Лазер против взрыва
Группа учёных Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН разрабатывает лазерное устройство, которое позволит детектировать пары взрывчатых веществ с десятков метров.
Все взрывчатые вещества содержат много атомов азота. Обнаружить их можно, облучая подозрительный объект пучком нейтронов. Но, к примеру, в большом потоке людей вычислить тот самый объект, на который необходимо направить устройство детектирования паров взрывчатки, непросто. Требуются другие технологии, позволяющие направить в произвольное пространство пучок лазерного света, и по его рассеянному в обратном направлении излучению обнаружить паровые составляющие взрывчатых веществ в конкретном месте – например, непосредственно над багажом или над человеком. Причём, показать не только присутствие этих облаков, но и их количественное содержание, а значит, сразу оценить масштаб угрозы. В России такую технологию разрабатывает команда учёных Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН. Исследователи завершают создание макетного образца устройства, детектирующего самое распространённое взрывчатое вещество – тринитротолуол – с 50 метров.
«Это довольно-таки большое расстояние, которое обеспечивает безопасность как человеку, который обслуживает устройство обнаружения, так и самому этому инструменту. Преимущество технологии как раз в том, что с её помощью можно зондировать наличие опасных веществ дистанционно», – комментирует директор института, руководитель проекта Геннадий Матвиенко.
Само устройство представляет собой лидар, или лазерный локатор, довольно объёмных размеров – примерно 1,5 кубических метра. В нём совмещены лазерный источник, отправляющий импульсы в район исследуемого пространства, и приёмная система, собирающая и обрабатывающая отражённый сигнал от газовых примесей. По амплитуде сигналов в специфических участках оптического спектра, поступающих с разной дальности от лидара, вычисляются координаты примесей, которые находятся в атмосфере.
«Больше всего нюансов с регистрацией сигналов, – отмечает Геннадий Матвиенко. – Мы используем излучение не только в видимом, но и в инфракрасном, и в ультрафиолетовом диапазонах, где идёт очень сильная фоновая засветка от Солнца. Чтобы успешно детектировать сигналы на больших площадях, надо как-то устранять эту фоновую освещенность. Для этого мы используем различные фильтры. А когда их не хватает, сами разрабатываем монохроматоры – некое соединение дифракционных решёток, обеспечивающее выделение действительно узкой области спектра и соответственно существенное уменьшение солнечной засветки».
Сейчас учёные собирают отдельные детали в единый макет, который примерно через год должен перевоплотиться в образец для промышленного производства – с полной конструкторской проработкой и внешней эстетикой.
Заметим, что в основе разработки лежат довольно известные теории, описывающие возможность создания лазерной техники, на расстоянии фиксирующей пары взрывчатых веществ. Но, как заверяют отечественные разработчики, в конкретные приборы они пока не воплощены ни в мире, ни в России.
«Мы очень тщательно подбирали длину волны, которая попадает в резонанс со спектром окиси азота, и благодаря этому получили самые лучшие результаты по дальности обнаружения. Есть статьи, в которых говорится о расстоянии в полметра, в полтора метра, но 50-ти метров пока никто не достиг», – поясняет Геннадий Матвиенко.
В рамках этого же проекта, и на основе близких технологий, должен быть сделан ещё ряд приборов, регистрирующих вредные выбросы на предприятиях, а также проявления чрезвычайных природных явлений.
«В этих задачах своя специфика, – рассказывает руководитель проекта. – Например, утечки хлора не обнаружить с помощью средств, направленных на регистрацию паров взрывчатых веществ. Для этого нужен особый лидар. Больше общего у примесей аэрозольного характера, порождаемых вулканами, лесными пожарами, песчаными бурями и даже пожарами на предприятиях. Для их регистрации можно создать универсальный лазерный локатор с разными длинами волн, регистрирующий взвешенные частицы в концентрации полмикрограмма на кубический метр. Например, костёр в лесу он может обнаружить с расстояния 10 км, а пожар – с 30 км, вулканический пепел – на высотах до 30 км. Приборы для регистрации атмосферных проявлений нами уже сделаны, они работают в атмосфере. Но по ним остались некоторые научные задачи. В частности, по идентификации именно того вещества, которое в данный момент находится в атмосфере, или распределению по размерам частиц с учётом массовой концентрации. Также продолжаем работать над удешевлением устройств, потому что твердотельные лазеры, используемые в лидаре, пока всё же дорогие».
Проект «Создание технологий лазерного дистанционного зондирования атмосферных проявлений чрезвычайных ситуаций природного (вулканы, лесные пожары, песчаные бури и т.д.) и техногенного (взрывчатые вещества, аварийные выбросы промышленных предприятий и т.д.) характера» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014–2020 годы».
Автор: Быкова Наталья
Комментарии читателей Оставить комментарий