Сейчас повсеместно ― в промышленности и быту ― используются нефть и продукты нефтепереработки (например, бензин, битум, керосин). Кроме того, при переработке природного газа и сырой нефти в атмосферу могут выбрасываться опасные газы ― углекислый и метан. Чтобы контролировать безопасность на промышленных объектах, используют специальное газоаналитическое оборудование. “Сердце” таких устройств ― детектор, который представляет собой халькогенидную пленку (селенид свинца), именно он и определяет утечку. Обычно на производстве такие пленки подвергают термообработке, то есть вручную обжигают на печах открытого типа, температура которых может достигать 600 градусов. Этот метод не всегда безопасный, к тому же есть риск повредить детектор.
Ученые
ИТМО разработали метод повышения фоточувствительности детектора газоанализатора для автоматического контроля утечек на производстве. В основе разработки ― технология лазерной модификации халькогенидных пленок. Ученые воздействовали различными длинами волн лазерного излучения на поверхность чувствительной пленки, чтобы модифицировать ее оптические и электрические характеристики.
«Мы воздействовали лазерным излучением (405 нм и 1064 нм) на чувствительный элемент детектора. Разрабатываемый лабораторный газоанализатор основан на оптическом принципе детектирования. Инфракрасное излучение от источника, в диапазоне от 3 до 5 мкм, проходит открытое пространство, заполненное газом, молекулы которого имеют пики поглощения в данном диапазоне. Определенные спектральные линии, соответствующие пикам поглощения детектируемого газа, затухают, соответственно, меньшее количество излучения доходит до пленки, характеристики меняются. Такую зависимость можно фиксировать в режиме реального времени, что и делает газоанализатор. На практике это означает, что, как только изменятся данные, система сразу отреагирует и оповестит об утечке, следовательно, нужно срочно бежать к прорыву нефтепровода или газовой трубы», ― объясняет Анастасия Ольхова, руководитель проекта, младший научный сотрудник Института лазерных технологий ИТМО.
Анастасия Ольхова. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS
Технология лазерной модификации автоматизирована, то есть достаточно задать нужные параметры для модификации пленок детектора, чтобы получать повторяемые характеристики на выходе. К тому же предложенный учеными метод не требует дорогого оборудования, поэтому в перспективе его можно будет внедрить на реальные промышленные объекты.
«Наш метод позволит упростить мониторинг вредных выбросов в атмосферу и контролировать безопасность на предприятиях, в научных лабораториях, где имеют дело с опасными газами ― углекислым и метаном. Это особенно важно в нефтегазовой промышленности и на местах добычи полезных ископаемых, например, угольных шахтах», ― добавляет Анастасия.
В планах исследователей ― доработать технологию, чтобы она выдавала постоянные характеристики пленок, и определить минимальную концентрацию газа для выявления утечек.
Проект ведется в рамках гранта ФСИ (Фонда содействия инновациям) «УМНИК-фотоника», а также
двух грантов РНФ, другой индустриальный партнер научной группы ИТМО ― компания «Оптосенс» подготовила опытные образцы для исследований.
