En explosion är en komplex händelse som involverar snabbt växlande temperaturer, tryck och kemikaliekoncentrationer. I en tidning i Journal of Applied Physics en speciell typ av infraröd laser, känd som en kvantkaskadlaser för extern kavitet med svepvåglängd (swept-ECQCL), används för att studera explosioner. Detta mångsidiga instrument har ett brett våglängdsinställningsområde som tillåter mätning av flera kemiska ämnen, även stora molekyler, i ett explosivt eldklot.

Förmågan att mäta och övervaka de dramatiska förändringarna under explosioner kan hjälpa forskare att förstå och till och med kontrollera dem. Mätningar med robusta temperatur- eller trycksonder placerade inuti ett exploderande eldklot kan ge fysiska data men kan inte mäta kemiska förändringar som kan genereras under explosionen. Provtagning av slutprodukterna av en detonation är möjlig men ger information först när explosionen är över.

I det här arbetet, molekyler i eldklotet detekteras genom att övervaka hur de interagerar med ljus, speciellt i det infraröda området. Dessa mätningar är snabba och kan tas på säkert avstånd. Eftersom eldklot är turbulenta och fulla av starkt absorberande ämnen, lasrar behövs.

Med hjälp av ett nytt instrument byggt i deras labb, utredarna mätte explosiva händelser i högre hastigheter, vid högre upplösningar och under längre tidsperioder än vad som tidigare varit möjligt med infrarött laserljus.

"Swept-ECQCL-metoden möjliggör nya mätningar genom att kombinera de bästa egenskaperna hos högupplöst avstämbar laserspektroskopi med bredbandsmetoder som FTIR, ", förklarade medförfattaren Mark Phillips.

Studien tittade på fyra typer av högenergisprängämnen, alla placerade i en specialdesignad kammare för att hålla eldklotet. En laserstråle från svep-ECQCL riktades genom denna kammare medan laserljusets våglängd snabbt varierades. Laserljuset som överfördes genom eldklotet registrerades under varje explosion för att mäta förändringar i hur infrarött ljus absorberades av molekyler i eldklotet.

Explosionen producerar ämnen som koldioxid, kolmonoxid, vattenånga och dikväveoxid. Dessa kan alla detekteras av det karakteristiska sättet var och en absorberar infrarött ljus. En detaljerad analys av resultaten gav utredarna information om temperatur och koncentrationer av dessa ämnen under hela den explosiva händelsen. De kunde också mäta absorption och emission av infrarött ljus från små fasta partiklar (sot) som skapats av explosionen.

De svepande ECQCL-mätningarna ger ett nytt sätt att studera explosiva detonationer som kan ha andra användningsområden. I framtida studier, utredarna hoppas kunna utöka mätningarna till fler våglängder, snabbare skanningshastigheter, och högre upplösningar.