Лазерный контроль загрязнения окружающей среды

Слайд 1

МОУ « Ялгинская средняя общеобразовательная школа» лазерный контроль загрязнения окружающей среды Выполнила ученица 11 класса Калачина Юлия Вадимовна

Слайд 2

Лазер или оптический квантовый генератор — это устройство, преобразующее энергию накачки ( световую , электрическую , тепловую , химическую и др.) в энергию когерентного , монохроматического , поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Слайд 3

лазеры Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза.

Слайд 4

Устройство лазера Все лазеры состоят из трёх основных частей: 1. активной (рабочей) среды; 2. системы накачки (источник энергии); 3. оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя ). Непрозрачное и полупрозрачное зеркала (3, 4). Лазерный луч (5). Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций.

Слайд 5

Лазерный контроль загрязнения окружающей среды Создание лазера как источника когерентного излучения привело к разработке широкого класса систем активного дистанционного зондирования, которые получили различные названия: лазерный радар, лидар , лазерный флюорометр , лазерный батиметр и т.д. С учетом общности составных элементов всех этих устройств новый класс систем активного дистанционного зондирования объединили одним термином – лидар .

Слайд 6

Сегодня лидарная техника относится к одному из приоритетных и наиболее быстро развивающихся направлений мирового оптико­электронного приборостроения. Это связано с тем, что сенсоры, основанные на дистанционном лазерном зондировании, позволяют проводить детальный анализ исследуемых объектов и компонентов окружающей среды по их спектральным характеристикам в условиях существенно более низкого предельного уровня пространственного разрешения наблюдательных систем. К преимуществам лидарного метода по сравнению с традиционными, например, физико­химическими, относятся дистанционность, бесконтактность, возможность непрерывного площадного и профильного сканирования с одновременным определением широкой гаммы химических элементов и соединений, а также высокая скорость детектирования. Кроме того, важно, что лидарные комплексы осуществляют оперативное зондирование окружающей среды без деструктивных воздействий на нее. По сравнению с радиоволновыми радарами достоинства лазерных сенсоров заключаются, прежде всего, в помехоустойчивости и более высоком пространственном разрешении, не говоря уже о выявлении спектральных признаков обнаруживаемых объектов. Например, маскирующие покрытия, используемые по STELS­технологии на военных самолетах, затрудняют их обнаружение радаром.

Слайд 7

Номенклатура задач, при решении которых используется лидарная техника и доставляемые с ее помощью информационные материалы, непрерывно расширяется. К ней относятся различные задачи экологии, метеорологии, геодезии, поиска и охраны природных недр, представления трехмерных цифровых изображений и сигнатур инженерных объектов, зданий, сооружений, регионов и т.д. И актуальность этой технологии сложно переоценить.

Слайд 8

Согласно Киотскому протоколу, действие которого заканчивается в декабре 2012 г., наиболее острой и актуальной проблемой в области охраны и безопасности окружающей среды является контроль атмосферных газов, ответственных за создание парникового эффекта и разрушение озонового слоя и нарушающих, таким образом, радиационный баланс вокруг Земли, а также порождающих образование кислотных дождей. В настоящее время в приземной атмосфере находится много десятков тысяч тонн загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Главными антропогенными загрязнителями окружающей среды, кроме крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи, являются сложные органические, хлорорганические и нитро соединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Таким образом, разработка методов и приборов для контроля выбросов (от минимальных, позволяющих предупредить опасную ситуацию, до аварийно­высоких) на всех этапах работы с радиоактивными материалами (добыча­захоронение) является первостепенной задачей. Причем особое внимание должно уделяться практически не развивающимся дистанционным средствам обнаружения активных радионуклидов, требующим аппаратуры с чрезвычайно высокой чувствительностью и спектральной селективностью.

Слайд 9

Функции лазерного зондирования При пространственно­техническом мониторинге объектов энергетики эффективность средств дистанционного лазерного зондирования определяется выполнением следующих основных функций: освещение оперативной сцены, экспресс­анализ и идентификация фоновой и целевой обстановки, поиск и обнаружение объектов, определение координат и картирование местности, наблюдение и распознавание облика объекта, обработка и представление информации в реальном времени. Отличительная особенность лидаров состоит в способности дистанционно обнаруживать источники радиационных утечек и выбросов в атмосферу, работать с большими зараженными территориями. Только так может быть гарантирована полная безопасность операторов при проведении радиационного контроля в зоне контейнерных захоронений и утилизации отходов топлива АЭС.

Слайд 10

Стратегическое значение приобретают и проблемы получения объективной информации о фактическом состоянии природных ресурсов и возможных изменениях недроносных территорий. Основными геофизическими методами поисков залежей нефти и газа является сейсмическая и радиоволновая разведка. Но достоверность прогноза этими методами остается недостаточно высокой и при самых благоприятных условиях составляет не более 30%. Ореолы тяжелых углеводородных газов, в частности, пропана, на земной поверхности, формируемые залежами нефти, характеризуются чрезвычайно низкими концентрациями. Для их уверенного выявления требуется аппаратура с чувствительностью на уровне 10…20 ppb (частиц на миллиард). Лазерное зондирование и здесь может служить высокоэффективным методом геологоразведочных работ на региональных поисковых этапах для прогноза нефтегазоносности, оценки зон нефтегазонакопления и выявления локальных структур под глубинное бурение. Авиационный рамановский лидар

Слайд 11

Судя по последним разработкам и предлагаемым на мировом рынке лазерным газоанализаторам, можно сделать вывод, что лазерные средства контроля газовых компонентов в настоящее время превосходят по многим техническим параметрам (таким как чувствительность к измеряемым компонентам, избирательность к мешающим измерениям компонентам и т.д) газоанализаторы, применяемые до последнего времени в системах контроля загрязнения атмосферы и в системах контроля выбросов промышленных предприятий. Зондирующий твердотельный лазер с диодной накачкой

Слайд 12

Качество окружающей среды определяется совокупнос­тью параметров и напрямую зависит от научно­технического прогресса. В условиях сильной технической отсталости природоохранных предприятий внедрение инновационного лазерного диагностического оборудования позволит решить острые экологические проблемы, предотвратив тем самым экологическую катастрофу. Голограммная решетка 2-го типа