爆炸的原理是什麼?新型雷射器的研究為你揭秘答案!

2021-01-10 博科園

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爆炸是一個複雜的事件，涉及迅速變化的溫度，壓力和化學濃度。現在發表在《應用物理快報》期刊上的一項研究中，一種特殊類型的紅外雷射器，被稱為掃描波長外腔量子級聯雷射器(Swept-ECQCL)，被用來研究爆炸。這種多功能儀器具有寬廣的波長調諧範圍，可以測量爆炸火球中的多種化學物質，甚至是大分子。測量和監測爆炸過程中戲劇性變化的能力，可以幫助科學家理解甚至控制它們。

使用放置在爆炸火球內部的溫度或壓力探針進行測量，可以提供物理數據，但不能測量在爆炸過程中可能產生的化學變化。對爆炸最終產物進行採樣是可能的，但只有在爆炸結束後才能提供信息。在這項研究中，火球中的分子是通過監測它們與光的相互作用方式來檢測，特別是在紅外線區域。這些測量是快速的，可以在安全距離之外進行測量。由於火球是湍流，並且充滿了強烈的吸收物質，所以需要雷射。

研究人員使用實驗室中構建的新儀器，以比以前使用紅外雷射更快的速度、更高的解析度和更長的時間來測量爆炸事件。掃描-ECQCL方法通過將高解析度可調諧雷射光譜的最佳特性與FTIR等寬帶方法相結合，實現了新的測量。這項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專門設計的燃燒室中，以容納火球。來自Swept-ECQCL的雷射束通過這個腔室，同時迅速改變雷射的波長。通過火球傳輸的雷射在每次爆炸過程中都被記錄下來，以測量紅外線被火球中分子吸收方式的變化。

爆炸產生二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣和一氧化二氮等物質。這些都可以通過各自吸收紅外光的特徵方式檢測出來。對結果的詳細分析為研究人員提供了關於整個爆炸事件中這些物質的溫度和濃度信息。還能夠測量由爆炸產生微小固體顆粒(煤煙)對紅外光的吸收和發射。掃描ECQCL測量為研究可能有其他用途的爆炸提供了一種新方法。在未來的研究中，研究人員希望將測量擴展到更多的波長，更快的掃描速率和更高的解析度。

博科園｜研究/來自：美國物理學會參考期刊《應用物理快報》DOI: 10.1063/1.5107508博科園｜科學、科技、科研、科普

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