수소 연구를 촉진하기 위해 설계된 새로운 레이저 기반 기기 진보는 더 환경 친화적 인 로켓 연료로 이어질 수 있습니다

[아름이]

수소 연구를 촉진하기 위해 설계된 새로운 레이저 기반 기기
진보는 더 환경 친화적 인 로켓 연료로 이어질 수 있습니다
날짜:
2022년 9월 13일
원천:
광학
요약:
연구원들은 수소의 정확한 온도 및 농도 측정을 위해 초고속 레이저를 사용하는 분석 기기를 개발했습니다. 연구원들은 짧은(펨토초) 펄스를 가진 레이저의 광대역 광을 광범위한 파장을 포함하는 극도로 짧은 초연속체 펄스로 변환하는 설정으로 인해 가능해진 새로운 간섭성 라만 분광 장비를 설명합니다. 그들의 새로운 접근 방식은 우주선과 비행기에 사용하기 위한 보다 친환경적인 수소 기반 연료 연구를 발전시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구원들은 수소의 정확한 온도 및 농도 측정을 위해 초고속 레이저를 사용하는 분석 기기를 개발했습니다. 그들의 새로운 접근 방식은 우주선과 비행기에 사용하기 위한 보다 친환경적인 수소 기반 연료 연구를 발전시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

"이 기기는 확산, 혼합, 에너지 전달 및 화학 반응과 같은 동적 프로세스를 조사하는 강력한 기능을 제공할 것입니다."라고 스웨덴 Luleå 공과 대학의 연구팀 리더인 Alexis Bohlin이 말했습니다. "이러한 프로세스를 이해하는 것은 보다 환경 친화적인 추진 엔진을 개발하는 데 기본이 됩니다."

Optica Publishing Group 저널 Optics Express 에서 네덜란드의 Delft University of Technology와 Vrije Universiteit Amsterdam의 Bohlin과 동료들은 수소 연구를 위한 새로운 코히어런트 라만 분광 장비에 대해 설명합니다. 짧은(펨토초) 펄스를 가진 레이저의 광대역 광을 광범위한 파장을 포함하는 극도로 짧은 초연속체 펄스로 변환하는 설정 덕분에 가능했습니다.

연구원들은 이 초연속체 생성이 수소 기반 엔진을 연구하는 데 사용되는 고압 챔버에서 발견되는 동일한 유형의 두꺼운 광학 창 뒤에서 수행될 수 있음을 입증했습니다. 이러한 유형의 광학 창이 있는 경우 초광대역 여기를 생성하는 다른 방법이 작동하지 않기 때문에 이것은 중요합니다.

Bohlin은 "재생 가능한 자원으로 만든 수소가 풍부한 연료는 배출량을 줄이는 데 큰 영향을 미치고 인위적인 기후 변화를 완화하는 데 크게 기여할 수 있습니다."라고 말했습니다. "우리의 새로운 방법은 로켓 및 항공 우주 엔진의 조건과 매우 유사한 조건에서 이러한 연료를 연구하는 데 사용할 수 있습니다."

빛을 받아

재생 가능한 수소가 풍부한 연료로 작동하는 항공우주 엔진 개발에 많은 관심이 있습니다. 지속 가능성에 대한 매력 외에도 이러한 연료는 달성 가능한 가장 높은 특정 충동, 즉 엔진의 화학 반응이 추진력을 얼마나 효율적으로 생성하는지에 대한 척도를 가지고 있습니다. 그러나 수소 기반 화학 추진 시스템을 안정적으로 만드는 것은 매우 어려운 일이었습니다. 이는 수소가 풍부한 연료의 증가된 반응성이 연료 혼합물 연소 특성을 실질적으로 변화시켜 화염 온도를 증가시키고 점화 지연 시간을 감소시키기 때문입니다. 또한 로켓 엔진의 연소는 우주로 여행할 때 접하게 되는 극도로 높은 압력과 높은 온도 때문에 일반적으로 제어하기가 매우 어렵습니다.

Bohlin은 "지속 가능한 발사 및 항공 우주 추진 시스템을 위한 기술의 발전은 실험과 모델링 간의 일관된 상호 작용에 의존합니다."라고 말했습니다. "그러나 모델 검증을 위한 신뢰할 수 있는 정량적 데이터를 생성하는 측면에서 몇 가지 문제가 여전히 존재합니다."

장애물 중 하나는 실험이 일반적으로 광학 창을 통해 안팎으로 제한된 광학 신호 전송이 있는 밀폐된 공간에서 실행된다는 것입니다. 이 창은 간섭성 라만 분광법에 필요한 초연속체 펄스가 유리를 통과할 때 늘어나게 할 수 있습니다. 이 문제를 극복하기 위해 연구원들은 두꺼운 광학 창을 통해 펨토초 펄스 레이저를 전송하는 방법을 개발한 다음 레이저 유도 필라멘트화라는 프로세스를 사용하여 다른 쪽에서 일관성을 유지하는 초연속 펄스로 변환했습니다.

수소 불꽃 연구

새로운 기기를 시연하기 위해 연구원들은 초연속체 생성에 이상적인 특성을 가진 펨토초 레이저 빔을 설정했습니다. 그런 다음 그들은 수소 분자를 여기시키고 회전 전이를 측정하여 일관된 라만 분광법을 수행하는 데 사용했습니다. 그들은 광범위한 온도와 농도에서 수소 가스의 강력한 측정을 입증할 수 있었고 또한 수소가 풍부한 연료가 연소될 때 볼 수 있는 것과 유사한 수소/공기 확산 화염을 분석했습니다.

연구원들은 현재 연소 과정에 대한 새로운 발견을 하기 위해 난류 수소 화염에서 상세한 분석을 수행하기 위해 장비를 사용하고 있습니다. 로켓 엔진의 연구 및 테스트 방법을 채택하는 것을 목표로 과학자들은 기술의 한계를 탐구하고 있으며 밀폐된 약간 압력이 가해진 하우징에서 수소 화염으로 테스트하려고 합니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/