研究爆炸的全新方法：扫描ECQCL

2019-09-05 09:10

爆炸是一个复杂的过程，涉及温度、压力以及化学浓缩的快速变化。在应用物理学杂志（Journal of Applied Physics）上发表的一篇论文中，科学家通过一种称为扫频波长外腔量子级联激光器（扫描ECQCL）的特殊类型红外激光器，对爆炸展开了研究。这种多功能仪器具有光泛的波长调谐范围，可以测量爆炸性火球中的多种化学物质，甚至是大分子。

对爆炸的剧烈变化进行检测和监控的能力，可帮助科学家们进一步了解爆炸过程乃至实现对该过程的控制。通过放置在爆炸火球内的坚固温度或压力探头进行的测量可提供爆炸期间具体的物理数据，但无法测量爆炸期间可能产生的化学变化。虽然可以对爆炸的最终产品进行抽样，但只有在爆炸结束后才能进行。

在此项研究工作中，可以通过监控火球中的分子与光，特别是红外光进行互动，从而对其进行检测。这种测量方式很快，而且也很安全。由于爆发的火球很汹涌，而且还富含强吸收物质，因此需要使用激光器。

研究人员通过在实验室内打造的新仪器，相比以前使用的红外激光，对爆炸事件测量的速度更快、分辨率更高、持续时间更长。

该论文的共同作者Mark Phillips表示：“通过使用扫描ECQCL，将高分辨率可调谐激光光谱学的最佳特性与FTIR等宽带方法相结合，实现了新的测量方法。”

他们对四种类型的高能炸药进行了研究，所有这些炸药都放置在一个专门设计的腔室以容纳爆炸火球。来自扫描ECQCL的激光束被引导到该腔室，同时快速改变激光的波长。在每次爆炸过程中记录通过火球传播的激光，以测量红外光被火球中的分子吸收的方式的变化。

爆炸产生的物质包括二氧化碳、一氧化碳、水蒸气和一氧化二氮等。这些物质统统都可以通过各自吸收红外光的特征方式来进行检测。对结果的详细分析，为研究人员提供了有关这些物质在整个爆炸事件中的温度和浓度等信息。此外，还能够测量爆炸产生的微小固体颗粒（烟尘）对红外光的吸收等信息。

扫描ECQCL测量方法，为研究可能具有其他用途的爆炸法提供了一种新方法。在未来的研究中，研究人员希望将测量范围扩展到更多波长、更快的扫描速率以及更高的分辨率。