Прототип газоанализатора. Фото предоставлено Анастасией Ольховой
В ИТМО разработали метод повышения чувствительности детектора газоанализатора ― устройства для мониторинга вредных выбросов ― углекислого газа, метана и продуктов нефтепереработки ― в атмосферу. Прибор позволяет автоматически определять утечки опасных газов в местах добычи нефти и газа, а также в угольных шахтах. По сравнению с аналогами метод ученых ИТМО основан на технологии лазерной модификации, поэтому он автоматизирован, безопасен, не требует больших затрат. В перспективе его можно будет внедрить в реальное производство.
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.
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.
Источник информации и фото: пресс-служба Университета ИТМО
