Lézeres gázelemző. Típus-jóváhagyási jel

Kéziratként

DOLGI SERGEI IVANOVICH

A LÉZERGÁZ-ELEMZŐK A DIFFERENCIÁLIS ABSZORPCIÓS MÓDSZERREL

01.04.01 - A kísérleti fizika eszközei és módszerei

értekezés a fizikai és matematikai tudományok kandidátusának fokozatáról

Barnaul - 2004

A munkát az Orosz Tudományos Akadémia Szibériai Kirendeltségének Légköri Optikai Intézetében végezték

Tudományos tanácsadók: - fizikai és matematikai tudományok doktora

professzor, az Orosz Tudományos Akadémia levelező tagja, Zuev Vladimir Vladimirovich

Hivatalos ellenzők: - a fizikai és matematikai tudományok doktora

sutorikhin Igor Anatolyevich professzor. - A fizikai és matematikatudomány kandidátusa, Prokopjev Vlagyimir Egorovics tudományos főmunkatárs.

Vezető szervezet: Tomszki Műszaki Egyetem

A védekezésre 2004. december 15-én kerül sor. 14:00 órakor a dolgozattanács D 212.005.03 ülésén az Altáji Állami Egyetemen, a következő címen: 656049, Barnaul, Lenin Ave., 61.

A disszertáció az Altáji Állami Egyetem könyvtárában található.

Tudományos titkár

disszertációs tanács Ph.D.

D.D. Ruder

A téma relevanciája. A környezet különböző tényezők hatására változik. Az ipar, az energia, a mezőgazdaság és a közlekedés gyors fejlődése az antropogén környezeti hatások növekedéséhez vezet. Számos káros melléktermék aeroszol, gáz, háztartási és ipari szennyvíz, olajtermék stb. Formájában kerül a légkörbe, a hidroszférába és a litoszférába, amelyek negatívan befolyásolják az ember és a bioszféra egészének életkörülményeit. Ezért a környezeti ellenőrzés napjaink sürgető problémája.

Jelenleg kémiai, termikus, elektromos, kromatográfiai, tömegspektrum és optikai gázelemzőket alkalmaznak a légkör állapotának figyelemmel kísérésére. Ráadásul csak az utóbbiak nem érintkeznek, nem igényelnek mintavételt, ami további hibákat vezet be a mért értékben. Különleges helyet foglalnak el a gázanalízis optikai módszerei között a lézeres módszerek, amelyeket a következők jellemeznek: a mérések nagy koncentrációérzékenysége és a térbeli felbontás, a távolság és a sebesség. Először is, ez a rezonánsabszorpciós hatáson működő lézer gázelemzőket érinti, amelyeknek a legnagyobb keresztmetszete van az optikai sugárzásnak a vizsgált közeggel való kölcsönhatása szempontjából, biztosítva a maximális érzékenységet. Az ilyen gázelemzők általában differenciálabszorpciós sémát valósítanak meg. A lézertechnika hazánkban és külföldön történő fejlődésével az optikai-akusztikus (a helyi gázelemzéshez) és az útvonal (a vizsgált gáz koncentrációjának integrális értékeit megadva) lézeres gázelemzők, valamint a lidarok (LIDAR az angol Light Detection és Ranging szavak rövidítése) kifejlesztettek információkat az atmoszférában a gázok koncentrációjáról térbeli felbontással. De a dolgozat kezdetén, ritka kivételekkel, mindegyik laboratóriumi modell volt, amelyeket egy, maximum két gázkomponens mérésére terveztek, míg a környezeti monitorozáshoz többkomponensű gázelemzés szükséges.

A Föld légkörének minden gázalkotórészét, kivéve a főbbeket: nitrogént, oxigént és argont, általában úgynevezett kisebb gázkomponenseknek (MGS) nevezik. Az IGM aránya a légkörben kicsi, de az antropogén faktor miatti tartalomnövekedés jelentős hatással van a légkör számos folyamatára.

Amint az az irodalomból kitűnik, a spektrum középső IR tartománya a legalkalmasabb az MGS lézeres gázanalízisére. A legtöbb megengedett szerkezetű IGM fő rezgés-forgási sávja itt található. Nagy energiájú molekulalézerek, köztük megbízható és hatékony CO és CO2 lézerek bocsátanak ki ebben a régióban. Ezekhez a lézerekhez rendkívül hatékony paraméteres frekvenciaváltókat (PFC) fejlesztettek ki, amelyek kellően sűrűséget tesznek lehetővé

a légkör átlátszóságának lendületes spektrális int

SIMIOTEKA i

gömbök. A lézeres gázanalízis másik informatív spektrális tartománya az UV régió. Itt sok elektronikus szennyező gáz erős sávja van. A spektrum középső IR tartományával ellentétben az UV abszorpciós sávok nem szelektívek és átfedésben vannak. A legnagyobb fejlődést ezen a területen az ózonometriai módszerrel sikerült elérni, mivel itt található a Hartley-Huggins ózonabszorpciós sáv.

Célkitűzés. Gázanalizátorok kifejlesztése differenciál abszorpciós módszer alapján az MGM koncentrációinak detektálására és mérésére, valamint azok tér-idő eloszlásának meghatározására a légkörben.

A munka során a következő feladatokat hajtották végre:

Csatorna létrehozása az ózon (VRO) vertikális eloszlásának érzékelésére a sztratoszférában (a 0, 0 m befogadó tükör alapján) a szibériai lidar állomáson (SLS);

Az ozonoszféra állapotának figyelemmel kísérése rutin mérésekkel;

Az ozonoszféra klimatológiájának vizsgálata, a sztratoszférikus ózon trendjeinek értékelése

A következőket nyújtják be védekezésre:

2. A TRAL sorozatú lézer gázelemzők kidolgozott elrendezése a spektrum középső IR tartományában, amely lehetővé teszi a több mint 12 gáz koncentrációjának gyors mérését az MPC-n és az alatt, legfeljebb 2 km hosszú utakon, tükör vagy topográfia segítségével fényvisszaverő.

3. A szerző által a XeQ excimer lézer alapján létrehozott UV-ózon lidar, amely az ózonoszféra zavartalan hosszú távú hangzását biztosította Tomszk felett a szibériai lidár állomáson 13-45 km magasságban, maximális függőleges felbontással 100 m.

A munka tudományos újdonsága:

Először választották ki és kísérletileg tesztelték az IGM atmoszféra információs hullámhosszait IR molekuláris lézerek és PPC segítségével;

Számos egyedi mobil és stacionárius gázelemzőt hoztak létre, amelyek lehetővé teszik a légkör gázösszetételének többkomponensű elemzésének gyors elvégzését;

Az MGM (például C2H4, NH3, H2O, CO2, CO, Oz, N0 stb.) Koncentrációjának napi változásainak mérését az ország ökológiailag tiszta régióiban végeztük, jelentős antropogén terhelésnek kitéve;

A munka eredményeinek felhasználása. A gázelemző készülékekkel nyert adatokat 1979-1980-ban mutatták be a Szovjetunió Olimpiai Bizottságának. Moszkvában, valamint a város környezetvédelmi szervezeteinek Tomszk, Kemerovo, Szófia (NRB) bekerült az IAO SB RAS zárójelentéseibe a különféle RFBR-támogatásokról, megállapodásokról, szerződésekről és programokról, például a "TOR" (troposzférikus ózonkutatás), a "SATOR" (sztratoszférikus és troposzférikus ózon) kutatás) és mások.

