Раннє виявлення лісових пожеж методами фізики елементарних частинок

0
1

Напевно багато хто знає (ну або здогадуються), що навіть така «высокоумная» область фізики як фізика елементарних частинок час від часу видає в якості побічних продуктів нові технології. Технології, які навряд чи стали б розвиватися, якби не було конкретних завдань у фізиці елементарних частинок. І ці технології потім використовуються для абсолютно прикладних задач і навіть знаходять примерения в повсякденному житті. Наприклад, прискорювачі і детектори вже давно і різноманітно застосовуються в медицині та матеріалознавстві. У тому ж Церні є цілі підрозділи, які займаються адаптацією напрацьованих технологій для практичного застосування (по-англійськи це називається «technology transfer»).

Схоже, що в найближчі роки детектори елементарних частинок почнуть використовуватися ще для однієї дуже практичної задачі — для раннього виявлення лісових пожеж.

Суть тут така. Про лісові пожежі, їхні жертви і збитків (особливо в густонаселених районах типу південної Європи або в Каліфорнії) всі в курсі — ЗМІ пишуть про них кожне літо. З лісовими пожежами борються, але цього абсолютно недостатньо. Треба навчитися виявляти осередки лісових пожеж відразу ж після спалаху. Зараз лісові пожежі виявляють або задимлення (супутникові знімки або ж автоматичні наземні спостереження), або за допомогою ІЧ-датчиків, встановлених наприклад на аеропланах, які здійснюють регулярні обльоти небезпечних територій.

Ця система, звичайно, краще, ніж нічого, але її ефективність залишає бажати кращого. Пожежа з супутників помічають, коли він охоплює площу близько 0,1 га, час реагування від декількох годин до доби. У справу ще втручається погода — в хмарну погоду супутники марні, а при ясному небі палюче Сонце може забивати ІНФРАЧЕРВОНИЙ сигнал від пожежі. До того ж, при автоматичній обробці знімків іноді трапляються помилкові спрацьовування.

Так ось. Для детектування лісових пожеж на ранній стадії передбачається в лісі розставити компактні, автономні і дешеві (близько сотні євро) детектори УФ-випромінювання. Просто, скажімо, прибивши їх на дерева через кожен кілометр. Звичайно для Сибіру це непрактично, але для Італії чи Греції вартість виходить цілком розумна (збитку від пожеж там обчислюється в сотні млн. євро в рік плюс життя людей). Така мережа детекторів засікає полум’я, коли воно тільки-тільки починає розгоратися, і тут же посилає сигнал в центр.

Здавалося б, при чому тут ультрафіолет? Насправді, дуже при чому. Практично будь-яке відкрите полум’я випромінює досить широкий спектр, у тому числі в УФ області з довжинами хвиль 160-250 нм. Але сонячне світло в цій області як раз поглинається озоновим шаром, так що Сонце тут абсолютно не заважає — полум’я в ультрафіолеті видно навіть в яскравий сонячний день.

В принципі, УФ-детектори відкритого полум’я і так вже існують і доступні у продажу; при чому тут фізика елементарних частинок? При тому, що для її потреб вже давно були розроблені компактні датчики окремих УФ фотонів (адже в ФЭЧ на рахунку кожен фотон!), які набагато чутливіші комерційно доступних аналогів. Тому справа залишилася за малим — адаптувати цю технологію під реєстрацію полум’я і оптимізувати вартість для масового виробництва.

І що цікаво — це зовсім не фантазії, це реально зараз розробляється технологія. Два роки тому я розповідав про початок робіт в цьому напрямку (див. новина Надчуттєвий детектор полум’я допоможе боротися з лісовими пожежами). Тоді був створений реальний прототип, який виявився приблизно в тисячу разів більш чутливим, ніж самі краще комерційно доступні детектори. Скажімо, за умовами стандарту детектор класу 1 зобов’язаний з відстані 25 метрів помічати полум’я розмірами 30x30x30 див. А новий детектор з такої відстані зауважує полум’я звичайної запальнички!

А днями мені попалася на очі стаття Progress in the development of a S-RETGEM-based detector for an early forest fire warning system в журналі Journal of Instrumentation (стаття у вільному доступі). І виявляється, за два роки був зроблений помітний прогрес у розробці цих детекторів.

По-перше, внутрішньо газонаповненої клітинки, яка спрацьовує від потрапляння УЛЬТРАФІОЛЕТОВИХ фотонів, була додана решіточка з смужкових детекторів, що детектує координату іонізаційній лавини, викликаної поглинутим фотоном. Завдяки їй вдається не просто відловити фотони, але і приблизно визначити напрямок їх прильоту.

По-друге, були проведені тести в «польових умовах». Детектувати запальничку з 25 метрів-це звичайно цікаво, але в реальності треба буде детектувати полум’я з відстані близько кілометра. Це не так тривіально екстраполюється, оскільки повітря не надто прозорий для УФ. Але нічого, на відстані близько 1 км полум’я розміром приблизно в кубометр було цілком помітно.

Відчуйте різницю — пожежа площею 0,1 гектара і час реагування добу (супутниковий аналіз) або пожежа площею декілька кв. метрів і час реагування секунди!

Були також проведені тривалі тести по вимірюванню деградації чутливості детектора, з пошуку зручних і дешевих матеріалів і т. д. Матеріали знайшлися, все працює добре, так що в найближчому майбутньому передбачається вже виходити безпосередньо на виробників, і не виключено, що через кілька років все це почне реально використовуватися.

Ну і взагалі, виявляється, газонаповнені детектори зараз активно удосконалюються і можуть ще знайти чимало застосувань. Ось наприклад невеликий недавній огляд цієї технології та її застосувань Володимира Пєскова, який активно ними займається. А цього літа відбулася навіть перша конференція за Micro Pattern Gaseous Detectors; матеріали цієї конференції якраз і з’явилися нещодавно в журналі Journal of Instrumentation. Начебто, все у відкритому доступі.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here