Que se passe-t-il lors d’une explosion ? Où vont les produits de cette explosion après l’explosion ? Ces questions sont souvent difficiles à résoudre. Nouveau particules de traceur robustesdéveloppé par les chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), peut apporter des éléments de réponse.
Au-delà des explosifs, de nombreuses industries peuvent être intéressées par le suivi des particules dans des environnements difficiles, qui incluent souvent des pressions élevées, des températures élevées et différents produits chimiques.
« Il existe de nombreux traceurs chimiques », a déclaré Lance Hubbard, scientifique des matériaux soutenant la recherche sur la sécurité nationale du PNNL. « Le défi est d’en développer un qui puisse survivre dans des environnements difficiles. Il a fallu quelques années pour convaincre quiconque que nous pouvions le faire. »
Hubbard et son équipe, ainsi que d’autres chercheurs du PNNL, April Carman et Michael Foxe, ont créé un traceur qui pouvait non seulement survivre, mais prospérer dans des conditions extrêmes. Leurs travaux ont été publiés dans Communications MRS.
Points quantiques et verre imbibé d’eau
Les matériaux organiques, tels que les colorants fluorescents, sont couramment utilisés comme traceurs pour les fuites d’eau et les cellules de suivi dans les expériences biologiques. Bien qu’ils fonctionnent très bien dans ces conditions, ils ne sont pas si bons pour tracer des matériaux dans les explosions. Leur problème ?
« Ils brûlent », a déclaré Hubbard.
Au lieu de cela, Hubbard et son équipe se sont concentrés sur les matériaux inorganiques pour développer leurs traceurs robustes, en particulier les points quantiques. Bien qu’ils se soient bien mieux comportés que les matériaux organiques dans des conditions difficiles, l’équipe de recherche devait encore protéger les points quantiques des conditions extrêmes d’une explosion chimique.
« Trouver un moyen de protéger le traceur tout en maintenant son intensité luminescente s’est avéré difficile », a déclaré Carman.
La luminosité ou l’intensité luminescente du traceur peut être fortement affectée par l’environnement local. Certaines méthodes de protection peuvent diminuer la luminosité, rendant le traceur plus difficile à détecter. L’équipe s’est concentrée sur l’utilisation de silice hydratée – « essentiellement du verre imbibé d’eau » comme le dit Hubbard – pour protéger les points quantiques et maintenir leur luminosité.
Bien que les méthodes de revêtement de silice précédentes aient considérablement réduit la luminescence des traceurs, les traceurs revêtus conçus par l’équipe du PNNL étaient presque aussi brillants que les points quantiques d’origine. D’autres tests ont montré que les particules pouvaient survivre pendant de longues périodes dans une gamme de conditions de pH.
« Nous savions que nous avions créé quelque chose de spécial lorsque nous avons vu nos résultats », a déclaré Hubbard.
Rendre les traceurs accordables et productibles en masse
Spécial est une chose, mais utilisable à l’échelle commerciale en est une autre. Heureusement pour l’équipe du PNNL, leur méthode de synthèse a été conçue dès le départ pour être complètement évolutive afin de produire des quantités massives, allant de kilogrammes à des tonnes potentielles par jour.
Non seulement ils peuvent fabriquer de grandes quantités de traceur, mais ils peuvent également les personnaliser. « Nous pouvons ajuster à la fois la taille et la couleur du traceur à n’importe quelle spécificité », a déclaré Foxe. « Le traceur peut être affiné pour créer une imitation de la masse ou du matériau qui est suivi. Nous pouvons également utiliser une variété de tailles avec différentes couleurs pour visualiser comment une explosion affecte des particules de différentes tailles. »
Les traceurs sont suffisamment robustes pour être déployés dans des environnements difficiles afin de suivre la masse et d’améliorer la compréhension des scientifiques du devenir et du transport dans l’environnement. Ils peuvent fonctionner dans des conditions trop sévères pour les traceurs traditionnels, comme dans les raffineries de pétrole et de gaz ou les centrales géothermiques. Avec des paramètres réglables et un système facile à utiliser, ces traceurs ont de nombreuses applications potentielles pour suivre le devenir et le transport des matériaux dans des environnements difficiles.
La persévérance paie
La recherche est maintenant passée d’un petit investissement initial de l’Administration nationale de la sécurité nucléaire (NNSA), du programme de recherche et de développement sur la non-prolifération nucléaire de la défense, à plusieurs projets connexes.
« Nous sommes heureux d’avoir pu poursuivre ce projet malgré le scepticisme initial », a déclaré Carman. « Nous sommes également ravis de voir où cela nous mènera ensuite. »
Plus d’information:
Lance Hubbard et al, Microagglomérats de silice luminescents, synthèse et essais environnementaux, Communications MRS (2022). DOI : 10.1557/s43579-022-00150-3