水中等离子体放电击穿的发生速度比声速还快，随着研究人员利用最先进的X射线成像技术将新的诊断过程应用于具有挑战性的主题，研究人员离理解这一高速现象背后的奥秘又近了一步。
这些诊断过程为更好地了解等离子体物理学打开了大门，这可能会通过聚变、碳氢化合物重整和制氢等方法推动绿色能源生产的进步。
得克萨斯 A&M 大学 J. Mike Walker '66 机械工程系的 David Staack 博士和 Christopher Campbell 是率先采用这种方法评估等离子体工艺的团队的一员。该项目的合作伙伴包括来自洛斯阿拉莫斯国家实验室和使用阿贡国家实验室先进光子源 (APS) 设施的诊断专家。
该团队正在与 LTEOIL 合作开展多相等离子体在无碳燃料重整中使用的专利研究。该研究得到了洛斯阿拉莫斯国家实验室的动态材料特性运动 (C2) 和高级诊断运动 (C3) 的支持，该运动通过热核等离子体物理组 (P4) 首席研究员王哲辉 (Jeph) 进行。
这项研究最近发表在《物理评论研究》上，正在生成首张已知的水中脉冲等离子体引发过程的超快 X 射线图像。Staack 副教授、Sallie 和 Don Davis '61 职业发展教授说，这些新图像为了解等离子体在液体中的行为提供了宝贵的见解。
“我们的实验室正在与行业赞助商合作，对多相等离子体在无碳燃料重整中的使用进行专利研究，”Staack说。“通过了解这种等离子体物理，我们能够有效地将焦油和再生塑料转化为氢气和汽车燃料，而不会排放任何温室气体。未来，这些研究可能会导致惯性约束聚变能源的改进。”
惯性约束聚变——产生高温、高能量密度的等离子体——是该项目的一个具体重点。为了更好地了解这种聚变所涉及的等离子体物理学，Staack 表示，该团队正在开发利用简单、低成本的等离子体放电系统的短时间尺度、高速成像和诊断技术。
此外，他们正在寻求更好地了解当等离子体在液体中放电时发生的现象，导致能量的快速释放，导致水中的低密度微裂缝以超过20倍的声速移动。
Campbell说，该团队希望他们的发现能够证明对他们领域的集体知识做出宝贵贡献，因为研究人员正在寻求开发关于等离子体在液体中如何反应的强大预测模型。“我们的目标是使用超快 X 射线和可见光成像技术，通过实验探测等离子体周围感兴趣的区域和时间尺度，从而为该领域正在进行的文献讨论提供新数据。
“有了完整的概念模型，我们可以更有效地学习如何以新的方式应用这些等离子体，并改进现有的应用。”
尽管他们取得了进展，但Campbell表示，目前的方法还不够复杂，无法在如此短的时间内（不到 100 纳秒）收集单个等离子体事件的多幅图像。
“即使使用先进光子源提供的最先进的技术和快速的帧速率，我们也只能在整个感兴趣的事件中对单个帧进行成像——下一个视频帧，大部分是最快的等离子工艺已经结束，”坎贝尔说。“这项工作突出了我们开发的几种足智多谋的技术，以充分利用我们能够在这些最快的过程中拍摄的少数图像。”
该团队目前正在努力测量由快速现象引起的压力，并准备在APS进行第二轮测量，以研究相互作用的排放、不同流体中的排放和可能限制更高能量排放的过程。他们期待有机会使用更高帧率的X射线成像方法，速度可达每秒 670 万帧，而本研究中的帧速率为每秒 27.1 万帧。
前瞻经济学人APP资讯组
参考资料
https://www.sciencedaily.com/releases/2021/07/210730142052.htm