Лазерный мир

Ученые НИТУ «МИСиС» в соавторстве с учеными из Центра оптических исследований (Мексика) и Исследовательского института керамики и стекла (Индия) разработали технологию создания высокоточных датчиков на основе легированного оптоволокна для профилактики аварий в атомной, космической и добывающей промышленности. Статья об исследовании опубликована в журнале Laser Physics Letters, популярно о нем рассказывает РИА Новости.

Effects of electron-irradiation darkening and its posterior bleaching by light in novel Cr–Mg–YAS fiber

Two remarkable effects for the recently invented chromium–magnesium (Cr–Mg) co-doped yttria-alumino-silicate fiber are reported: (i) strong and spectrally peculiar darkening under the action of energetic (6 MeV) β-electrons with dosage up to 1.0  ×  1015 cm−2 and (ii) posterior optical bleaching of the darkening loss at exposure to low-power (of a mW-range) 633 nm light. Both phenomena are revealed to be conspecific to co-doping the fiber with Mg and to the presence of versatile valence forms of Cr ions. The reported results seem to be impactful for exploiting fiber of such type for dosimetry and in space technology.
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1612-2011/13/12/125103

Созданное оптоволокно легировано редкоземельными и переходными металлами — эрбием, гольмием, висмутом, а также наночастицами серебра и кремния. Состав и соотношение химических добавок в кварцевой основе волокна позволили получить оптоволокно, которое обладает высокой чувствительностью к изменениям температуры, давления, химического состава и радиационного фона окружения. В то же самое время оптоволокно устойчиво к агрессивным средам и обладает высокой резистентностью к электромагнитным возмущениям. «Оптоволоконный датчик представляет собой или небольшое по размерам, «точечное» устройство (которое, в свою очередь, может быть элементом многокомпонентных детектирующих сетей, или интеррогаторов), или «пространственно распределенный 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», — поясняется в сообщении. Если используется формат»длинного датчика», то чувствительным элементом является вся длина используемого волокна. Оно может работать в «пассивном» режиме — в этом случае детектируемыми параметрами являются, например, изменения в спектрах поглощения и пропускания легированного оптоволокна. При использовании «активного» режима волокно является компонентом лазера, и в этом случае детектируемыми параметрами являются, релаксационная частота, оптический спектр или режим генерации лазера. «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»», — полагает руководитель проекта, профессор кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС» Александр Кирьянов, слова которого приводятся в сообщении. 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 удаленные измерения, поэтому их можно использовать для мониторинга состояние глубокой нефтяной скважины, шахты, трубопровода, агрегатов АЭС или уровень радиационного фона и состояние поверхности космического аппарата. Как полагают разработчики, благодаря уникальным характеристикам приборы на его основе будут востребованы в строительстве и геотехнике, аэрокосмической и нефтегазовой промышленности, сильноточной энергетике, включая атомную.

Источник: http://rareearth.ru/ru/pub/20170815/03354.html