Une explosion est un événement complexe impliquant des changements rapides de températures, pressions et concentrations chimiques. Dans un journal du Journal de physique appliquée un type spécial de laser infrarouge, connu sous le nom de laser à cascade quantique à cavité externe à longueur d'onde balayée (swept-ECQCL), est utilisé pour étudier les explosions. Cet instrument polyvalent a une large plage de réglage de longueur d'onde qui permet la mesure de plusieurs substances chimiques, même de grosses molécules, dans une boule de feu explosive.

La capacité de mesurer et de surveiller les changements dramatiques lors des explosions pourrait aider les scientifiques à les comprendre et même à les contrôler. Les mesures utilisant des sondes de température ou de pression robustes placées à l'intérieur d'une boule de feu qui explose peuvent fournir des données physiques mais ne peuvent pas mesurer les changements chimiques qui peuvent être générés pendant l'explosion. L'échantillonnage des produits finaux d'une détonation est possible mais ne fournit des informations qu'une fois l'explosion terminée.

Dans ce travail, les molécules de la boule de feu sont détectées en surveillant la façon dont elles interagissent avec la lumière, surtout dans le domaine infrarouge. Ces mesures sont rapides et peuvent être prises à une distance sûre. Puisque les boules de feu sont turbulentes et pleines de substances fortement absorbantes, les lasers sont nécessaires.

À l'aide d'un nouvel instrument construit dans leur laboratoire, les enquêteurs ont mesuré les événements explosifs à des vitesses plus rapides, à des résolutions plus élevées et pendant des périodes de temps plus longues qu'auparavant avec la lumière laser infrarouge.

"L'approche swept-ECQCL permet de nouvelles mesures en combinant les meilleures caractéristiques de la spectroscopie laser accordable haute résolution avec des méthodes à large bande telles que FTIR, ", a expliqué le co-auteur Mark Phillips.

L'étude a porté sur quatre types d'explosifs à haute énergie, le tout placé dans une chambre spécialement conçue pour contenir la boule de feu. Un faisceau laser du balayé-ECQCL a été dirigé à travers cette chambre tout en faisant varier rapidement la longueur d'onde de la lumière laser. La lumière laser transmise à travers la boule de feu a été enregistrée tout au long de chaque explosion pour mesurer les changements dans la façon dont la lumière infrarouge était absorbée par les molécules de la boule de feu.

L'explosion produit des substances telles que le dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, vapeur d'eau et protoxyde d'azote. Ceux-ci peuvent tous être détectés par la manière caractéristique dont chacun absorbe la lumière infrarouge. Une analyse détaillée des résultats a fourni aux enquêteurs des informations sur la température et les concentrations de ces substances tout au long de l'événement explosif. Ils ont également pu mesurer l'absorption et l'émission de lumière infrarouge à partir de minuscules particules solides (suie) créées par l'explosion.

Les mesures par balayage ECQCL offrent une nouvelle façon d'étudier les détonations explosives qui pourraient avoir d'autres utilisations. Dans les études futures, les enquêteurs espèrent étendre les mesures à plus de longueurs d'onde, taux de numérisation plus rapides, et des résolutions plus élevées.