Článek najdete zde.
Pokročilými metodami neutronového zobrazování bylo možné vizualizovat fundamentální fyzikálně-chemické procesy probíhající při rozpouštění plynů v kapalinách v neprůhledných nádobách při průmyslově relevantních podmínkách.
Korespondenčními autory článku jsou doc. Ondřej Vopička, Ph.D., z Ústavu fyzikální chemie VŠCHT, a doc. Pavel Trtík, Ph.D., z Laboratory for Neutron Scattering and Imaging, Paul Scherrer Institut (PSI), Švýcarsko. Článek je vysoce hodnocen jak na VŠCHT, tak na PSI.
Kurzy U3V, vedené doc. Karlem Trtíkem, poskytují svým frekventantům kromě přednášek široké škály pedagogů z ČVUT také přednášky odborníků z jiných institucí, včetně odborníků zahraničních. Kurzy navštěvuje velmi různorodá škála lidí, kteří se celý život věnovali technickým i netechnickým oborům. Posluchač kurzu U3V, pan Ing. Vladimír Hynek, CSc., si na základě přednášky o pokrocích v oblasti neutronového zobrazování na PSI uvědomil, že by tyto metody mohly umožnit zobrazování fyzikálních dějů probíhajících za vysokých tlaků. Následně podnítil řadu diskusí s budoucími hlavní autory článku, při nichž došlo k formulování úlohy a metodiky, která vedla k výsledkům publikovaným v předmětném článku.
Článek je důkazem toho, že prostředí, které při aktivitách U3V vzniká, je vysoce tvůrčí, rozvíjející celoživotní vzdělávání klíčové pro současnou dobu rychlých změn, a podporující reálnou mezioborovou a mezigenerační spolupráci.
Překlad názvu článku a abstraktu:
Neutronové zobrazování povrchových jevů, bobtnání kapalin a difuze při absorpci metanu v etanolu a n-dekanu za vysokých tlaků
Neutronové zobrazování umožnilo měření časově-rozlišených koncentračních profilů, bobtnání kapalin a povrchových jevů při absorpci metanu (CH4) v nemíchaných kapalinách, etanolu (C2D6O) a n-dekanu (n-C10D22), při zachování velkého prostorového rozlišení (velikost pixelu 21.07 μm). Absorpce superkritického metanu byla měřena při dvou teplotách a tlacích, 7.0, 37.8 °C, a 80, 120 bar. Druhý Fickův zákon pro difuzi v souřadnicích vztažených vůči kapalině poskytl adekvátní popis koncentračních profilů a změn výšky hladiny za použití jednoduchých analytických výrazů. Pro obě studované kapaliny byla nalezena anomálně pomalá difuze na počátku experimentu, zpomalující děj měl časovou konstantu 130 – 275 s. Experimenty byly provedeny v axiálně-symetrických celách, což umožnilo tomografickou rekonstrukci řezů menisků. To dále umožnilo výpočet povrchového napětí a kontaktního úhlu za použití obecné Laplace-Youngovy rovnice. Metody neutronového zobrazování poprvé umožnily současnou vizualizaci přechodových a povrchových dějů při absorpci metanu v kapalinách. Současně byly na základě každého experimentu v každé měřicí cele vyhodnoceny charakteristiky difuze, rovnovážného rozpouštění a povrchových dějů při absorpci metanu v etanolu, inhibitoru tvorby hydrátu metanu, a n-dekanu, modelovém konstituentu ropy, při průmyslově relevantních podmínkách.
Název článku a abstrakt:
One-pot neutron imaging of surface phenomena, swelling and diffusion during methane absorption in ethanol and n-decane under high pressure
We report a powerful method for capturing the time-resolved concentration profiles, liquid swelling and surface phenomena during the absorption of methane (CH4) in still liquid ethanol (C2D6O) and n-decane (n-C10D22) and at high spatial resolution (pixel size 21.07 μm) using neutron imaging. Absorption of supercritical methane was followed at two temperatures and two pressures of methane, namely 7.0, 37.8 °C and 80, 120 bar. Fick’s second law, which was used in the liquid-fixed coordinates, enabled for an adequate parameterization of the observed concentration profiles and liquid levels using simple analytical expressions. For both studied liquids, anomalously slow diffusion was observed in the initial stage of the absorption experiment. This was ascribed to the slow formation of the surface excess on the interface, time constant ranged 130–275 s. The axial symmetry of the cell allowed for the tomographic reconstructions of the profiles of the menisci. Based on these profiles, contact angle and surface tension were evaluated using the Young-Laplace equation. Overall, neutron imaging made it possible to capture time- and space-resolved information from which the methane concentration, liquid level and meniscus shape under high-pressure conditions inside a cylindrical titanium vessel were quantitatively derived. Multiple characteristics of ethanol, a methane hydrate inhibitor, and n-decane, a model constituent of crude oil, were thus measured for the first time under industrially relevant conditions in a one-pot experiment.
Foto: Ing. Jan Crha na fotoaparát Miroslava Mázla