Os físicos da Ruhr-Universität Bochum (RUB) tiraram fotos espetaculares que permitem que o processo de ignição do plasma debaixo d'água seja visto e rastreado em tempo real. Dra. Katharina Grosse forneceu os primeiros conjuntos de dados com resolução temporal ultra-alta, apoiando uma nova hipótese sobre a ignição desses plasmas:Na faixa dos nanossegundos, não há tempo suficiente para formar um ambiente de gás. Elétrons gerados por efeitos de campo levam à propagação do plasma. O plasma de nanossegundos inflama diretamente no líquido, independentemente da polaridade da tensão. O relatório do Collaborative Research Center 1316 "Transient Atmospheric Pressure Plasmas:from Plasma to Liquids to Solids" foi publicado no Journal of Applied Physics e Rubin, a revista científica do RUB.

Tornando o desenvolvimento do plasma visível

A fim de analisar como o plasma se inflama em curtos intervalos de tempo e como essa ignição funciona no líquido, o físico Grosse aplica uma alta voltagem por dez nanossegundos a um eletrodo fino como um cabelo imerso em água. O forte campo elétrico gerado faz com que o plasma entre em ignição. Usando espectroscopia óptica de alta velocidade em combinação com modelagem da dinâmica de fluidos, o pesquisador baseado em Bochum é capaz de prever o poder, pressão e temperatura nesses plasmas subaquáticos. Ela, portanto, elucida o processo de ignição e o desenvolvimento do plasma na faixa dos nanossegundos

De acordo com suas observações, as condições da água são extremas no momento da ignição. Por pouco tempo, pressões de muitos milhares de bar são criadas, que é equivalente a ou mesmo excede a pressão no ponto mais profundo do Oceano Pacífico, bem como temperaturas de muitos milhares de graus semelhantes à temperatura da superfície do sol.

Efeitos de túnel sob a água

As medições desafiam a teoria prevalecente. Até aqui, foi assumido que uma alta diferença de pressão negativa se forma na ponta do eletrodo, o que leva à formação de fissuras muito pequenas no líquido com expansões na faixa dos nanômetros, em que o plasma pode então se espalhar. "Foi assumido que uma avalanche de elétrons se forma nas rachaduras debaixo d'água, tornando a ignição do plasma possível, "diz Achim von Keudell, que detém a cadeira de Física Experimental II. Contudo, as imagens obtidas pela equipe de pesquisa baseada em Bochum sugerem que o plasma é "inflamado localmente dentro do líquido, "explica Grosse.

Em sua tentativa de explicar este fenômeno, o físico usa o efeito túnel da mecânica quântica. Isso descreve o fato de que as partículas são capazes de cruzar uma barreira de energia que não deveriam ser capazes de cruzar de acordo com as leis da física convencional, porque eles não têm energia suficiente para isso. "Se você olhar as gravações da ignição do plasma, tudo indica que o túnel de elétrons individuais através da barreira de energia das moléculas de água para o eletrodo, onde eles acendem o plasma localmente, precisamente onde o campo elétrico é mais alto, "diz Grosse. Esta teoria tem muito a seu favor e é assunto de muita discussão entre os especialistas.

A água é dividida em seus componentes

O processo de ignição debaixo d'água é tão fascinante quanto os resultados da reação química são promissores para aplicações práticas. Os espectros de emissão mostram que, em pulsos de nanossegundos, as moléculas de água não têm mais a oportunidade de compensar a pressão do plasma. A ignição de plasma os divide em seus componentes, ou seja, hidrogênio atômico e oxigênio. Este último reage prontamente com as superfícies. E é precisamente aí que reside o grande potencial, explica o físico Grosse:"O oxigênio liberado pode potencialmente reoxidar as superfícies catalíticas nas células eletroquímicas para que sejam regeneradas e, mais uma vez, desenvolvam totalmente sua atividade catalítica."