Mijn jongste is 6 jaar oud; een jongetje van het nieuwe millennium. Hij is niet geïnteresseerd in sprookjes. Wat hij fascinerend vindt is natuurkunde. Vooral deeltjesfysica, al denk ik niet dat hij het verschil echt kent. Hij is geobsedeerd door de Large Hadron Collider in het CERN en kijkt naar TED-talks met Brian Cox. Er is er één in het bijzonder, die gaat over wat er mis ging in de LHC; dat is zijn favoriet. Ik denk dat het komt omdat Brian Cox aan het eind zegt dat ze proberen de bouwstenen van het heelal te ontdekken door kleine deeltjes met de snelheid van het licht te laten botsen. Dus als Leon naar een regenboog kijkt, stelt hij zich geen potten goud voor aan het eind, maar waarschijnlijker deeltjes die botsen en de bouwstenen van het heelal onthullen.

Particle tracking (in lichttermen ray tracing genoemd) is eerlijk gezegd een heel goede manier om licht en de thermische effecten ervan te simuleren. Het licht verspreidt zich, reflecteert en breekt en veroorzaakt thermische effecten op het voorwerp waarmee het in aanraking komt. Breking is een zeer belangrijke eigenschap van licht en is ook verantwoordelijk voor sommige natuurlijke optische verschijnselen, waaronder regenbogen. Dus, als er een pot met goud is aan het eind van de regenboog, dan is het zeker een hete pot!

In Simcenter STAR-CCM+ 2019.3 brengen we een nieuwe stochastische stralingsthermische energie (RTE) solver uit op basis van de Surface Photon Monte Carlo (PMC) ray tracing methode met refractie modellering. PMC is aantoonbaar de meest nauwkeurige methode voor RTE. De nieuwe (PMC) oplosser is dus zeer nauwkeurig en efficiënt, en modelleert de effecten van breking en reflectie, waardoor hij zeer geschikt is voor koplamptoepassingen. Uit vergelijkingen met het Discrete Ordinaat Model (DOM), het enige andere stralingsmodel dat refractie modelleert, blijkt dat het nieuwe PMC-model efficiënter en nauwkeuriger is in het voorspellen van refractie dan DOM (zie de vergelijkingsbeelden).

Refractie is de verandering van richting van licht dat van het ene medium in het andere overgaat of van een geleidelijke verandering in het medium. In het geval van koplampen kan dit de kunststof van de koplamp zijn of zelfs de lucht erin. Breking is belangrijk wanneer we kijken naar thermische veiligheid. Om te kunnen voorspellen waar het licht een hotspot zal creëren, moeten we weten hoe het licht gebroken wordt. Op die manier kunnen we rekening houden met de juiste thermische belasting door de LED’s of de zon. Aangezien de koplampen naast het uitwendige plastic ook meerdere stralen uitzendend materiaal hebben, wordt het licht gebroken en ontstaan er op bepaalde plaatsen hotspots, en de hitte kan de koplamp beschadigen. Waarom is dit belangrijk? Ik zal u een paar voorbeelden geven:

Voorbeeld 1: De lamp is een hotspot op de afdeklens, veroorzaakt door de optische lens, bijv. bij een Xenon-lamp. Deze hot spot is typisch heter als er refractie bestaat (echte wereld of gemodelleerd) en daarom belangrijk voor dat soort systemen.

Voorbeeld 2: Zonnelicht (bestraling) wordt gebundeld door een optische lens (b.v. Xenon-lamp, LED-lamp) en heeft het brandpunt dicht bij een oppervlak dat schade kan veroorzaken. Met het nieuwe PMC-model voor oppervlakken kunnen we deze hotspots nauwkeurig voorspellen en het ontwerp aanpassen door op de juiste plaatsen hitteschilden aan te brengen, wat leidt tot betere en duurzamere ontwerpen.

Koplampen zijn erg duur en zeer kwetsbaar. De nieuwe ontwerpen zijn ook transparant, waardoor esthetiek een heel belangrijk aspect wordt. Om de esthetiek te behouden en toch zeker te zijn van de duurzaamheid, moeten koplampfabrikanten die hotspots nauwkeurig kunnen voorspellen.

De toepassing waar we vandaag naar kijken is koplampverlichting, maar meer toepassingen zoals medische (röntgenstralen, MRI-scans en radiotherapie), halfgeleiderfabricage en defensie vereisen nauwkeurige modellering van stralingseigenschappen, waardoor de PMC zeer aantrekkelijk wordt.

Terugkomend op mijn kleine wetenschapper en de realiteit van regenbogen en breking. Het is zo leuk om zijn enthousiasme te zien! Laatst zei hij tegen me: “Als ik groot ben, word ik hoofdfysicus bij het CERN”. Ik, natuurlijk, zei: “Dat is mooi schat! Wil je de volgende Brian Cox worden?” Zijn antwoord bracht me tot tranen van het lachen en herinnerde me eraan dat hij nog maar een kleine jongen is. Hij zei: “Nee mammie, ik hou liever mijn eigen naam”!!!

“Voor de kleine wetenschappers van de toekomst”