A munka gyakorlati értéke a következő: - kifejlesztettek egy optikai-akusztikus gázelemzőt, amely lehetővé teszi a metáncsoport szénhidrogének, valamint a metán és a nehezebb szénhidrogének összegének koncentrációjának nagy pontossággal történő mérését természetes és kapcsolódó kőolajgázok. Ennek a gázelemzőnek az segítségével lehet keresni az olajat és a gázt a föld felszínére a szénhidrogénmezők fölött kijövő gázok haloival;

A kifejlesztett útvonal-gázelemzők lehetővé teszik az MPC-nél és az alatt lévő gázkeverékek koncentrációjának mérését az elsőbbségi szennyező gázok széles listájából;

Hozzon létre egy csatornát az ózon SLS vertikális eloszlásának érzékeléséhez egy 0,5 m-es tükör alapján, amely lehetővé teszi a megbízható VOD-profilok megszerzését 13-45 km magasságtartományban, 100 m maximális felbontással.

A munka eredményeinek megbízhatóságát a következők biztosítják: - jó egyeztetés a kifejlesztett gázelemzőkkel nyert kísérleti adatok és más módszerekkel egyidejűleg nyert adatok között, valamint; más szerzők által hasonló éghajlati és ökológiai körülmények között nyert adatok;

A sztratoszférában található VOD-profilok jó egybeesése a lidar, ozonosondes adatok, valamint a használt eszközök hibáján belüli műholdas mérések alapján.

A munka elfogadása. A disszertáció témájával kapcsolatos, a szerző által elért főbb eredményeket 11 cikk jelentette meg orosz tudományos szakértői folyóiratokban, amelyekről a VI., VII. És XI. All-Union szimpóziumokon számoltak be a lézerről és az akusztikus hangzásról (Tomsk, 1980). 1982, 1992); VI. All-Union szimpózium a lézersugárzás terjedéséről a légkörben (Tomsk, 1881); XII. A koherens és nemlineáris optikáról szóló egész Unió szakos konferencia (Moszkva, 1985); V. nemzetközi iskolai szeminárium a kvantumelektronikáról. Lézerek és alkalmazásuk (NRB, Napospart, 1988); A Nemzetközi Légköri Fizikai és Meteorológiai Szövetség 5. tudományos közgyűlése (Reading, Egyesült Királyság, 1989); XI. Szimpózium a lézerről és az akusztikus hangzásról (Tomsk, 1992); És III, IV és VI köztársaságközi szimpóziumok "A légkör és az óceán optikája" (Tomsk, 1995, 1996, 1997 és 1999); III. Szibériai találkozó az éghajlat- és ökológiai monitoringról (Tomsk, 1999); I. interregionális találkozó "A szibériai folyók és az Északi-sarkvidék ökológiája" (Tomsk 1999); VII. Nemzetközi Szimpózium a légköri és óceánoptikáról (Tomsk 2000); VIII. És IX. Nemzetközi szimpózium a légköri és óceánoptikáról, valamint a légköri fizikáról (Tomsk 2001 és 2002); 11 Műhely a légköri sugárzás méréséről (Atlanta, USA 2001); IX. "A szibériai aeroszolok" munkacsoport (Tomsk 2002); 21. és 22. Nemzetközi Lézerkonferencia (Quebec, Kanada, 2002, Matera, Olaszország 2004); II. Nemzetközi konferencia "Szibéria, a Távol-Kelet és az Északi-sarkvidék környezete és ökológiája" (Tomsk 2003). Nemzetközi konferencia az optikai technológiákról a légköri, az óceáni és a környezeti kutatás számára (Peking, Kína 2004).

Személyes hozzájárulás. Ebben a munkában a szerző által személyesen vagy közvetlen részvételével elért eredményeket használtuk fel. Ez a szerző részvétele mind a gázelemző készülékek építésének általános sémáinak, mind azok egyedi optikai-mechanikai és elektronikus egységeinek és blokkjainak kidolgozásában; szerelési és üzembe helyezési munkák. A munkában szintén bemutatott, a létrehozott gázelemző készülékek mérési technikáinak, teszt-, valamint expedíciós és terepi tesztjeinek kidolgozása a szerző közvetlen részvételével zajlott. 1996 óta gyakorlatilag az SLS-n az ozonoszféra állapotának minden megfigyelését a szerző aktív részvételével végezték. Továbbfejlesztett csatornát hozott létre az ózon SLS vertikális eloszlásának érzékelésére egy XeQ lézer és egy 0,5 m-es vevő tükör alapján.

A "LAG-1" és a "Resonance-3" infravörös gázelemzők fejlesztését Ph.D.-vel közösen végezték. G.S. Hmelnickij, a többi eredményt a levelező tag irányításával kaptuk. RAS, a fizikai és matematikai tudományok doktora V.V. Zuev, laboratóriuma dolgozóinak részvételével a munka különböző szakaszaiban.

A bevezetőben alátámasztják a téma relevanciáját, megfogalmazzák a vizsgálat céljait és célkitűzéseit, hangsúlyozzák a tudományos újdonságot és gyakorlati jelentőséget, és megadják a védekezés főbb rendelkezéseit.

Az első fejezet ismerteti az optikai-akusztikus módszert, egy optikai-akusztikus gázelemző blokkdiagramját, amelyet a metán és más telített szénhidrogének koncentrációjának külön mérésére terveztek a levegőmintákban.

Számos tanulmány kimutatta a megnövekedett szénhidrogén-koncentráció (HC) jelenlétét az atmoszférában és a talaj levegőmintáiban az olaj- és gázmezők területén. A szerzők azt a véleményt fogalmazták meg, hogy ez annak köszönhető, hogy szénhidrogének szabadulnak fel a tározóból a nappali felszínre. Az olaj- és gázmezők felkutatásának geokémiai módszerei ezeken a tényeken alapulnak. Az adatok szerint a volt Szovjetunió lerakódásainak természetes gázainak százalékos (térfogatbeli) összetétele: metán 85-95%; etán legfeljebb 7%; propán 5% -ig; bután 2% -ig; pentán és nehezebb szénhidrogének akár 0,4% -ig. Olaj- és gázmezők kapcsolódó kőolajgázainak összetétele: metán 80% -ig; etán 20% -ig; propán 16% -ig; izobután + n-bután 6% -ig; pentán és nehezebb szénhidrogének 0,9% -ig. Így a pentán és a nehezebb szénhidrogének jelentéktelen mértékben járulnak hozzá az olaj- és gázmezők fölötti gázhalogén tartalomhoz.

Ábra: 1. Diffrakciós rácsú gázanalizátor 1–2-CO g lézer blokkdiagramja; 4, 5 - He-Ne lézer; 7, 9, 10 impulzusos alakítók; 8-modulátor; 11- modulátor vezérlő egység; 12 kamerás spektrofon; 13 mikrofon; 14-szelektív erősítő; 15- ADC! 16 frekvenciás számláló; 17 csillapító; 18-vevő; 19-digitális óra; 20-ADC2; 21- vezérlőegység; 22 mikrokomputer; 23 jegyű nyomtatás.

Amikor a föld felszínén a mezők fölött megjelenő szénhidrogének gázhalogénje mentén keresünk olaj- és gázmezőket, nagyon fontos külön mérni a metán és a nehezebb szénhidrogének koncentrációját, mivel a metán nemcsak mély szerkezetek, hanem a biológiailag aktív felső rétegeké is, és nem mindig a mező hírnöke ... Ez jellemző például Za-

nyugat-Szibéria, ahol a területén található mocsarak nagy mennyiségben képesek metánt előállítani, míg a földkéreg felső rétegeiben nehéz szénhidrogének nem keletkeznek. A cikk egy ilyen külön mérés lehetőségét elemzi, feltéve, hogy a keverékekben a metántartalom legfeljebb százszor nagyobb, mint a többi szénhidrogén tartalma.

A kifejlesztett "LAG-1" rendkívül érzékeny optikai-akusztikus gázelemző készülék lehetővé teszi a szénhidrogének koncentrációjának regisztrálását bármilyen arányú metán és más HC-k keverékével. A gázelemző készülék blokkdiagramját az 1. ábra mutatja. egy.

