Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

PoreFlow: Visualizing multiphase flow in porous media with neutron imaging

Alternativ tittel: PoreFlow: hvordan bruke nøytroner til å se flerfase væskestrømning?

Tildelt: kr 5,4 mill.

Å forstå væskestrømning i porøse medier er avgjørende for å løse en rekke presserende samfunnsutfordringer, deriblant ferskvannsforsyning og forurensning av grunnen, men også for eksempel opptak av medisin i levende vev. De senere årene har det vært stor framgang i forståelsen av porøse medier, både innen teori og med eksperimenter. Røntgen-CT, som er allment kjent fra sykehus, kan brukes til å gjøre 3D mikroskopi av hvordan porøse materialer ser ut inni, med detaljer mindre enn en tusendels millimeter. Likevel er det av tekniske årsaker vanskelig å «se» væsker inni porene, for ikke å nevne hvordan væskene eventuelt flyter rundt. Nøytroner er nøytrale partikler som finnes i atomkjerner, og de kan brukes som et alternativ til røntgenstråler for å se inni materialer. Nøytroner har den fordelen framfor røntgen at de er mer sensitive til mange vanlige væsker som vann. I PoreFlow-prosjektet, som er en integrert del av Senter for Fremragende Forskning PoreLab, ønsker vi å bruke nøytroner til å studere væsker som beveger seg inni porøse materialer. Denne forskningen er viktig for å forstå væsketransport i jord, porøs berggrunn og levende vev ? alle tema av høy relevans i den pågående klimakrisen. Et framragende team med eksperter innen fysikk, geofysikk og livsvitenskap har gått sammen om dette prosjektet, med fem norske professorer fra NTNU, UiO og USN. Kompetansen fra PoreFlow blir også viktig for den kommende European Spallation Source (ESS), som er under oppbygging i Lund i Sverige.

Understanding liquid flow in porous materials is key to resolving a range of pressing societal challenges, including fresh water supply and contamination in soil and rocks, as well as drug administration in living tissue and biomedical devices. During the last few years, tremendous progress in the physics of porous media has been made both theoretically and experimentally. X-ray computed tomography (CT) now allows 3D microscopic imaging of the interior of opaque porous materials, with resolution often better than 100 nm. Still, owing to the weak interactions between X-rays and light elements, it remains difficult to obtain information about liquids inside the pores, not to mention their dynamics. In the PoreFlow project, as part of CoE PoreLab, we aim to exploit the inherently higher sensitivity to light elements offered by neutrons to quantitatively monitor liquid dynamics in porous materials in 3D and real time. A top international team with complementary know-how in the fields of physics, neutron imaging, geophysics and life sciences has been assembled, including five Norwegian professors from NTNU, UiO and USN. Starting out with idealized test systems based on microfluidics combined with inert bead packs, the project aims to ultimately image liquid transport in soil, porous rocks and tissue. An important ambition is to challenge existing theories on two-phase flow, including recently published works describing fluctuations in the steady state. PoreFlow is of high relevance to the upcoming European Spallation Source (ESS), and an expressed aim of the project is to prepare Norwegian user communities within the physics, geo- and lifesciences, including relevant industries, for the upcoming new possibilities offered by ESS. In summary, the project aims to contribute to the understanding of multiphase flow in porous media through innovative use of neutron computed tomography - a topic with profound scientific and societal consequences.

Aktivitet:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale