La telecamera laser più veloce del mondo filma la combustione in tempo reale

Illuminando una superficie del campione con brevi impulsi del raggio laser, è possibile filmare sequenze di varie reazioni chimiche e fisiche. Un gruppo di ricerca che comprendeva ricercatori dell’Università di Göteborg ha ora sviluppato la fotocamera laser a scatto singolo più veloce al mondo, che è almeno mille volte più veloce delle più moderne apparecchiature odierne per la diagnostica della combustione. La scoperta ha un enorme significato per lo studio della combustione fulminea degli idrocarburi.

Cosa succede a un materiale bruciato in condizioni diverse? Per indagare su questa domanda, i ricercatori utilizzano una fotocamera laser che fotografa il materiale in uno strato bidimensionale, noto come LS CUP (fotografia ultraveloce compressa con foglio laser a scatto singolo). Osservando il campione di lato, è possibile vedere quali reazioni ed emissioni avvengono nel tempo e nello spazio. I ricercatori hanno utilizzato LS-CUP per studiare la combustione di vari idrocarburi.

12,5 miliardi di immagini al secondo

I fisici dell’Università di Göteborg, insieme a colleghi negli Stati Uniti e in Germania, hanno sviluppato una fotocamera laser ultraveloce in grado di creare video con una velocità record di 12,5 miliardi di immagini al secondo, che è almeno mille volte più veloce della migliore di oggi apparecchiature laser. Ciò ha consentito ai ricercatori di illustrare la combustione con una risoluzione temporale mai raggiunta prima.

“Più immagini vengono scattate, più precisamente possiamo seguire il corso degli eventi. La combustione di idrocarburi produce particelle di fuliggine di dimensioni nanometriche, vari fenomeni luminosi e idrocarburi policiclici aromatici, IPA, che sono pericolosi per l’ambiente”, afferma Yogeshwar Nath Mishra, che era uno dei ricercatori dell’Università di Göteborg e che ora presenta il risultati in un articolo scientifico sulla rivista Light: Science & Applications.

Particelle di fuliggine a vita breve

Le particelle di fuliggine degli idrocarburi costituiscono il 70% del materiale nello spazio interstellare e sono anche interessanti nanomateriali con applicazioni in elettronica ed energia. Le particelle di fuliggine e gli idrocarburi aromatici hanno vita estremamente breve, con una durata misurata in nanosecondi quando bruciano. La combustione è caratterizzata da reazioni estremamente rapide che non si ripetono. Lo studio della combustione richiede metodi ultraveloci per catturare le immagini, che i ricercatori hanno ora raggiunto con questa nuova fotocamera laser.

“Prima, i problemi sorgevano quando la fotocamera era limitata a pochi milioni di immagini al secondo. La produzione di immagini bidimensionali di diversi tipi di combustione ha richiesto impulsi laser ripetuti, che hanno un impatto sulla temperatura di combustione quando il laser aggiunge energia”, afferma Yogeshwar Nath Mishra.

Applicazione in molti campi di ricerca

La nuova fotocamera laser scatta un’immagine unica con un singolo impulso laser. La velocità dell’immagine arriva fino a 10 miliardi di immagini al secondo e può essere facilmente adattata per osservare tutti i tipi di segnali indotti dal laser per tutta la durata della vita della particella. Le applicazioni vanno ben oltre la ricerca sulla combustione e possono essere utilizzate ampiamente in fisica, chimica, biologia e medicina, energia e ricerca ambientale.