A hengeres spektrofon (optikai-akusztikus detektor) kamrájában a gáznyomás, amikor a modulált lézersugárzás áthalad rajta ω modulációs frekvencián, függ a lézersugárzás teljesítményétől és a vizsgált gáz abszorpciós együtthatójától és a minőségtől az akusztikus rezonátor tényezője a Q (co) modulációs frekvencián:

5zhg02 [co2 + t1) "

ahol £) a henger átmérője; t, a spektrofon hőmérséklet-relaxációs ideje.

A nyomásimpulzusokat az MKD / MV 101 típusú kondenzátor mikrofon alakítja át elektromos jellé (13). Ezután a jelet egy U2-8 típusú szelektív erősítő (14) erősíti, amelyet az ADC1 (15) digitalizál, és belép az eredmények feldolgozó rendszerébe. A spektrofon kamerán áthaladó lézersugárzást egy csillapító (17) csillapítja, eltalálja a hőelektromos vevőt (18), digitalizálja az ADC2 (20) és belép az eredményfeldolgozó rendszerbe

A rendszer kiszámítja az abszorpciós együtthatókat:

és gázkoncentráció abszorpció esetén egyetlen vonalon:

/ \u003d /, 2, 3 ... n,

ahol l a spektrofon kalibrációs tényezője; n a mérések száma; £ / s / -sjel a mikrofonról; -jel arányos a lézersugárzás erejével; - a spektrofon háttérjele; a vizsgálati gáz tömegabszorpciós együtthatója. A számítás eredménye a hullámhossz kóddal és az idővel együtt megjelenik a digitális nyomtatáshoz.

A III-N lézer hangolási tartományában az 1,15 μm hullámhosszú emissziós vonal egybeesik a légköri vízgőz abszorpciós vonalával, a 3,39 μm vonal pedig egybeesik a metáncsoport szénhidrogének abszorpciós sávjaival, kezdve magával a metánnal . A CO2 lézer hullámhossz-beállításának tartományában (9,1-10,8 mm) vannak a lökéshullámok abszorpciós sávjai, amelyek

etán, így a szénhidrogének és az etán, a propán és a bután összegének koncentrációjának mérésével lehetővé válik a metán koncentrációjának meghatározása. Az 1. táblázat felsorolja ezeket a gáznemű komponenseket, azok abszorpciós együtthatóit a megfelelő sugárzási és CO2 lézer hullámhosszakon:

Asztal 1

Gas He-Me X. \u003d 3,39 μm a, cm "1 atm" 1 CO2

A, μm a, cm "1 atm" 1

Metán 9,0 - -

Etán 4,1 10,8847 0,5

Propán 9,0 10,8352 0,45-0,5

N-bután 12,6 10,4 762 0,9

Izobután 13 10,8598 0,4

Annak a ténynek köszönhetően, hogy a CO2 lézernek széles a beállítási tartománya, lehetőség van etán, propán, n-bután, izobután, etilén és benzol és más gáznemű komponensek külön mérésére. Ugyanabból a táblázatból látható, hogy a szénhidrogének CO2-lézersugárzás abszorpciós együtthatói 10-20-szor alacsonyabbak, mint a III-N-lézer sugárzásának abszorpciós együtthatói. De egy rezonáns spektrofon esetében az érzékenység arányos a rajta áthaladó lézersugárzás erejével (1. képlet), majd egy LG-126 típusú lézer teljes hosszával

hullámhossza 3,39 μm 8 mW, és CO2 lézer 10 W, ennek a gázelemzőnek az érzékenysége 100-szor nagyobb a nehéz lökéshullámoknál.

A 2. ábra az Ob folyó mentén végzett egyik expedíció során több különböző gázanalizátorral kapott HC összehasonlító mérésének eredményeit mutatja: LAG-1 (mind a metánnal rendelkező HC-k, mind a külön-külön nehezebb HC-k összegét mértük), Iskatel (a HCs metánnal) és SKR lidarral (a HC mennyiségét metán nélkül mértük). Mindezen eszközök által nyert adatok azt mutatják, hogy az olaj- és gázmezők fölött a légköri HC-tartalom élesen megnőtt.

Távolság hmm

Ábra: 2. A szénhidrogének koncentrációi különböző gázelemzőkkel mérve

Az etán, a propán és a bután koncentrációja távol áll a lerakódásoktól

meghaladta a 0,02 millió "1, a metán - 1,7-2 millió" 1 értéket, de a felderített lerakódásokhoz közeledve a nehezebb szénhidrogének koncentrációja jelentősen megnőtt. Így például a Vakh folyó alsó folyásánál található olajmező területén (650 km pont a 2. ábrán) a következő koncentrációkat mértük: a HC 5,1 millió "1, etán - 1,0 mennyisége millió "1, propán - 1,7 millió" 1, bután - 0,3 millió "1, metán koncentrációja 2,1 millió" 1. Így látható, hogy a metán koncentrációjának viszonylag kis eltéréseivel a légkörben (1,5- 2,0 millió "1), az olaj- és gázmezők fölött a szénhidrogének mennyiségének nagy értéke a nehéz szénhidrogének megnövekedett koncentrációjának köszönhető.

Az elvégzett vizsgálatok a LAG-1 gázelemző jó teljesítményjellemzőit mutatták terepi körülmények között. A segítségével elért eredmények jól egyeznek a közös mérések során más mérőrendszereken elért eredményekkel, megmutatják megbízhatóságukat. Két lézerforrás (He-N és CO2) és egy spektrofon használata a komplexben lehetővé teszi mind a légköri, mind a szennyező gázok széles tartományának koncentrációjának mérését. A legfontosabb, hogy külön lehet mérni a metánfrakciót és a nehezebb szénhidrogéneket természetes és kapcsolódó kőolajgázok keverékében. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy reméljük a javasolt gázelemző használatát az olaj- és gázmezők felkutatására a föld felszínére kerülő szénhidrogének gázhalogénjeivel, valamint a magok gázfrakciójának operatív elemzéséhez a kutató kút során. fúrás.

A második fejezet számos, a differenciálabszorpciós (DP) módszer alapján működő "Resonance-3", "TRAL", "TRAL-3", "TRAL-ZM", "TRAL-4" soros gázelemző készüléket ír le. Maga a módszer röviden le van írva.

Az I. időpontban kapott optikai jel teljesítménye, egy X hullámhosszra eső DP nyomkövetési módszerrel, a következőképpen írható fel:

ahol Р- az átvitt optikai teljesítmény (W),

d - távolság (cm), c - fénysebesség - 3 x 1010 cm / s,

P, (r) ~ az adó-vevő teljes optikai hatásfoka,

<т,- поперечное сечение поглощения (см2),

A - vételi rekesz (cm2),

a (g) - csillapítási együttható (cm "1),

I, a cél visszaszóródásának szilárd szöge (vö. "1"),

/ "a hullámhossz indexe, / \u003d / és 2 a maximális és a minimális abszorpció hullámhosszánál, N0 a gázkoncentráció (cm" 3).

Két közeli hullámhosszra igaz:

Ezután a vizsgált térfogatban az átlagos gázkoncentráció a következőképpen fejezhető ki, valamint a lidárok (LIDAR - a Light Detection and Ranging angol szavak rövidítése), amelyek tér-idő felbontással szolgáltatnak információt az MGM koncentrációjának tanulmányozásához az atmoszféra. De a dolgozat kezdetén, ritka kivételektől eltekintve, mindegyiket egy, maximum két gázkomponens mérésére tervezték, vagy laboratóriumi modellek voltak, míg a környezeti monitorozáshoz többkomponensű gázelemzésre van szükség meglehetősen hosszú útvonalakon (a városi autópályák mentén, nagy ipari vállalkozások).

Amint az az irodalomból kitűnik, a spektrum középső IR-tartománya a legalkalmasabb az MGS lézeres gázanalízisére. A legtöbb IGM fő rezgés-forgási sávja itt található. Szinte az összes légköri gáz megengedett szerkezettel és egyedi abszorpciós vonallal rendelkezik, az egyszerűek kivételével, például N2, O2, H2.

