Российские ученые создали «противоаварийное» оптоволокно

Ученые НИТУ «МИСиС» предложили технологию создания высокоточных датчиков на основе легированного оптоволокна для профилактики аварий в атомной, космической и добывающей промышленности.

«Международная команда ученых под руководством приглашенного профессора кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ „МИСиС“ Александра Кирьянова в сотрудничестве с Центром оптических исследований (г. Леон, Мексика) и Исследовательским институтом керамики и стекла (г. Калькутта, Индия) разработала технологию создания высокоточных автономных датчиков на основе оптоволокна», — рассказала ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

Созданное оптоволокно легировано редкоземельными и переходными металлами — эрбием, гольмием, висмутом, а также наночастицами серебра и кремния. Состав и соотношение лигандов (химических добавок) в кварцевой основе волокна оригинальны и обеспечивают уникальные свойства полученных волокон. Результаты исследования опубликованы журнале Laser Physics Letters.Высокая чувствительность получаемых волокон к изменениям температуры, давления, химического состава и радиационного фона окружения, их устойчивость к агрессивным средам и высокая резистентность к электромагнитным возмущениям, позволяет осуществлять с их помощью высокоточный мониторинг состояния крупномасштабных объектов (трубопроводы, скважины, АЭС, мосты) по ряду параметров. Задаваемая длина оптоволокна дает возможность измерять объекты больших (до сотни метров) габаритов. На околоземной орбите датчики на основе полученных волокон могут измерять состояние радиационного фона в космическом аппарате, дефекты его поверхности.

Флуоресценция оптоволокна, легированного наночастицами кремния, при оптической накачке лазерным диодом с длиной волны 405 нм

Датчики на основе такого оптоволокна эффективно и с высокой точностью регистрируют радиационное излучение различного типа в широком диапазоне доз, ультравысокие (до 1700°С) температуры, химический состав и электромагнитные поля. Протяженность оптоволокна позволяет проводить дистанционно удалённые измерения, например, полномасштабно мониторить состояние глубокой нефтяной скважины, шахты, трубопровода, агрегатов АЭС. Благодаря уникальным характеристикам, приборы на его основе будут востребованы в строительстве и геотехнике, аэрокосмической и нефтегазовой промышленности, сильноточной энергетике, включая атомную.

Двухлучевой УФ-спектрофотометр в НИТУ «МИСиС» позволяет вести исследования в ультрафиолетовой, видимой и инфракрастной части спектра

Оптоволоконный датчик представляет собой или небольшое по размерам, «точечное» устройство (которое, в свою очередь, может быть элементом многокомпонентных детектирующих сетей, или интеррогаторов), или «пространственно-распределённый контур», способный собирать информацию о детектируемых параметрах на больших расстояниях («длинный датчик»). В первом случае, чувствительными элементами датчиков могут быть записанные в волокне Брэгговские решетки (спектрально-селективные фильтры). Их параметры, то есть, спектры отражения и пропускания, сильно зависят от состояния окружающей среды, — давления, температуры, деформаций, — и, соответственно, служат основой детектирования

Демонстрация изменений в пропускании сердцевины кварцевого оптоволокна, легированного церием и золотом, до (слева) и после (в центре) облучения пучком высокоэнергетических (5 МэВ) электронов, а также после его «восстановления» под действием маломощного света с длиной волны 543 нм (справа)

В формате «длинного датчика» чувствительным элементом является вся длина используемого волокна. Эксплуатируется оно либо в «пассивном» режиме (и тогда детектируемыми параметрами являются, например, изменения в спектрах поглощения и пропускания легированного оптоволокна), либо в «активном», когда оно является компонентом лазера (и тогда детектируемыми параметрами являются, например, релаксационная частота, оптический спектр или режим генерации лазера).

Профессор кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС» Александр Кирьянов

Как пояснил руководитель проекта Александр Кирьянов: «Исследования в рамках данного проекта нацелены на создание, комплексное исследование и применение волоконных датчиков второго типа с использованием специально разрабатываемых легированных волокон, полученных, в том числе, методом нано-инжиниринга. Такие волокна могут стать надежным решением при работе в агрессивных средах, когда прибор на их основе находится в экстремальных условиях — к примеру, при термо-мониторинге нефтяных скважин или дозиметрии на АЭС».

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