Συσκευή λέιζερ ανιχνεύει δηλητηριώδες αέριο σε μισό δευτερόλεπτο

Συσκευή λέιζερ ανιχνεύει δηλητηριώδες αέριο σε μισό δευτερόλεπτο
Στην φωτογραφία βλέπετε τη μέθοδο ανίχνευσης με τα λέιζερ

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν δημιούργησαν μία συσκευή, ώστε να μπορούν να ανιχνεύουν δηλητηριώδη και επικίνδυνα αέρια σε λιγότερο από μισό δευτερόλεπτο (ορισμένα εξ αυτών προκαλούν εκρήξεις).

Η μέθοδος με βάση το λέιζερ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως συσκευή ασφαλείας στα αεροδρόμια και την παρακολούθηση ρύπων ή τοξινών στο περιβάλλον. Τα ευρήματα των φυσικών βασίζονται σε μια μέθοδο που αναπτύχθηκε πέρσι, όμως ετούτη η παλιά μεθοδολογία ανιχνεύει τα αέρια σε περίπου τέσσερα ή πέντε λεπτά, ενώ η τρέχουσα συσκευή χρησιμοποιεί τρία λέιζερ για να μειώσει σημαντικά τον χρόνο ανίχνευσης. Η ενημερωμένη έρευνα αναμφισβήτητα αλλάζει το μέχρι τώρα τοπίο στο συγκεκριμένο τομέα.

Ο κύριος ερευνητής της μελέτης Steven Cundiff δήλωσε: «Το μεγάλο πλεονέκτημα της νέας συσκευής που δημιουργήσαμε είναι ότι μπορεί να ανιχνεύσει με πολύ πιο απλό, γρήγορο και δυναμικό τρόπο όλα κείνα τα αέρια που μέχρι σήμερα απαιτούσαν μία χρονοβόρα διαδικασία. Αυτό το στοιχείο είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για την πρακτική εφαρμογή της συσκευής. Αν παρακολουθείτε το περιβάλλον, πρέπει να το κάνετε λογικά γρήγορα, λόγω των διακυμάνσεων στο περιβάλλον. Δεν θέλετε να περιμένετε πέντε λεπτά για να διαπιστώσετε ότι υπάρχει δηλητηριώδες αέριο στην ατμόσφαιρα».

Τα αέρια έχουν ορισμένα μήκη κύματος που μπορούν να διαβαστούν χρησιμοποιώντας λέιζερ. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μέθοδο που ονομάζεται «πολυδιάστατη συνεκτική φασματοσκοπία» ή MDCS. Το MDCS χρησιμοποιεί παλμούς λέιζερ ultrashort για να διαβάσει αυτά τα μήκη κύματος, όπως τους γραμμωτούς κώδικες. Το συγκεκριμένο μήκος κύματος ενός αερίου προσδιορίζει το είδος του αερίου που είναι.

Πολλά αέρια έχουν ένα πολύ πλούσιο φάσμα σε ορισμένα μήκη κύματος ή χρώματα του φωτός – αν και τα «χρώματα» μπορεί στην ουσία να βρίσκονται στην υπέρυθρη ακτινοβολία, οπότε δεν είναι ορατό στο ανθρώπινο μάτι. Τα φάσματα βοηθούν και καθιστούν εύκολη την αναγνώριση των αερίων. Αλλά αυτό γίνεται δύσκολο όταν οι επιστήμονες προσπαθούν να προσδιορίσουν τα αέρια σε ένα μείγμα. Στο παρελθόν, οι επιστήμονες βασίζονταν στον έλεγχο των μετρήσεων τους σε έναν κατάλογο μορίων, μια διαδικασία που απαιτεί υπολογιστές υψηλών επιδόσεων και ένα σημαντικό χρονικό διάστημα.

Η προηγούμενη μεθοδολογία χρησιμοποιούσε το MDCS με μια άλλη μέθοδο που ονομάζεται φασματοσκοπία διπλής δέσμης (αγγλικά: dual-comb spectroscopy) για να μειώσει τον χρόνο ανίχνευσης στα τέσσερα ή πέντε λεπτά. Οι δέσμες συχνοτήτων είναι πηγές λέιζερ που παράγουν φάσματα που αποτελούνται από ομοιόμορφες απότομες γραμμές. Αυτές οι γραμμές χρησιμοποιούνται ως κανόνες για τη μέτρηση των φασματικών χαρακτηριστικών των ατόμων και των μορίων, προσδιορίζοντάς τα με ακρίβεια. Σε φασματοσκοπία διπλής δέσμης, τα λέιζερ στέλνουν παλμούς φωτός σε διαφορετικά μοτίβα προκειμένου να ανιχνεύσουν γρήγορα τα αποτυπώματα των αερίων.

Τώρα, ο Cundiff και η ομάδα του πρόσθεσαν ένα επιπλέον στρώμα ανίχνευσης λέιζερ για να μειώσουν το χρόνο ανίχνευσης ακόμη περισσότερο, χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που ονομάζεται φασματοσκοπία τριπλής δέσμης (tri-comb spectroscopy). Αυτή είναι και η πρώτη φορά που έχει αποδειχθεί πως η φασματοσκοπία τριπλής δέσμης δουλεύει με πλήρη αρτιότητα για τη συγκεκριμένη πτυχή του θέματος και μάλιστα πολύ δυναμικά.

Η ερευνητική ομάδα πρόσθεσε ένα τρίτο λέιζερ και τα σύζευσε μέσω ενός λογισμικού που μπορεί να προγραμματίσει τα πρότυπα των φωτεινών παλμών που εκπέμπει η συσκευή. Τα λέιζερ συγχρονίζονται μεταξύ τους με σκοπό να παράξουν συγκεκριμένους παλμούς ούτως ώστε να μπορέσουν να σκανάρουν και να αναγνωρίσουν τα αέρια.

Για να καταλάβετε πώς λειτουργεί η συσκευή: Δύο λέιζερ στέλνουν φωτεινούς παλμούς προς την ίδια κατεύθυνση, οι οποίοι συνδυάζονται στην πορεία σε μία δέσμη. Αυτή η δέσμη διέρχεται μέσω ενός ατμού αερίου και αφού η δέσμη διέλθει μέσω του ατμού, συνδυάζεται με τη δέσμη από ένα τρίτο λέιζερ. Στη συνέχεια, η τελική δέσμη του ανιχνευτή μετρά τα φάσματα του μείγματος των αερίων και προσδιορίζει τον τύπο.

Ο Cundiff ελπίζει να εφαρμόσει τη συσκευή στην υπάρχουσα τεχνολογία οπτικών ινών και να ελέγξει τους παλμούς λέιζερ με λογισμικό. Με αυτό τον τρόπο, το λογισμικό μπορεί να προσαρμοστεί σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα.

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Παρακαλώ εισάγετε το σχόλιο σας!
Παρακαλώ εισάγετε το όνομά σας