A spektrum közepes IR tartományában, mint ismeretes, nagy teljesítményű molekulalézerek bocsátanak ki: CO, CO2, NH3, HF, DF és mások. Ezek közül a legmegbízhatóbbak és a gázelemzés szempontjából elfogadhatóak a rendkívül hatékony CO lézerek. Ezekben a lézerekben a hagyományos 9,6 és 10,6 μm sávok mellett szekvenciális sávok keletkezhetnek, amelyeket a hagyományosakhoz képest körülbelül 1 cm "1 elmozdítanak, valamint a fő 4,3 μm sávot és a forró emissziós vonalakat. izotópok további eltolt lézervonalak készítéséhez, akkor ehhez a lézerforráshoz gazdag emissziós vonalak halmazát kapjuk.

A nemrégiben kifejlesztett, ZinGeP2, CdGeAs2, TlAsSe3, AgGaSe2 stb. Nemlineáris kristályokon alapuló, rendkívül hatékony paraméteres frekvenciaváltók lehetővé tették a COr lézersugárzás második, harmadik és negyedik harmonikusának megszerzését, valamint két CO2 és más lézerek, például CO, NH3, Erbium stb. A légköri IGM-ek lézeres hangzása szempontjából fontos, hogy ezen emissziós vonalak többsége, beleértve a transzformáltakat is, a légkör spektrális átlátszósági ablakaiba essen.

Így egy ZnGeP2, CdGeAs2, TlAsSe3 és AgGaSe2 gyártmányú, nem küszöbértékű paraméteres frekvenciaváltó készletével ellátott alacsony nyomású molekuláris CO2 lézer kielégíti az alábbi követelmények többségét. Az ilyen lézerek szomszédos vonalai közötti távolság körülbelül 1,5-2 cm "1, ami leegyszerűsíti a spektrális kiválasztás és a frekvenciabeállítás problémáját. Kétlépcsős átalakítás alkalmazása, például egy CO2 lézer vagy az összegkülönbség-frekvenciák alkalmazása két CO2, vagy CO2 és CO2 lézer és ezek harmonikusai közül nagyon sűrűn, 10 ^ cm "1-ig terjedő lépéssel lehet lefedni a 2 és 17 mikron közötti tartományt. A szivattyú lézerek emissziós vonalainak középpontját és a meglehetősen keskeny spektrumszélességet (2x10 "3 cm" 1) az aktív közeg fizikai paraméterei biztosítják. A vonalak középpontjának helyzete és következésképpen az átalakított frekvenciák emissziós vonalainak helyzete nagyon nagy pontossággal ismert, ami kiküszöböli a spektrális jellemzők monitorozásának problémáját. Az ilyen konverterek hatékonysága meglehetősen magas és a tizedektől a tíz százalékig terjed, ami lehetővé teszi útvonalgáz-analizátorok létrehozását topográfiai objektumok és légköri aeroszolok használatával reflektorokként.

A lézeres gázanalízis másik informatív spektrális tartománya az UV régió. Itt sok elektronikus szennyező gáz erős sávja van. A spektrum középső IR tartományával ellentétben az UV abszorpciós sávok nem szelektívek és átfedésben vannak. A legnagyobb fejlődést ezen a területen az ózonometriai módszerrel sikerült elérni, mivel itt található a Hartley-Huggins ózonabszorpciós sáv.

A légköri ózon lidarral történő térbeli felbontású mérésének elvégzésének képességét először 1977-ben mutatták be (Meger et al.). És az 1980-as évek második fele óta az ózonoszféra lézeres szondázása számos obszervatórium rendszeres jellemzőjévé vált. Információt nyújt az ózon vertikális eloszlásáról (VOD), és sikeresen kiegészíti az érintkezési módszerrel kapott információkat, különösen 30 km felett ózonszondák és rakéták alkalmazásával, ahol az ozonoszondák adatai nem reprezentatívak.

A szibériai Lidar állomás 1988 decembere óta figyeli az ózonoszférát. Ebben az időszakban folyamatosan fejlesztették a lidar technikát, fejlesztették és továbbfejlesztették a mérési és adatfeldolgozási technikát, szoftvereket hoztak létre a mérési folyamat irányítására, új szoftvercsomagokat hoztak létre a kapott eredmények feldolgozásához.

Célkitűzés. Gázanalizátorok kifejlesztése differenciál abszorpciós módszer alapján az MGM koncentrációjának detektálására és mérésére, valamint azok térbeli-időbeli eloszlásának meghatározására a légkörben.

A munka során a következő feladatokat hajtották végre;

Optikai-akusztikus gázelemző fejlesztése a helyi gázelemzéshez és a szénhidrogének és más MGM térbeli eloszlásának tanulmányozása;

Útlézeres gázelemzők fejlesztése és létrehozása a légkör gázösszetételének tanulmányozásához;

Módszerek kidolgozása az IGM mérésére a légkörben;

A kifejlesztett eszközök teljes körű tesztelése a kifejlesztett mérési technikák alapján;

Az IGM időbeli dinamikájának vizsgálata az ország ökológiailag tiszta régióiban, amelyek jelentős antropogén terhelésnek vannak kitéve;

Csatorna létrehozása az ózon vertikális eloszlásának (VOD) hangzásához a sztratoszférában (a befogadó tükör alapján 0 0,5 m) CJIC;

Az ozonoszféra állapotának figyelemmel kísérése rutin mérésekkel; - az ózonoszféra klimatológiájának tanulmányozása, a sztratoszférikus ózon trendjeinek értékelése.

A következőket nyújtják be védekezésre:

1. A kifejlesztett "LAG-1" optikai-akusztikus lézer-analizátor, amely lehetővé teszi a kifejlesztett technika alapján a metán és a nehezebb szénhidrogének koncentrációjának külön mérését a természetes és kapcsolódó olajgázok levegőelegyében bármilyen arányban komponensek a keverékben.

2. A TRAL sorozatú lézer gázelemző készülékek kifejlesztett modelljei, a spektrum középső IR tartományában, lehetővé téve több mint 12 gáz koncentrációjának MPC-nél és alatt történő mérését legfeljebb 2 km hosszú utakon tükör vagy tükör segítségével. topográfiai visszatükröző.

3. A szerző által a XeC1 excimer lézer alapján létrehozott UV-ózon lidar, amely megszakítás nélküli, hosszú távú hangzást biztosított az ózonoszféráról Tomszk felett a szibériai lidar állomáson 13-45 km magasságban, maximális függőleges felbontással 100 m.

A mű tudományos újszerűsége.

Először kiválasztották és kísérletileg tesztelték a légköri IGM hangzás informatív hullámhosszait;

Számos egyedi mobil és stacionárius útvonali gázelemző készüléket hoztak létre hangolható molekuláris lézereken alapuló sugárzási frekvenciaváltókkal, amelyek lehetővé teszik az atmoszféra gázösszetételének többkomponensű elemzésének gyors elvégzését;

Méréseket végeztek az MGM (például C2H4, NH3, H2O, CO2, CO, O3, N0 stb.) Koncentrációjának napi változásaiban az ország ökológiai szempontból tiszta, jelentős antropogén terhelésnek kitett régióiban;

A Tomszk feletti ozonoszféra klimatológiai jellemzőit először az ózon vertikális eloszlásának profiljának rendszeres és hosszú távú mérése alapján határozták meg;

A munka eredményeinek felhasználása. A gázelemző készülékekkel nyert adatokat 1979-1980-ban mutatták be a Szovjetunió Olimpiai Bizottságának. Moszkvában, valamint a város környezetvédelmi szervezeteinek Tomszk, Kemerovo, Szófia (NRB). Felvették az IAO SB RAS különféle RFBR-támogatásokról, megállapodásokról, szerződésekről és programokról szóló zárójelentéseibe, például a "TOR" (troposzférikus ózonkutatás), a "SATOR" (sztratoszférikus és troposzférikus ózonkutatások) és másokról.

