新X射线技术可测量火焰温度助力生产更清洁的生物燃料

了解生物燃料的燃烧动力学对于制造清洁，高效的生物燃料发动机具有重要意义据国外媒体报道，来自美国能源部阿贡国家实验室，耶鲁大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员改进并使用X射线技术来测量燃烧过程中产生的极热且充满烟雾的火焰的温度这项新技术可能有助于减少生物燃料发动机的排放

开发领先生物燃料的新燃烧系统并不容易，其中一个关键障碍是精确测量生物燃料燃烧时产生的火焰温度龚物理学家Alan Kastengren说:温度对火焰中化学反应的速度影响很大开发更好的燃烧模型可以让研究人员设计更好的燃烧系统，无论是内燃机还是发电系统但是，如果模型中的温度不准确，可能无法正确预测化学反应

用x射线和氪原子测量温度

测量火焰温度极其困难以前，研究人员使用激光和其他设备来评估火焰但是，火焰中的烟雾颗粒会干扰测量在很大程度上，X射线不受烟雾颗粒的影响，可以用来分析火焰

在这项研究中，研究人员使用并改进了一种叫做X射线荧光的技术首先，在空气和甲烷组成的火焰中引入少量氪气这是世界各地实验室在燃烧研究中使用的标准火焰，因为氪是一种反应性极低的元素，不会改变火焰的化学性质

接下来，在阿贡高级光子源，研究人员用高能X射线束轰击火焰作为响应，氪原子在一个被称为荧光的过程中发射出具有独特能量的X射线然后，该团队使用X射线光谱仪检测发射的X射线荧光的能量，从而得出氪原子的存在状态，并量化其在火焰中的密度然后，研究小组使用理想气体定律方程来计算火焰不同部分的温度

这个实验成功的关键是使用了APS的超亮X射线与实验室产生的射线束相比，APS和其他设施产生的X射线束具有更高的强度和更大的集中度

广泛用于

研究人员已经改进了通过甲烷火焰的X射线技术这些方法也可以用于测量其他火焰的温度，包括生物燃料燃烧产生的火焰模拟生物燃料燃烧系统火焰的模型将有助于提高精确度更强大的模型有助于发现飞机发动机，燃气轮机和其他发电系统的新操作方法，从而提高效率和减少排放

高级化学家罗伯特·特兰特说:在真正的发动机中对新燃料进行物理测试是非常昂贵的使用精确的燃烧模型，您可以筛选燃料，并帮助确定测试时间

更广泛地说，这种X射线方法有助于了解基本的燃烧状态，并支持广泛的研究领域，如开发氢燃料系统，或通过火焰制造硅纳米粒子，这些技术在医学，电池和其他领域有潜在的应用这项技术甚至有望用于燃烧研究以外的领域，支持任何需要在恶劣环境下精确测量温度的实验