Se produisant plus vite que la vitesse du son, le mystère qui se cache derrière la décomposition des décharges de plasma dans l'eau est un pas de plus pour être compris alors que les chercheurs poursuivent l'application de nouveaux processus de diagnostic utilisant l'imagerie à rayons X de pointe au sujet difficile.

Ces processus de diagnostic ouvrent la porte à une meilleure compréhension de la physique des plasmas, qui pourraient conduire à des avancées dans la production d'énergie verte grâce à des méthodes telles que la fusion, reformage d'hydrocarbures et génération d'hydrogène.

Le Dr David Staack et Christopher Campbell du département de génie mécanique J. Mike Walker '66 de la Texas A&M University font partie de l'équipe pionnière de cette approche pour évaluer les processus plasma. Les partenaires du projet comprennent des experts en diagnostic des laboratoires nationaux de Los Alamos et utilisent les installations du laboratoire national d'Argonne Advanced Photon Source (APS).

L'équipe travaille avec LTEOIL sur une recherche brevetée sur l'utilisation du plasma multiphasique dans le reformage de carburant sans carbone. La recherche est soutenue par la campagne de propriétés dynamiques des matériaux (C2) et la campagne de diagnostic avancé (C3) aux Laboratoires nationaux de Los Alamos par l'intermédiaire du chercheur principal du groupe de physique des plasmas thermonucléaires (P4), Zhehui (Jeph) Wang.

La recherche, qui a été récemment publié dans Examen physique de la recherche , produit les premières images radiographiques ultrarapides connues de processus d'initiation de plasma pulsé dans l'eau. Stack, professeur agrégé et professeur de développement de carrière Sallie et Don Davis '61, a déclaré que ces nouvelles images fournissent des informations précieuses sur le comportement du plasma dans un liquide.

"Notre laboratoire travaille avec des sponsors de l'industrie sur des recherches brevetées sur l'utilisation du plasma multiphasique dans le reformage de carburant sans carbone, " dit Staack. " En comprenant cette physique des plasmas, nous sommes en mesure de convertir efficacement le goudron et les plastiques recyclés en hydrogène et en carburants pour automobiles sans aucune émission de gaz à effet de serre. À l'avenir, ces investigations peuvent conduire à des améliorations des sources d'énergie de fusion par confinement inertiel. »

Fusion par confinement inertiel - dans laquelle haute température, des plasmas à haute densité d'énergie sont générés - est un objectif spécifique du projet. Pour mieux comprendre la physique des plasmas impliqués dans ce type de fusion, Staack a déclaré que l'équipe développe un calendrier court, des techniques d'imagerie et de diagnostic à grande vitesse utilisant une méthode simple, système de décharge plasma à faible coût.

En outre, ils cherchent à mieux comprendre les phénomènes qui se produisent lors d'une décharge de plasma dans un liquide, provoquant une libération rapide d'énergie entraînant des microfractures de faible densité dans l'eau qui se déplacent à plus de 20 fois la vitesse du son.

Campbell, un assistant de recherche diplômé et un doctorat. candidat, a déclaré que l'équipe espère que leurs découvertes peuvent s'avérer être une contribution précieuse à la connaissance collective de leur domaine alors que les chercheurs cherchent à développer des modèles prédictifs robustes de la réaction du plasma dans un liquide.

"Notre objectif est de sonder expérimentalement les régions et les échelles de temps d'intérêt entourant ce plasma en utilisant des techniques d'imagerie à rayons X et visible ultrarapides, apportant ainsi de nouvelles données à la discussion en cours sur la littérature dans ce domaine, " a déclaré Campbell. "Avec un modèle conceptuel complet, nous pourrions apprendre plus efficacement comment appliquer ces plasmas de nouvelles manières et également améliorer les applications existantes. »

Bien qu'ils aient progressé, Campbell a déclaré que les méthodes actuelles ne sont pas encore assez sophistiquées pour collecter plusieurs images d'un seul événement plasma dans un laps de temps aussi court, moins de 100 nanosecondes.

"Même avec les techniques de pointe et les fréquences d'images rapides disponibles à Advanced Photon Source, nous n'avons pu imager qu'une seule image pendant tout l'événement d'intérêt - par l'image vidéo suivante, la plupart des procédés plasma les plus rapides ont conclu, ", a déclaré Campbell. "Ce travail met en évidence plusieurs techniques ingénieuses que nous avons développées pour tirer le meilleur parti du peu d'images que nous sommes capables de prendre de ces processus les plus rapides."

L'équipe travaille actuellement à mesurer les pressions induites par les phénomènes rapides et prépare une deuxième série de mesures à l'APS pour étudier les décharges en interaction, rejets dans différents fluides et procédés pouvant limiter le confinement des rejets à plus haute énergie. Ils attendent avec impatience l'opportunité d'utiliser des méthodes d'imagerie par rayons X à fréquence d'images encore plus élevée allant jusqu'à 6,7 millions d'images par seconde, contre 271 000 images par seconde dans cette étude.