A munka gyakorlati értéke a következő:

Optikai-akusztikus gázelemzőt fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi a metáncsoport szénhidrogénösszegének, valamint a metán és a nehezebb szénhidrogének külön-külön koncentrációjának nagy pontossággal történő mérését természetes és kapcsolódó kőolaj gázok keverékében. Ennek a gázelemzőnek az segítségével lehet keresni az olajat és a gázt a föld felszínére a szénhidrogénmezők fölött kijövő gázok haloival;

A kifejlesztett útvonal-gázelemzők lehetővé teszik az MPC-nél és az alatt lévő gázkeverékek koncentrációjának mérését az elsőbbségi szennyező gázok széles listájából;

Csatornát hoztak létre az ózon CJIC vertikális eloszlásának vizsgálatára egy 0, 0,5 m-es vevő tükör alapján, amely lehetővé teszi a megbízható VOD-profilok megszerzését 13-45 km magasságtartományban, 100 m maximális felbontással.

A munka eredményeinek megbízhatóságát a következők biztosítják: -a kifejlesztett gázelemzőkkel nyert kísérleti adatok és más módszerekkel egyidejűleg nyert adatok jó megegyezése, valamint; adat; más szerzők hasonló éghajlati és ökológiai körülmények között szerezték meg;

A sztratoszférában található VOD-profilok jó egybeesése, a lidar, ozonoszondák adatokkal mérve, valamint a használt eszközök hibáján belüli műholdas mérések | (tizenöt %).

Személyes hozzájárulás. Ebben a munkában a szerző által személyesen vagy közvetlen részvételével elért eredményeket használtuk fel. Ez a szerző részvétele mind a gázelemző készülékek építésének általános sémáinak, mind azok egyedi optikai-mechanikai és elektronikus szerelvényeinek és blokkjainak kidolgozásában a szerelési és üzembe helyezési munkák elvégzésében. A létrehozott gázelemző készülékek mérési technikáinak, teszt- és expedíciós ^ és terepi tesztjeinek kidolgozása - a munkában szintén bemutatva - a szerző közvetlen részvételével zajlott. 1996 óta az ozonoszféra állapotának gyakorlatilag minden megfigyelését a CJIC-nél a szerző aktív részvételével végezték. Továbbfejlesztett CJIC csatornát hozott létre az ózon vertikális eloszlásának érzékelésére egy XeC1 lézer és egy 0, 0,5 m-es vevő tükör alapján.Az RFO adatok újbóli elemzése a szerző által lehetővé tette az ozonoszféra klimatológiájának sajátosságainak meghatározását. Tomsk felett.

A gázelemzők fejlesztési folyamata, azok tesztjei, az expedíciós munka során kapott eredmények feldolgozása, az ilyen nagy mennyiségű empirikus információ hosszú távú felhalmozása a BPO-n és annak elemzése nem valósulhatott volna meg a testület aktív részvétele nélkül. egész csapat, amely nélkül ez a dolgozat nem valósult volna meg. A probléma megállapítását és a tudományos vezetést a különböző szakaszokban a levelező tag végezte el. RAS Zuev V.V. és Ph.D. Khmelnitsky G.S. A gázanalizátorok fejlesztését, valamint azok tesztjeit és terepi tesztjeit a fizikai és matematikai tudományok doktorával közösen hajtották végre. Andreev Yu.M., a fizika és a matematika doktora Geiko P.P., Shubin S.F. kutató Az informatív hullámhosszak felkutatásának elméleti munkáját Ph.D. Mitselem A.A., fizika-matematika doktor Kataev M.Yu., a fizika és matematika kandidátusa Ptashnikom I.V., Ph.D. Romanovsky O.A. A Lidar VOD méréseket vezető kutatóval közösen végeztük A. V. Nevzorov, Ph.D. Burlakov V.D. és d.ph-m.s. Marichev V.N., valamint a hangzási adatok feldolgozása Ph.D. Bondarenko SL. és d.ph-m.s. Elnikov A.V.

A munka elfogadása. A disszertáció témájával kapcsolatos, a szerző által elért főbb eredményeket 11 cikk jelentette meg orosz tudományos szakértői folyóiratokban, amelyekről a VI., VII. És XI. All-Union szimpóziumokon számoltak be a lézerről és az akusztikus hangzásról (Tomsk, 1980 1982, 1992); VI. All-Union szimpózium a lézersugárzás terjedéséről a légkörben (Tomsk, 1881); XII. A koherens és nemlineáris optikáról szóló egész Unió szakos konferencia (Moszkva, 1985); V. Nemzetközi iskolák: I. szeminárium a kvantumelektronikáról. Lézerek és alkalmazásuk (NRB, Napospart, 1988); A Nemzetközi Légköri Fizikai és Meteorológiai Szövetség 5. tudományos közgyűlése (Reading, Egyesült Királyság, 1989); XI. Szimpózium a lézerről és az akusztikus hangzásról (Tomsk, 1992); És III, IV és VI köztársaságközi szimpóziumok "A légkör és az óceán optikája" (Tomsk, 1995, 1996, 1997 és 1999); III. Szibériai találkozó az éghajlat- és ökológiai monitoringról (Tomsk, 1999); I. interregionális találkozó "A szibériai folyók és az Északi-sarkvidék ökológiája" (Tomsk 1999); VII. Nemzetközi Szimpózium a légköri és óceánoptikáról (Tomsk 2000); VIII. És IX. Nemzetközi szimpózium a légköri és óceánoptikáról, valamint a légköri fizikáról (Tomsk 2001 és 2002); 11 Műhely a légköri sugárzás méréséről (Atlanta, USA 2001); IX. "A szibériai aeroszolok" munkacsoport (Tomsk 2002); 21. és 22. Nemzetközi Lézerkonferencia (Quebec, Kanada, 2002, Matera, Olaszország 2004); II. Nemzetközi konferencia "Szibéria, a Távol-Kelet és az Északi-sarkvidék környezete és ökológiája" (Tomsk 2003); Nemzetközi konferencia az optikai technológiákról a légköri, az óceáni és a környezeti kutatás számára (Peking, Kína 2004).

A dolgozat felépítése és terjedelme. A disszertációs munka egy bevezetőből, három fejezetből és egy következtetésből áll. A dolgozat terjedelme 116 oldal, 36 ábrát, 12 táblázatot tartalmaz. A felhasznált irodalom felsorolása 118 címet tartalmaz.

A tézis következtetése a "Kísérleti fizika eszközei és módszerei" témában

Következtetés

A dolgozat során a szerző a csapat részeként a következőket tette:

Optikai-akusztikus gázelemzőt fejlesztettek ki a helyi gázelemzéshez, amelynek segítségével tanulmányozni lehet a szénhidrogének térbeli eloszlását (motoros hajón végzett több expedíció során) azokon a területeken, ahol olajmezők találhatók. Az olajmezők területén a levegőmintákban mért szénhidrogéntartalom-növekedés megerősítette a szénhidrogénmezők fölötti gázhalogének jelenlétének feltételezését és annak lehetőségét, hogy ezt a gázelemzőt olaj- és gázmezők keresésére használják;

Kidolgozták és létrehozták a spektrum IR-tartományában működő differenciálabszorpciós módszerrel működő, ún. Lézeres gázanalizátorok komplexét, amely lehetővé teszi több mint 12 gáz koncentrációjának mérését az MPC-nél és alatt.

