14:10 2024-04-09 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Noua metodă realizează imagistica 4D a fluidelor din pori

_ Metodă nouă realizează imagistica 4D a fluidelor din pori

O metodă bazată pe CT (tomografie computerizată) — un tip de imagistică care este utilizat pe scară largă în spitale — poate ajuta la îmbunătățirea înțelegerii noastre despre stocarea CO2, bateriile și procesele din organism, cum ar fi absorbția de nutrienți.

Cum curg fluidele în materiale precum piatra, pământul și oasele? Porii pot fi mici și îngusti, iar fluidele se pot mișca rapid, adesea în mici salturi care se termină în câteva milisecunde. Până acum, nu a fost posibil să se realizeze videoclipuri 3D cu încetinitorul.

Cercetătorii au dezvoltat acum o metodă bazată pe CT (tomografie computerizată) — un tip de imagistică care este utilizat pe scară largă în spitale. Acest lucru poate ajuta la îmbunătățirea înțelegerii noastre despre stocarea CO2, bateriile și procesele din organism, cum ar fi absorbția de nutrienți. Studiul este publicat în revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Lichidele din materialele poroase sunt peste tot, atât în ​​natură, cât și în industrie. În geoștiința și știința mediului, înțelegerea modului în care fluidele se mișcă prin rocă este importantă pentru alimentarea cu apă dulce și controlul poluării. Stocarea CO2 în fostele rezervoare de petrol și gaze din Marea Nordului este o tehnologie promițătoare care poate reduce emisiile de gaze cu efect de seră, dar o provocare atunci când se injectează CO2 în roca de bază este că apa sărată care se află deja acolo trebuie să fie înlocuită.

Materialele poroase absorb de obicei fluidele. Fluidele umectoare se răspândesc uniform pe materiale, în timp ce fluidele care nu se umezesc formează picături în contact minim cu mediul înconjurător. Drenajul implică un fluid neumeziv, de obicei aer, care înlocuiește un fluid de umectare.

Drenajul în piatra poroasă este complicat, iar fluidele nu curg uniform la micronivel, ci în potriviri și porniri, similar cu un proces de „gâlgâit”. Presiunea se acumulează înainte ca porii să umple brusc așa-numitele salturi Haines.

Aceste salturi afectează capacitatea materialelor de a transporta fluide. Prin urmare, acest lucru este important și în ceea ce privește stocarea CO2 și catalizatorii. Software-ul de calculator a fost conceput pentru a modela salturile Haines, dar trebuie calibrat cu măsurători. Salturile Haines nu au fost încă fotografiate în 3D cu o rezoluție suficient de bună pentru a putea fi studiate în detaliu. Acest lucru se datorează faptului că ele au loc în interiorul materialelor, pe distanțe foarte scurte (nanometri până la milimetri) și pe perioade foarte scurte de timp (milisecunde).

Kim Robert Tekseth este doctorand la NTNU. El studiază modul în care microscopia cu raze X poate fi folosită pentru a studia fluidele din materiale poroase. Oamenii de știință din întreaga lume au concurat pentru a realiza un videoclip 3D cu încetinitorul fluidelor din piatră. „Recordul mondial” anterior a fost de aproximativ o secundă pe pas de timp. O echipă de cercetare a doborât acest record. Acum pot efectua aceste măsurători de aproximativ 1.000 de ori mai rapid. La 0,5 milisecunde pe pas, fluxul de fluid poate fi studiat în detaliu în 3D.

Regândind întregul proces

Folosind CT obișnuit, proba trebuie rotită la 180° pentru a crea fiecare 3D- imagine. Acest lucru limitează rata de imagistică, ceea ce înseamnă că au trebuit să regândească întregul proces. Soluția a fost de a face curgerea prin materialul poros repetabilă. Cercetătorii au făcut o mică probă de sticlă sinterizată. Apa și aerul pot fi conduse în mod repetat înainte și înapoi în interiorul sticlei, în timp ce sute de mii de raze X sunt luate din unghiuri diferite. Metoda poate fi ilustrată comparând-o cu săritura în înălțime din atletism.

Imaginați-vă că veți realiza un film 3D al unui salt profesional în înălțime. Mai multe camere pot fi utilizate în același timp din unghiuri diferite (dar acest lucru este dificil de realizat cu raze X). Cheia este că fiecare săritură continuă cu o tehnică aproape identică de fiecare dată. Acest lucru vă permite să înregistrați o serie de sărituri din unghiuri diferite, iar aceste înregistrări pot fi apoi compilate într-un singur film 3D. Aceasta se mai numește și 4D-CT (3D + timp). Colaborarea cu instalația de raze X ESRF (sincrotron) din Franța a jucat un rol crucial.

Acest lucru le-a permis să măsoare că frontul lichid se mișcă în timpul salturilor cu până la 200 mm/s, ceea ce este foarte mult. mai mare decât debitul mediu. Ei au văzut, de asemenea, că atunci când un por s-a umplut brusc în timpul unui salt, nivelul fluidului a fost afectat simultan în toți ceilalți pori ai probei. Cercetătorii spun că acest studiu este prima dată când acest lucru a fost observat direct în 3D.

Cercetătorii spun că, în viitor, vor putea folosi metoda lor și în alte procese rapide 3D. Pe lângă studiile de bază ale fluidelor, ei vor studia cataliza și bateriile. De asemenea, au folosit inteligența artificială pentru a analiza măsurătorile mai rapid și mai bine.

(Fluierul)

Inapoi