Världens snabbaste laserkamera filmar förbränning i realtid
Genom att belysa en provyta med korta pulser av laserljus kan filmsekvenser av olika kemiska och fysiska reaktioner skapas. Ett forskarteam från bland annat Göteborgs universitet har nu utvecklat världens snabbaste laserkamera som är minst tusen gånger snabbare än dagens modernaste utrustning. Upptäckten har stor betydelse när blixtsnabba förbränningar av kolväten ska studeras.
Vad händer med ett material som förbränns vid olika förhållanden? För att ta reda på det använder forskare en laserkamera som fotograferar materialet i ett tvådimensionellt skikt, kallat LS-CUP (Single-shot laser sheet compressed ultrafast photography). Genom att observera provet från sidan så kan man se vilka reaktioner och emissioner som uppstår över tid och rum. Denna LS-CUP har forskarna använt för att studera förbränning av olika kolväten.
12,5 miljarder bilder per sekund
Fysiker från Göteborgs universitet har tillsammans med kolleger i USA och Tyskland utvecklat en ultrasnabb laserkamera som kan skapa filmer med en rekordhastighet av 12,5 miljarder bilder per sekund, vilket är minst tusen snabbare än dagens bästa laserutrustning. Det har gjort att forskarna har kunnat avbilda förbränningen med en tidigare aldrig uppnådd tidsupplösning.
– Ju tätare bilder som tas, desto mer exakt kan vi följa förloppet. Förbränningen av kolvätebränslen producerar sotpartiklar i nanostorlek, olika ljusfenomen och polycykliska aromatiska kolväten (PAH) som är skadliga för miljön, säger Yogeshwar Nath Mishra, som var en av forskarna vid Göteborgs universitet och som nu presenterar resultaten i en vetenskaplig artikel i tidskriften Light: Science & Applications.
Kortlivade sotpartiklar
Sotpartiklarna från kolväten utgör 70 procent av materien i rymden och är även intressanta nanomaterial som kan tillämpas inom elektronik och energi. Sotpartiklarna och de aromatiska kolvätena är extremt kortlivade, där livslängden mäts i nanosekunder när de förbränns. Förbränningen kännetecknas av extremt snabba reaktioner som inte heller upprepas. För att kunna studera förbränningen krävs därför ultrasnabba avbildningsmetoder, vilket forskarna nu har uppnått med den nya laserkameran.
– Tidigare har det uppstått problem när kameran har varit begränsad till några miljoner bilder per sekund. Att ta fram tvådimensionella bilder över olika typer av förbränning har krävt upprepade laserpulser vilket påverkat temperaturen i förbränningen när lasern tillför energi, säger Yogeshwar Nath Mishra.
Tillämpning inom många forskningsfält
Den nya laserkameran tar en unik bild med en enda laserpuls. Bildhastigheten är upp till tiotals miljarder bilder per sekund och kan enkelt anpassas för att observera alla typer av laserinducerade signaler under hela livslängden. Tillämpningarna når långt bortom förbränningsforskningen och kan användas brett inom fysik, kemi, biologi och medicin, energi och miljöforskning.
Vetenskaplig artikel i Light: Science & Applications: Single-pulse real-time billion-frames-per-second planar imaging of ultrafast nanoparticle-laser dynamics and temperature in flames
Kontakt: Yogeshwar Nath Mishra, forskare på Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, telefon: 0729-403003, e-post: Yogeshwar.mishra@physics.gu.se