Kidolgozták az IGM légköri mérésének technikáját;

A kifejlesztett eszközök teljes körű tesztelésére került sor;

Az informatív hullámhossz párokat kísérletileg teszteltük, és következtetéseket vontunk le azok alkalmasságáról a gázelemzés céljára az MIS szerint;

Vizsgálatokat végeztek az IGM időbeli dinamikájáról az ország ökológiailag tiszta régióiban, amelyek jelentős antropogén terhelésnek vannak kitéve;

Az MGM koncentrációk összehasonlító mérését a kifejlesztett lézer gázelemzőkkel és szabványos módszerek alapján működő műszerekkel végeztük, amelyek jól egyeztették a kapott eredményeket;

Létrehoztak egy csatornát a vertikális ózoneloszlás (VOD) vizsgálatára a sztratoszférában (a 0, 0,5 m-es vételi tükör alapján). A CJIC létrehozta a csatornát, amely hosszú távon megbízható VOD-profilokat nyújtott Tomszk felett, megerősítve a műholdakkal és az ózonszonda adatai. Ez lehetővé tette klimatológiai vizsgálatok elvégzését és a sztratoszféra ózontrendjeinek értékelését, amelyek azt mutatták, hogy az alsó sztratoszférában 26 km alatti magasságban az ózonkoncentráció évközi változásaira tavasszal maximum, ősszel pedig minimum, és 26 km feletti magasság, a maximális eltolódás a nyárra, a minimum pedig a télre ... 26 km tengerszint feletti magasságban, amelynek területén a ciklus szünete található, az ózonoszféra két részre oszlik: alul viselkedését főként dinamikus folyamatok, felül pedig fotokémiai folyamatok határozzák meg. A VOD évenkénti változásainak részletesebb vizsgálata lehetővé teszi a következő pontok kiemelését: a) 14 km magasságban, ahol nyilvánvalóan a tropopauza magasságának ingadozása még mindig jelentős, lokalizált maximum nem figyelhető meg; b) a 18 km-ig terjedő tartományban a legnagyobb szezonális ingadozás februárban, a 20-26 km-es tartományban pedig márciusban fordul elő; A VOD-n belüli évenkénti változások és az éves TOC-eltérések közötti legnagyobb megfelelés a 20-24 km-es magasságtartományban figyelhető meg, különösen 22 km-es magasságban. c) minden magasságban a BPO trendek statisztikailag jelentéktelenek voltak. Sőt, az ózonoszféra alsó részén gyengén negatív értékek, a felső részen pedig gyengén pozitívak. A sztratoszférikus ózon lokalizációjának területén legfeljebb 20 km) a negatív trendek értéke kicsi (-0,32% évente). Ezek az eredmények összhangban vannak egy jelentéktelen statisztikailag jelentéktelen TO trenddel (0,01 + 0,026% évente) ugyanabban a hatéves időszakban.

Források felsorolása disszertáció és absztrakt a fizikából, fizikai és matematikai tudományok kandidátusa, Dolgij, Szergej Ivanovics, Tomszk

1. Kuznyecov IE, Troitskaya TM A légmedence védelme a káros anyagokkal való szennyeződéstől. - M.: Chemistry, 1979. - 340 p.

2. Bespamyatov GP, Bogushevskaya KK és mtsai. A káros anyagok maximális megengedett koncentrációja a levegőben és a vízben. Ed. 2. sáv és add hozzá. L.: Kémia, 1975–455.

3. Detry J. A légkörnek tisztának kell lennie. M., 1973. - 379 o.

4. Khrgian A. X. A légköri ózon fizikája. L.: Gidrometeoizdat, 1973.-292. O.

5. Bazhin N.M. Metán a légkörben. // Soros oktatási folyóirat, 2000. T. 6. No. 3.-С. 52-57.

6. Hinkley E.D., Melfi S.H. et al. A légkör lézeres monitorozása. - Berlin, Helidelberg, New-York: Springer-Verlag, 1976.-416 p.

7. Omenetto H. Analitikai lézerspektroszkópia. M., Mir 1982. 606 p.

8. Schotland R.M. A légköri gázok függőleges profiljának detektálása földi optikai radar segítségével. // Proc. 3. szimpózium a környezet távérzékeléséről, Michigan: Ann, Arbor, USA, 1964. P. 215-224.

9. Uchino O., Maeda M., Hirono M. - Az excimer lézerek alkalmazása a felső légkör lézerradar megfigyelésére // JEEE J. Qucnt Electr., 1979, V. QE 15, N 10, P. 10 S 4-1100.

10. Grant W.B., Hake R.D. SO2 és O3 távmérés differenciálabszorpciós technikával // J. Appl. Phys. -1975.V. 46, 5. sz. - P. 3019-3024.

11. P. Khmelnitskiy GS A légkör gázainak finanszírozása egy hangolható CO2 lézer sugárzásának molekuláris abszorpciójával. Dis. Folypát. fiz-mat. tudományok. - Tomsk. 1979. - 241 s.

12. Middleton W. E. K., Spilhaus A. F., // Meteorological Instruments, Univ. Toronto Ptress, Toronto, 1953, p. 208.

13. Ku R. T., Hinkley E. D. és mtsai. A légköri szén-monoxid hosszú távú monitorozása hangolható dióda lézerrel // Appl. Opt.-1975- V.14. 4. szám, - P. 854-861.

14. Hinkley E.D., Ku R.T., Nill K.W. et. al. Hosszútávú figyelés: fejlett műszerek hangolható dióda lézerrel // Appl. Opt.-1976- V.15. N 7. - P.1653-1655.

15. Samokhvalov IV, Sosnin A.B., Hmelnickij G.S. Néhány gáz koncentrációjának meghatározása a légkör vízszintes útvonalain hangolható CO2 lézerrel. // Journal of Applied Spectroscopy, 1980. V.32. Probléma 3.- S. 525-531.

16. Intézkedések R.M., Pilon G.A. A hangolható lézertechnikák vizsgálata az atmoszféra adott gáznemű alkotórészeinek távoli feltérképezéséhez, Opto-electronics 4, P. 141-153 (1972).

17. Byer R.L. Távoli levegőszennyezés mérése. // Optikai és kvantumelektronika 1975. V. 7. P. 147-177.

18. Asai K., Igarashi T. Az ózon kimutatása differenciális abszorpcióval C02 lézerrel. // Opt. Quant. Electron., 7. P. 211-214 (1975).

19. Fredriksson K., Galle B., Nystrom K., Svanberg S. Lidar System Applied in Atmospheric Pollution Monitoring. // Appl. Opt. 18 P. 2998-3003 (1979).

20. Murray E. R., Hake R. D. és munkatársai, - Atmoszférikus vízgőz mérések 10 mikrométeres DIAL rendszerrel. // Appl. Phys. Lett. 28. P. 542-543 (1976).

21. Wetkam C. A hidrogén-klorid eloszlása \u200b\u200ba hulladékégető hajók szilvájában: Új mérőrendszerek, hulladékok kifejlesztése az óceánban. Vol. 3, Wiley. 1981.

22. Husson N., Chedin A., Scott N.A. et al. A GEISA spektroszkópos vonalparaméterek adatbankja. -Annales Geophysical. Fass. 2, Ser. A. (1986).

23. Rothman L. S., Gamache R. R., Goldman A. Et al. // Appl. Dönt. 1987 V.26. 19. sz. -P. 4058-4097.

24. Butkevich V.I., Privalov V.E. A lézerek precíziós analitikai mérésekben való felhasználásának jellemzői. // ZhPS, T. 49. No. 2. S. 183-201.

25. Philip L. Hanst. A légszennyezés mérése hosszú utat elnyelő spektroszkópiával. // Proc. Második gyakornok. Tiszta levegő kongresszus. Washington D. C., 1970. december 6–11., NY-London, 1971. P. 492-499.

26. Eugenio Zanzottera Differenciálabszorpciós lidar technikák a nyomokban lévő szennyező anyagok és a légkör fizikai paramétereinek meghatározásában. Analitikai kémia, 1990, V. 21, 4. szám, P. 279-319.

27. Grasyuk A.3., Letokhov B.C., Lobko B.B. Molekuláris IR lézerek rezonáns lézer szivattyúzással (áttekintés). // Quantum electronics, 1980. T. 7. No. 11.- S. 2261-2298.

