Insidan av en eld kan vara den sista platsen man skulle utforska, men en ny University of Central Florida -metod för att göra just det kan leda till framsteg i kampen mot bränder, skapa renare motorer och till och med rymdresor.

Docent Subith Vasu och doktoranden Zachary Loparo vid UCF:s institution för mekanisk och rymdteknik och Center for Advanced Turbomachinery and Energy Research, utvecklat tekniken. Deras resultat rapporteras i en ny studie i tidskriften Optikbokstäver .

Forskare måste veta vad som händer i en brand eller explosion för att bättre förstå hur man kan öka eller minska dess förbränningspotential samt analysera de involverade molekylerna och deras roller i reaktionen.

Dock, insidan av elden är inte den enklaste platsen att få mätningar.

"Du har denna höga temperatur, ganska kompromisslös miljö, " sa Vasu. "För att veta vad som händer inuti kan du inte skicka in som en sond i den eftersom den bara kommer att smälta. Så, du måste hitta på sätt att titta inuti och mäta, till exempel, temperaturen och den exakta koncentrationen av molekyler som brinner. "

Elden kan få molekyler att förändras i hastigheter så snabbt som en miljonedel av en sekund och att känna till dessa detaljer är viktigt för att utforma bättre motorer och tekniker för att driva allt från en bil till ett raketfartyg, Sa Vasu.

Till exempel, forskare kan använda informationen för att designa effektivare motorer som driver, men minimera mängden bränsle som krävs. Om bränslebelastningar som krävs för att bryta igenom jordens tyngdkraft skulle kunna minskas på rymdfarkoster till exempel, det kan hjälpa människor att komma till Mars och bortom tidigare, sa Vasu.

Att lära sig mer om hur bränsle brinner i en motor kan också hjälpa forskare att utveckla strategier för att minska sina giftiga utsläpp, vilket skulle hjälpa till med luftkvaliteten, Sa Vasu.

En annan ansökan är för att bekämpa bränder, inklusive skogsbränder. Tekniken kan låta forskare få mer förståelse för hur brandskyddsmedel fungerar när de appliceras, så att de kan designa föreningar som är bäst lämpade för att släcka olika typer av flammor.

Samma tillvägagångssätt kan också användas för att maximera en förenings explosiva potential genom att se till att bränder blir tillräckligt varma för att helt förstöra ett potentiellt hot, som kemiska vapen.

Forskare kan också använda de insikter som metoden får för att förbättra befintliga modeller av förbränningsreaktioner.

Tekniken fungerar genom att använda en laser för att analysera reaktionen. En laser är ett skott genom en brand eller explosion och fångas på andra sidan med hjälp av en detektor. När lasern passerar genom en förbränningsreaktion förlorar den en del av sin kraft när den färdas genom eldens värme och möter olika molekyler som är involverade i förbränningen, såsom kolmonoxid.

Genom att veta hur mycket av kraften minskar, forskare kan beräkna såväl temperatur som koncentrationer av olika molekyler.

Lasern skannar förbränningen i mikrosekunder och kännetecknar den förändrade temperaturen och molekylära fördelningen av miljön inom mikrosekunder.

Tidigare tekniker har krävt flera lasrar för att karakterisera den extrema miljön. Denna teknik är ny genom att den använder en laser, ett framsteg som möjliggjorts genom att använda en akusto-optiskt modulerad kvantkaskadlaser.

Den akustisk-optiska modulatorn möjliggör mätningar så snabbt att den ena lasern kan utföra flera lasers arbete på en bråkdel av tiden.

Forskarna utvecklade och testade sin teknik med hjälp av ett stötrör som använder små mängder bränsle för att producera mikroexplosioner.

Loparo, som hjälpte till att leda forskningen, sa att mycket planering gick åt för att utveckla tekniken innan den testades i chockröret.

"Jag är riktigt nöjd med resultatet, "Loparo sa." Vi gjorde en hel del modellering i förväg för att förutsäga vad vi skulle se, och det stämde ganska bra med vad dessa modeller sa. Resultaten var mycket bra. "

Lasern som användes i forskningen designades av Arkadiy Lyakh, en medförfattare till studien som är biträdande professor vid UCF:s College of Optics and Photonics och även är en del av UCF:s NanoScience Technology Center.