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爆炸是一个复杂的事件,涉及迅速变化的温度,压力和化学浓度。现在发表在《应用物理快报》期刊上的一项研究中,一种特殊类型的红外激光器,被称为扫描波长外腔量子级联激光器(Swept-ECQCL),被用来研究爆炸。这种多功能仪器具有宽广的波长调谐范围,可以测量爆炸火球中的多种化学物质,甚至是大分子。测量和监测爆炸过程中戏剧性变化的能力,可以帮助科学家理解甚至控制它们。

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使用放置在爆炸火球内部的温度或压力探针进行测量,可以提供物理数据,但不能测量在爆炸过程中可能产生的化学变化。对爆炸最终产物进行采样是可能的,但只有在爆炸结束后才能提供信息。在这项研究中,火球中的分子是通过监测它们与光的相互作用方式来检测,特别是在红外线区域。这些测量是快速的,可以在安全距离之外进行测量。

由于火球是湍流,并且充满了强烈的吸收物质,所以需要激光。研究人员使用实验室中构建的新仪器,以比以前使用红外激光更快的速度、更高的分辨率和更长的时间来测量爆炸事件。扫描-ECQCL方法通过将高分辨率可调谐激光光谱的最佳特性与FTIR等宽带方法相结合,实现了新的测量。

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这项研究考察了四种类型的高能炸药,所有这些炸药都放置在一个专门设计的燃烧室中,以容纳火球。来自Swept-ECQCL的激光束通过这个腔室,同时迅速改变激光的波长。通过火球传输的激光在每次爆炸过程中都被记录下来,以测量红外线被火球中分子吸收方式的变化。爆炸产生二氧化碳、一氧化碳、水蒸气和一氧化二氮等物质。

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这些都可以通过各自吸收红外光的特征方式检测出来。对结果的详细分析为研究人员提供了关于整个爆炸事件中这些物质的温度和浓度信息。还能够测量由爆炸产生微小固体颗粒(煤烟)对红外光的吸收和发射。扫描ECQCL测量为研究可能有其他用途的爆炸提供了一种新方法。在未来的研究中,研究人员希望将测量扩展到更多的波长,更快的扫描速率和更高的分辨率。

博科园|研究/来自:美国物理学会

参考期刊《应用物理快报》

DOI: 10.1063/1.5107508