28. Hinckley E. D., Neill C. V., Bloom F. A. Infravörös lézerspektroszkópia hangolható lézerek segítségével. / Atomok és molekulák lézerspektroszkópiája. -M.: Mir, 1979. S. 155-159.

29. Bertel I. M., Petukhov V. O., Trushin S. A., Churakov V.B. TEA COr-lézer hangolható a szekvencia 2. sávjának vibrációs-forgási vonalai mentén. // Preprint No. 262, Fizikai Intézet, BAN SSR, Minszk, 1982. -30 p.

30. Killinger D.K., Menyuk N., DeFeo W.E. A CO távérzékelése a kétszeres C02 lézersugárzás alkalmazásával // Apll. Phys. Lett. 1980. V. 36. P. 402-405.

31. Andreev Yu.M., Bochkov D.S., Voevodin V.G. et al. CO2-lézer második harmonikusának előállítása ZnGeP2 kristályokban. // A könyvben: Tr. VII. All-Union szimpózium a légkör lézeres és akusztikus hangzásáról. 1982. - S 306-309.

32. Andreev Yu.M., Vedernikova T.V., Betin A.A. et al. CO2 és CO lézersugárzás konvertálása ZnGeP2 kristályban 2,3-3,1 jx spektrális tartományba. // Sov. J. Quantum Electron., 15.-P. 1014-1015.

33. Andreev Yu.M., Geiko P.P., Zuev V.V. Az IR lézerek nagy hatásfokú átalakítása ZnGeP2 és CdGeAs2 segítségével. // Az American Physical Society értesítője. 1987. V. 32.-P.1632-1633.

34. Churnside J.H. Wilson J.J., Gribenicov A.I., Shubin S.F., Dolgii S.I., Andreev Y.M., Zuev V.V., CO2-lézer frekvenciaátalakítása ZnGeP2-vel. NOAA műszaki memorandum ERL WPL-224. Hullámterjesztő laboratórium, Boulder, Colorado, 1992. július, 18. o.

35. Andreev Yu. M., Geiko P.P. és mtsai. A koherens sugárzás ígéretes forrása a légkör lézergáz-elemzéséhez egy nemlineáris Tl3AsSe3 kristály alapján. // A légkör és az óceán optikája, 1988. T. 1. No. 1. P. 126129.

36. Wittemann W. CO2 lézer. Per. angolról Moszkva: Mir, 1990, 360 p.

37. Megie G. és mtsai. A sztratoszférikus ózon függőleges profiljai a földről hallható lidarral. // Nature 1977. V. 270. No. 5635. P. 349-351.

38. V. V. Zuev. A sztratoszférikus változások távoli optikai monitorozása. Tomsk: MGP "Rasko", 2000. - 140 p.

39. Bell F.G. Optp-akusztikus hullámok generálása. // Philos. Mag., 1881. V. 11. -P.510-513

40. Veingerov M.L. DAN SSSR, 1938, T. 19., 687. o.

41. Kerr E.L., Atwood J.G. A lézerrel megvilágított abszorpciós spektrofon: módszer a gyenge abszorpcióképesség mérésére lézer hullámhosszon. // Appl. Opt, 1968. V. 7. No. 5.-P. 915–921.

42. Ageev B.G., Kapitanov V.A. Ponomarev Yu.N. Optikai-akusztikus lézeres gázelemző készülékek. // Tudomány a termeléshez 2003. № 9. P. 30-31.

43. Dewey C. F., Opto-fcoustic-spektroszkópia. Optikai technika, 1974, V. 3, P. 483-488.

44. Goldan P., Goto K. Akusztikusan rezonáns rendszer az alacsony szintű infravörös abszorpció detektálására a légköri szennyezőkben. J. J. Appl. Phys., 1974. V. 45. No. 10. -P. 4350-4355.

45. Max E., Rosengren L.G. A rezonáns optoakusztikus gázkoncentráció detektor jellemzői. // Optics Communications, 1974. V.l 1. No. 4. P.422-426.

46. \u200b\u200bAntipov A.B, Kapitanov V.A., Ponomarev Yu.N., Sapozhnikova V.A. Optikai-akusztikus módszer a molekuláris gázok lézerspektroszkópiájában. -Novoszibirszk: Nauka, 1984.128. O.

47. Shumate M. S., Menzies R. T., Margolis J. S., Rozengren L. G. A széndioxid lézersugárzás vízgőzfelvételét. // Appl. Opt., 1976. V. 15. No. 10. -P. 2480-2488.

48. Sidorenko A.B., Sidorenko C.A. // A könyvben: A fosszilis üzemanyagok geológiájának és geokémiájának modern problémái. Moszkva: Nauka, 1973.

49. Sidorenko A.V., Sidorenko S.A., Tenyakov V.A. Ülő-metamorf folyamatok és a földkéreg "gázlégzése". // DAN, 1978. T. 238. No. 3-С.705-708.

50. Bartashevich OV, Zorkin JI.M., Zubaykin C.JI. Az olaj- és gázmezők kutatásának közvetlen geokémiai módszereinek alkalmazásának alapelvei és eredményei. Autokémiai módszerek az érclelőhelyek kutatására. Essentuki, 1976 - S. 41–47.

51. Biryulin V.P., Golubev O.A., Mironov V.D., Popov A.I. A gáz és olaj lerakódások geokémiai kutatása a metán távoli lézerspektrometriás módszerével a felszíni levegőben. // Olaj és gáz geológiája, 1979. 4.-P. 27-31.

52. Kolobashkin V.M., Popov A.I. A lézerabszorpciós módszer új lehetőségei. // Nature, 1981. №7. S.50-57.

53. Mironov V.D., Popov A.I., Sadchikhin A.V. // ZhPS, T. 33. szám. 4. 1980. -S. 742-744.

54. Dolgiy S.I., Ippolitov I.I., Khmelnitsky G.S., Shubin S.F. Lézeres rezonáns optikai-akusztikus gázelemző készülék a kis légköri szennyeződések ellenőrzésére. // L.: Hangszerkészítés 1982, T. XXV. No. 12 S. 71-74.

55. Antipov A.B., Antipov B.A., Sapozhnikova V.A. Egyes szénhidrogének abszorpciós együtthatói a lézertermelő tartományban, A \u003d 3,39 μm. // Izvestiya VUZov, fizika. 1974. No. 2. S. 157-158.

56. Makushkin Yu.S., Micel A.A., Khmelnitsky G.S. A légköri gázok lézeres abszorpciós diagnosztikája. // ZhPS, 1981. T. 35. Issue. 5.S 785-791.

57. Andrejev Yu.M., Zuev V.V., Romanovsky O.A. Automatizált rendszer az optimális hullámhosszak megtalálására a gázelemzéshez differenciál abszorpcióval. M: VINITI, 1988. No. 4059-B88 62 S.

58. Kémiai enciklopédia. M.: Szovjet enciklopédia, 1988., 1.1. C.476-477

59. Méri az R. M. Lidar egyenletelemzést, amely lehetővé teszi a lézeres impulzus időtartamának és a detektor integrációs periódusának célját. // Appl. Opt. 16 1092, 1977.

60. Krekov G.M., Rakhimov R.F. A kontinentális aeroszol optikai elhelyezkedési modellje. Novoszibirszk: Science 1982.-196 p.

61. A. I. Karapuzikov, I. V. Ptashnik. és mások, Egy hangolható TEA CO2 lézer sugárzásán alapuló helikopter-lidár használatának lehetőségei a metánszivárgások észlelésére. // A légkör és az óceán optikája, 1999. V. 12. No. 4.-P. 364-371.

