Förekommer snabbare än ljudets hastighet, mysteriet bakom nedbrytningen av plasmautsläpp i vatten är ett steg närmare att förstås när forskare fortsätter att tillämpa nya diagnostiska processer med hjälp av den senaste röntgenbilden på det utmanande ämnet.

Dessa diagnostiska processer öppnar dörren till en bättre förståelse av plasmafysik, vilket kan leda till framsteg inom grön energiproduktion genom metoder inklusive fusion, kolvätereformering och vätegenerering.

Dr. David Staack och Christopher Campbell vid J. Mike Walker '66 Department of Mechanical Engineering vid Texas A&M University är en del av teamet som banar väg för detta tillvägagångssätt för att bedöma plasmaprocesser. Partners i projektet inkluderar diagnostikexperter från Los Alamos National Laboratories och använder faciliteterna vid Argonne National Laboratory Advanced Photon Source (APS).

Teamet arbetar med LTEOIL om patenterad forskning om användningen av flerfasplasma vid kolfri bränslereformering. Forskningen stöds av kampanjen för dynamiska materialegenskaper (C2) och kampanjen för avancerad diagnostik (C3) vid Los Alamos National Laboratories genom Thermonuclear Plasma Physics Group (P4) huvudutredare, Zhehui (Jeph) Wang.

Forskningen, som nyligen publicerades i Physical Review Research , producerar de första kända ultrasnabba röntgenbilderna av pulserande plasmainitieringsprocesser i vatten. Staack, docent och Sallie och Don Davis '61 Karriärutvecklingsprofessor, sa att dessa nya bilder ger värdefull insikt i hur plasma beter sig i vätska.

"Vårt labb arbetar med industrisponsorer på patenterad forskning om användningen av flerfasplasma vid kolfri bränslereformering, " sa Staack. "Genom att förstå denna plasmafysik, vi kan effektivt omvandla tjära och återvunnen plast till väte och bränsle för bilar utan några växthusgasutsläpp. I framtiden, dessa undersökningar kan leda till förbättringar av energikällor för tröghetsinneslutning."

Tröghetsinneslutningsfusion – där hög temperatur, Plasma med hög energitäthet genereras - är ett specifikt fokus för projektet. För att bättre förstå plasmafysiken som är involverad i denna typ av fusion, Staack sa att laget utvecklar kort tidsperiod, höghastighetsbilder och diagnostiska tekniker som använder en enkel, lågkostnads ​​plasmaurladdningssystem.

Dessutom, de försöker bättre förstå de fenomen som uppstår när plasma släpps ut i vätska, orsakar ett snabbt frigörande av energi vilket resulterar i mikrosprickor med låg densitet i vattnet som rör sig med över 20 gånger ljudets hastighet.

Campbell, en forskarassistent och Ph.D. kandidat, sade att teamet hoppas att deras upptäckter kan visa sig vara ett värdefullt bidrag till den samlade kunskapen om deras område när forskare försöker utveckla robusta prediktiva modeller för hur plasma kommer att reagera i vätska.

"Vårt mål är att experimentera undersöka regioner och tidsintervaller som omger denna plasma med hjälp av ultrasnabb röntgen- och synlig bildteknik, därigenom bidra med nya data till den pågående litteraturdiskussionen inom detta område, " sa Campbell. "Med en komplett konceptuell modell, vi kan mer effektivt lära oss hur man applicerar dessa plasma på nya sätt och även förbättra befintliga applikationer."

Även om de har gjort framsteg, Campbell sa att nuvarande metoder ännu inte är tillräckligt sofistikerade för att samla in flera bilder av en enda plasmahändelse på så kort tid - mindre än 100 nanosekunder.

"Även med den senaste tekniken och snabba bildhastigheter som finns tillgängliga på Advanced Photon Source, vi har bara kunnat avbilda en enda bildruta under hela händelsen av intresse – vid nästa videobildruta, de flesta av de snabbaste plasmaprocesserna har kommit fram till, ", sa Campbell. "Detta arbete belyser flera fyndiga tekniker som vi har utvecklat för att få ut det mesta av de få bilder vi kan ta av dessa snabbaste processer."

Teamet arbetar för närvarande med att mäta trycket som orsakas av de snabba fenomenen och förbereder sig för en andra omgång mätningar vid APS för att undersöka interagerande utsläpp, utsläpp i olika vätskor och processer som kan begränsa inneslutningen av högre energiutsläpp. De ser fram emot möjligheten att använda ännu högre bildröntgen röntgenbildmetoder som sträcker sig upp till 6,7 miljoner bilder per sekund, jämfört med 271 tusen bilder per sekund i denna studie.