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據(jù)外媒報(bào)道，瑞典研究人員開(kāi)發(fā)出一種基于激光的新方法，提供前所未有的噴霧視圖，讓大家更加了解霧化噴霧，例如在汽車(chē)、輪船和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，液體燃料燃燒時(shí)的噴霧過(guò)程。在各類(lèi)工業(yè)過(guò)程中，也經(jīng)常會(huì)用到霧化噴霧技術(shù)，如噴漆、生產(chǎn)食品粉末和藥物。

“我們開(kāi)發(fā)新的成像方法，從而進(jìn)一步了解燃料燃燒前從液體到氣體的轉(zhuǎn)變。”瑞典隆德大學(xué)(Lund University in Sweden)物理系燃燒物理分系研究小組組長(zhǎng)Edouard Berrocal表示，“利用這些信息，可以制訂出更智能化的燃料噴射策略，優(yōu)化燃料-空氣混合比，提高燃燒效率，最終減少運(yùn)輸應(yīng)用中常用燃燒設(shè)備的污染物排放。”

據(jù)介紹，新方法綜合利用X射線和激光誘發(fā)的熒光，對(duì)霧化噴霧現(xiàn)象進(jìn)行觀察和量化。這是以前無(wú)法做到的。通過(guò)熒光圖像，可以看清噴射液體的詳細(xì)特征，包括大小和形狀。同時(shí)，X射線圖片可以量化液體分布狀況。

研究人員Diego Guenot表示：“通常情況下，所得到的霧化噴霧圖像都很模糊，無(wú)法具體了解內(nèi)部的噴霧情況。采用我們的新成像方法，可以解決這些問(wèn)題，比起以前的X射線探測(cè)值，甚至可以探測(cè)到數(shù)量更少的液體?！?/span>

觀測(cè)噴霧過(guò)程

噴霧過(guò)程很難在正常光下可視化，因?yàn)槌汕先f(wàn)的液滴會(huì)將光散射至各個(gè)方向。鑒于X射線光束能夠被吸收，通過(guò)檢測(cè)噴霧過(guò)程中的X射線輻射量，有可能測(cè)量出液體數(shù)量。此類(lèi)分析通常需要用到由大型同步加速器產(chǎn)生的X射線，然而，全球只有少數(shù)幾個(gè)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)擁有這種加速器。研究人員采用新型桌面激光等離子加速器來(lái)克服這一障礙。該加速器由原子物理系Olle Lundh的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，旨在為高分辨率和時(shí)間分辨率的X射線成像定制X射線。

Lundh說(shuō):“盡管比同步加速器要小很多，但是，新型激光加速器所產(chǎn)生的X射線能量范圍適宜，使其可以被液體吸收，并以飛秒脈沖的形式傳送，基本定格噴霧移動(dòng)軌跡以進(jìn)行成像。此外，X射線通量足夠高，可以在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生良好的信號(hào)?！?/span>

在激光等離子加速器中，將高強(qiáng)度飛秒激光脈沖聚焦至氣體或預(yù)先形成的等離子體中，從而產(chǎn)生X射線。研究人員還利用飛秒激光脈沖進(jìn)行雙光子熒光成像。這種熒光方法常在生命科學(xué)顯微鏡中使用，以提供亞毫米級(jí)高對(duì)比度圖像，但很少用于噴霧成像，因?yàn)檫@通常需要幾平方厘米的成像面積。

Berrocal表示：“在相對(duì)較大的范圍內(nèi)進(jìn)行雙光子成像，需要更多能量和超短激光脈沖。我們利用高強(qiáng)度飛秒激光束來(lái)產(chǎn)生X射線，因此，可以同時(shí)進(jìn)行X射線和雙光子熒光成像。在相對(duì)較大的范圍內(nèi)，同時(shí)執(zhí)行這兩種成像方式，這是以前做不到的?！?/span>

獲得清晰的視圖

首先，研究人員將噴霧器置于X射線攝像機(jī)前，測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)。通過(guò)X射線，在第一張圖像中，可以清晰地看到噴霧狀態(tài)。接著，研究人員調(diào)整設(shè)置，增加雙光子熒光成像。

與大型同步X射線源相比，采用這種綜合技術(shù)，在對(duì)汽車(chē)燃油噴射器產(chǎn)生的射流進(jìn)行成像時(shí)，測(cè)量靈敏度更高。Guenot解釋說(shuō)：“采用這種成像方法，更便于學(xué)術(shù)和工業(yè)研究人員進(jìn)行研究。因?yàn)樗麄儾粌H可以利用屈指可數(shù)的同步加速器設(shè)備，也可以在全球多個(gè)激光等離子加速器實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行研究?！?/span>

研究人員計(jì)劃繼續(xù)開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，以獲得三維噴霧圖像，并研究其變化趨勢(shì)。另外，他們希望將其應(yīng)用于更具挑戰(zhàn)性和現(xiàn)實(shí)意義的噴霧器，如生物柴油或乙醇直接噴射噴霧器，以及燃?xì)廨啓C(jī)噴霧系統(tǒng)。