Uma explosão é um evento complexo que envolve mudanças rápidas de temperatura, pressões e concentrações químicas. Em um jornal no Journal of Applied Physics um tipo especial de laser infravermelho, conhecido como laser de cascata quântica de cavidade externa de comprimento de onda varrido (ECQCL varrido), é usado para estudar explosões. Este instrumento versátil tem uma ampla faixa de sintonia de comprimento de onda que permite a medição de várias substâncias químicas, mesmo moléculas grandes, em uma bola de fogo explosiva.

A capacidade de medir e monitorar as mudanças dramáticas durante as explosões pode ajudar os cientistas a entendê-las e até mesmo controlá-las. Medições usando sondas resistentes de temperatura ou pressão colocadas dentro de uma bola de fogo explodindo podem fornecer dados físicos, mas não podem medir mudanças químicas que podem ser geradas durante a explosão. Amostrar os produtos finais de uma detonação é possível, mas fornece informações apenas quando a explosão termina.

Nesse trabalho, moléculas na bola de fogo são detectadas monitorando a maneira como interagem com a luz, especialmente na região do infravermelho. Essas medições são rápidas e podem ser feitas a uma distância segura. Como as bolas de fogo são turbulentas e cheias de substâncias fortemente absorventes, lasers são necessários.

Usando um novo instrumento construído em seu laboratório, os investigadores mediram eventos explosivos em velocidades mais rápidas, em resoluções mais altas e por períodos de tempo mais longos do que anteriormente possível usando luz laser infravermelha.

"A abordagem swept-ECQCL permite novas medições, combinando os melhores recursos de espectroscopia de laser ajustável de alta resolução com métodos de banda larga, como FTIR, "o co-autor Mark Phillips explicou.

O estudo analisou quatro tipos de explosivos de alta energia, todos colocados em uma câmara especialmente projetada para conter a bola de fogo. Um feixe de laser do ECQCL varrido foi direcionado através desta câmara enquanto variava rapidamente o comprimento de onda da luz do laser. A luz do laser transmitida pela bola de fogo foi registrada ao longo de cada explosão para medir as mudanças na forma como a luz infravermelha era absorvida pelas moléculas da bola de fogo.

A explosão produz substâncias como dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapor de água e óxido nitroso. Todos eles podem ser detectados pela maneira característica de cada um absorver a luz infravermelha. A análise detalhada dos resultados forneceu aos investigadores informações sobre a temperatura e as concentrações dessas substâncias durante o evento explosivo. Eles também foram capazes de medir a absorção e emissão de luz infravermelha de minúsculas partículas sólidas (fuligem) criadas pela explosão.

As medições de ECQCL por varredura fornecem uma nova maneira de estudar detonações explosivas que podem ter outros usos. Em estudos futuros, os investigadores esperam estender as medições para mais comprimentos de onda, taxas de varredura mais rápidas, e resoluções mais altas.