián)激光器(Swept-ECQCL)，被用來(lái)研究爆炸。

這種多功能儀器具有寬廣的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，可以測(cè)量爆炸火球中的多種化學(xué)物質(zhì)，甚至是大分子。測(cè)量和監(jiān)測(cè)爆炸過程中戲劇性變化的能力，可以幫助科學(xué)家理解甚至控制它們。

使用放置在爆炸火球內(nèi)部的溫度或壓力探針進(jìn)行測(cè)量，可以提供物理數(shù)據(jù)，但不能測(cè)量在爆炸過程中可能產(chǎn)生的化學(xué)變化。對(duì)爆炸最終產(chǎn)物進(jìn)行采樣是可能的，但只有在爆炸結(jié)束后才能提供信息。在這項(xiàng)研究中，火球中的分子是通過監(jiān)測(cè)它們與光的相互作用方式來(lái)檢測(cè)，特別是在紅外線區(qū)域。這些測(cè)量是快速的，可以在安全距離之外進(jìn)行測(cè)量。由于火球是湍流，并且充滿了強(qiáng)烈的吸收物質(zhì)，所以需要激光。

研究人員使用實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建的新儀器，以比以前使用紅外激光更快的速度、更高的分辨率和更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)測(cè)量爆炸事件。掃描-ECQCL方法通過將高分辨率可調(diào)諧激光光譜的最佳特性與FTIR等寬帶方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了新的測(cè)量。這項(xiàng)研究考察了四種類型的高能炸藥，所有這些炸藥都放置在一個(gè)專門設(shè)計(jì)的燃燒室中，以容納火球。來(lái)自Swept-ECQCL的激光束通過這個(gè)腔室，同時(shí)迅速改變激光的波長(zhǎng)。通過火球傳輸?shù)募す庠诿看伪ㄟ^程中都被記錄下來(lái)，以測(cè)量紅外線被火球中分子吸收方式的變化。

爆炸產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣和一氧化二氮等物質(zhì)。這些都可以通過各自吸收紅外光的特征方式檢測(cè)出來(lái)。對(duì)結(jié)果的詳細(xì)分析為研究人員提供了關(guān)于整個(gè)爆炸事件中這些物質(zhì)的溫度和濃度信息。還能夠測(cè)量由爆炸產(chǎn)生微小固體顆粒(煤煙)對(duì)紅外光的吸收和發(fā)射。掃描ECQCL測(cè)量為研究可能有其他用途的爆炸提供了一種新方法。在未來(lái)的研究中，研究人員希望將測(cè)量擴(kuò)展到更多的波長(zhǎng)，更快的掃描速率和更高的分辨率。

博科園｜研究/來(lái)自：美國(guó)物理學(xué)會(huì)

參考期刊《應(yīng)用物理快報(bào)》

DOI: 10.1063/1.5107508

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)