Metoda zasnovana na CT (kompjuterskoj tomografiji)—vrsta snimanja koja se široko koristi u bolnicama—može pomoći da poboljšamo naše razumevanje skladištenja CO2, baterija i procesa u telu kao što je unos hranljivih materija.
Kako tečnosti teku u materijalima kao što su kamen, zemlja i kosti? Pore mogu biti male i uske, a tečnosti se mogu brzo kretati, često malim skokovima koji se završavaju u roku od milisekundi. Ranije nije bilo moguće napraviti 3D usporene video zapise o ovome.
Istraživači su sada razvili metodu zasnovanu na CT (kompjuterskoj tomografiji) — vrsti snimanja koja se široko koristi u bolnicama. Ovo može pomoći da poboljšamo naše razumevanje skladištenja CO 2, baterija i procesa u telu kao što je unos hranljivih materija. Studija je objavljena u časopisu Zbornik radova Nacionalne akademije nauka.
Tečnosti u poroznim materijalima su svuda, kako u prirodi, tako iu industriji. U geonauci i nauci o životnoj sredini, razumevanje kako se tečnosti kreću kroz stene je važno za snabdevanje slatkom vodom i kontrolu zagađenja. Skladištenje CO 2 u bivšim rezervoarima nafte i gasa u Severnom moru je obećavajuća tehnologija koja može da smanji emisije gasova staklene bašte, ali jedan od izazova prilikom ubrizgavanja CO 2 u podlogu je da se slana voda koja se već nalazi mora da se izmesti.
Porozni materijali obično apsorbuju tečnosti. Tečnosti za vlaženje se ravnomerno šire po materijalima, dok tečnosti koje ne vlaže formiraju kapljice u minimalnom kontaktu sa okolinom. Drenaža uključuje tečnost koja ne vlaže, obično vazduh, koji istiskuje tečnost za vlaženje.
Odvodnjavanje u poroznom kamenu je komplikovano, a tečnosti ne teku ravnomerno na mikronivou, već u naletima i startovima, slično procesu ‘gurgljanja’. Pritisak se povećava pre nego što se pore iznenada popune u takozvanim Hainesovim skokovima.
Ovi skokovi utiču na sposobnost materijala da transportuju tečnosti. Stoga je ovo takođe važno u vezi sa skladištenjem CO 2 i katalizatorima. Kompjuterski softver je dizajniran za modeliranje Hainesovih skokova, ali ga treba kalibrisati merenjima. Hejnsovi skokovi još nisu snimljeni u 3D sa dovoljno dobrom rezolucijom da bi se mogli detaljno proučavati. To je zato što se odvijaju unutar materijala, na veoma kratkim udaljenostima (nanometri do milimetara) iu veoma kratkim vremenskim periodima (milisekunde).
Kim Robert Tekset je doktorant na NTNU. On proučava kako se rendgenska mikroskopija može koristiti za proučavanje tečnosti u poroznim materijalima. Naučnici širom sveta se takmiče da naprave usporeni 3D video tečnosti u kamenu. Prethodni „svetski rekord“ bio je otprilike jedna sekunda po vremenskom koraku. Istraživački tim je oborio ovaj rekord. Sada mogu da izvrše ova merenja oko 1.000 puta brže. Sa 0,5 milisekundi po koraku, protok tečnosti se može detaljno proučavati u 3D.
Preispitivanje čitavog procesa
Koristeći običan CT, uzorak se mora zarotirati za 180° da bi se kreirala svaka 3D-slika. Ovo ograničava brzinu snimanja, što znači da su morali da preispitaju ceo proces. Rešenje je bilo da se protok kroz porozni materijal učini ponovljivim. Istraživači su napravili mali uzorak sinterovanog stakla. Voda i vazduh se mogu više puta pokretati napred-nazad unutar stakla, dok se stotine hiljada rendgenskih zraka uzimaju iz različitih uglova. Metoda se može ilustrovati upoređivanjem sa skokom uvis u atletici.
Zamislite da ćete snimiti 3D film o profesionalnom skoku u vis. Više kamera se može koristiti istovremeno iz različitih uglova (ali to je teško uraditi sa rendgenskim zracima). Ključno je da se svaki skok odvija skoro identičnom tehnikom svaki put. Ovo vam omogućava da snimite niz skokova iz različitih uglova, a ovi snimci se zatim mogu sastaviti u jedan 3D film. Ovo se takođe naziva 4D-CT (3D + vreme). Saradnja sa ESRF rendgenskim postrojenjem (sinhrotronom) u Francuskoj odigrala je presudnu ulogu.
To im je omogućilo da izmere da se front tečnosti tokom skokova pomera do 200 mm/s, što je mnogo više od prosečnog protoka. Takođe su videli da kada se pora iznenada napuni tokom skoka, nivo tečnosti je istovremeno pogođen u svim ostalim porama uzorka. Istraživači kažu da je ova studija prvi put da je ovo direktno posmatrano u 3D.
Istraživači kažu da će u budućnosti moći da koriste svoj metod i u drugim brzim 3D procesima. Pored osnovnih studija tečnosti, proučavaće katalizu i baterije. Takođe su koristili veštačku inteligenciju da brže i bolje analiziraju merenja.
