Jet supersonico

En un jet supersónico se sobreenfría un gas rápidamente mediante una expansión adiabática a través de un pequeño orificio o tobera desde una zona de alta presión a otra zona de baja presión o alto vacío evitando que las moléculas condensen.

Las principales ventajas de estos sistemas son que producen muestras en estado gaseoso y a temperaturas muy bajas, del orden de pocos grados kelvin.

Uno de los factores que definen el flujo es el número de Mach que se define como la relación entre la velocidad del flujo y la velocidad local del sonido. En un gas ideal, la velocidad del sonido depende de la temperatura, y en estos sistemas en los que la temperatura es muy baja, la velocidad del sonido es baja y se pueden alcanzar números de Mach muy altos.

Si el número de Mach es igual o superior a 1 el flujo se denomina supersónico y por esta razón estos sistemas experimentales se denominan jet supersónicos, y no porque la velocidad sea muy alta.

En la expansión de un gas desde una zona de alta presión a una zona de alto vacío a través de una tobera el jet presenta la forma que se muestra en el siguiente esquema.

Las moléculas en el límite de la expansión chocan con las pocas moléculas presentes en la cámara de vacío formando las ondas de compresión, la barrera de choque en los laterales y el disco de Mach en el frente que protegen a las moléculas en el interior de la expansión de las interacciones con las moléculas de la cámara y por tanto, se pueden considerar como moléculas que se expanden en un vacío infinito. De esta manera, se forma la denominada zona de silencio en la que se alcanzan números de Mach muy altos y temperaturas muy bajas (del orden de pocos grados kelvin).