62. Rothe K.W., Walther N., Werner J. Differenciálabszorpciós mérések rögzített frekvenciájú IR és UV lézerekkel // Optikai és lézeres távérzékelés. Gyilkos

63. D. K. és Mooradian A., szerk., Springer-Verlag, Berlin, 1983.

64. Murray E.R. A gázok távmérése diszkréten hangolható infravörös lézerekkel. // Opt. Eng. 16., 1977. 284.

65. Prokhorov A.M., Bunkin F.M., Gochelashvili KS, Shishov V.I. Lézersugárzás terjedése véletlenszerű inhomogén közegben. // UFN, 1974.- S. 415-456.

66. Gurvich A.S., Kon A.I. et al. Lézersugárzás turbulens légkörben. Moszkva: Nauka, 1976. - S. 279.

67. Sedin V.Ya., Hmelelevcov S.S. A fókuszált fénysugarak kibővítése turbulens légkörben. // Izv. Egyetemek. Ser. Fizika, 1972., 3. sz. -S.91-96.

68. Selby J.E.A. és McClatchey R.A. Légköri áteresztőképesség 0,25 és 28,5 óra között: LOWTRAN 2. számítógépes kód // Tech. Rep, AFCRL-TR-72-0745, 1972.

69. Zuev V. E. Látható és infravörös hullámok terjedése a légkörben. -M.: Sov. Rádió, 1970. - 496 p.

70. McClatchey R.A., Benedict W.S., Clough S.A. et al. / AFCRL Légköri abszorpciós vonal paramétereinek összeállítása. // Tech. Rep, AFCRL-TR-73-0096, ERP, 434. szám, 1973.

71. Rothman L.S., Gamache R.R., Goldman F. és mtsai. A HITRAN adatbázis: 1986-os kiadás. // Appl. Dönt. 1987. V. 26. No. 19. P. 4058-4097.

72. Bondarenko S.L., Dolgiy S.I., Zuev V.V., Kataev M.Yu., Mitsel A.A., Pelymsky O.A., Ptashnik I.V. és mtsai. A légkör felszíni rétegének többkomponensű lézeres elemzése. // A légkör és az óceán optikája, 1992. T. 2. No. 6.-P.611-634.

73. Dolgiy S.I., Kudinova L.P., Mitsel A.A., Khmelnitsky G.S., Shubin S.F. Rendszer a gázok koncentrációjának meghatározására CO2-ben hangolható lézerrel. / Rendszerek atmoszférikus optikával végzett kísérletek automatizálásához. - Tomsk, 1980. - S. 67-78.

74. Zharov V.P., Letokhov B.C. Lézeres optikai-akusztikus spektroszkópia. -M. Science, 1984.-320 p.

75. Andrejev Yu.M., Voevodin V.G., Gribenyukov A.I. és mtsai. Nyomkövető gázelemző készülék hangolható CO2 lézer alapján, frekvencia duplázóval. // ZhPS 1987. T. 47. No. 1. - P. 15-20.

76. Dolgiy SI, Khmelnitsky G.S., Shubin SF. Távoli gázelemzés a légkörben diszkréten hangolható CO2 lézerrel. Eljárások: Lézeres abszorpciós módszerek a gázok mikrokoncentrációinak elemzésére. - M.: Energoatomizdat, 1984. - S. 121-130.

77. Tikhonov A.N., Arsenin V.Ya. Módszerek a rosszul felvetett problémák megoldására. Moszkva: Nauka, 1974, 351 p.

78. Dolgiy S.I., | Zuev V.V., Smirnov S.V., Shubin S.F. IR lézeres gázelemző készülékek a "TRAL-3" és a "TRAL-ZM" differenciálabszorpcióhoz. // Atmospheric Optics, 1991. T. 4. No. 5. - P. 515-521.

79. Kémia. Útmutató. Per. vele. JI.: Kémia. 1975. - 575 o.

80. Dolgiy S.I., Ippolitov I.I., Khmelnitsky G.S., Shubin S.F. A lézersugárzás csillapításának vizsgálata Moszkva olimpiai légkörében. / A lézersugárzás légkörben történő terjedéséről szóló VII. All-Union Symposium kivonatai. Tomsk 1981.- P.62-65.

81. Elnikov A.B., Zuev V.B., Bondarenko S.L. A sztratoszférikus ózonprofilok rekonstrukciója a lidar hangzású adatokból // A légkör és az óceán optikája. 2000. T. 13. No. 12 S. 1112-1118.

82. Claude H., Sconenborn F., Streinbrecht W., Vandersee W. DIAL ózonmérések a Met. Obs. Hohenpei | 3enberg: Klimatológia és trendek. // Proc. 17. ILRC Abst. papírok, Sendai, Japán. 1994. P. 413-415 Sendai, Japán. L994. P.

83. McDermit Optikai rendszerek tervezése sztratoszférikus lidar rendszerhez // Appl. Dönt. 1995 V34. N. 27 P. 6201-6210.

84. Godin S., David C., Lakoste A.M. Szisztematikus ózon- és aeroszol-lidár mérések OHP-n (ÉSZ 44 °, 6 ° K) és Dumont // Abstr. A 17. ILRC írásaiból. Sendai, Japán. P. 409-412. 1994.

85. Stefanutti L., Castagnoli F., DelGuasta M. et al. Négy hullámhosszú depolarizáció visszaszóró LIDAR az IISC monitorozáshoz // Appl. Phys. 1992, V. B55. P.13-17.

86. Tikhomirov A.A. Hardveres módszerek osztályozása a lidar jelek dinamikus tartományának tömörítésére és azok értékelési szempontjai // Tez. VII. Jelentés az egész unióról. Tökfilkó. By laz. És akusztikus. Szonda. Légkör. -Tomszk: TF SO AN SSSR, 1982.- S 173-176.

87. Pravdin B.JL, Zuev V.V., Nevzorov A.V. A PMT erősítés elektronikus vezérlése nagy dinamikatartományú lidar jelek regisztrációja során a fotonszámlálási módban // Atmosphere and Ocean optika, 1996. V. 9. No. 12 P. 1612-1614.

88. Zuev V.V., Elnikov A.V., Burlakov V.D. A középső légkör lézeres hangzása. / A Corr általános szerkesztősége alatt. RAS V.V. Zueva Tomsk: RASKO, 2002.-352 p.

89. Flee J. A., Morris J. R., Feit M. D. // Appl. Phys. 1976. V.10.sz. 1.-P.129-139

90. Astafurov V.G., Micel A.A. A lidar jel feldolgozásának sajátosságai a légköri gáz szennyeződésének mérésekor. // Autometria. 1984. 1.-C. sz. 92-97.

91. Marichev V.N., Zuev V.V., Khryapov P.A., Dolgiy S.I., Nevzorov A.V. Lidar megfigyelések a sztratoszférikus ózon vertikális eloszlásáról Tomszk felett 1998 nyarán // Atmospheric Optics, 1999. V. 12. 5. sz., - 428-433.

92. Elnikov AV, Zuev VV és mtsai. Nyugat-Szibéria feletti sztratoszférikus ózon lidar megfigyelésének első eredményei. // Légköri optika, 1989. V.2. No. 9. S. 995-996.

93. Dolgiy S.I., Zuev V.V., Marichev V.N., Sharabarin E.V. Kísérlet eredményei az ózon és a hőmérséklet lidar érzékelésével a troposzférában és a sztratoszférában. // Légköri optika, 1996. T. 9. No. 8- P. 11231126,.

94. Hosszú SI ,. Zuev V.V., Marichev V.N., Kataev M.Yu., Nevzorov A.V. A DP-lidar funkcionális képességeinek bővítése. A könyvben: A IV Szimpózium kivonatai // A légkör és az óceán optikája, 1997, 210. o.

95. Zuev V.V., Kataev M.Yu., Mitsel A.A. A sztratoszférikus ózon adatok feldolgozása kéthullámú UV-DP lidarral: SOUND számítógépes kód. // Izvestiya vuzov Physics, 11. sz. 2672-B94 sz. 25-es évek.

96. Bondaernko C.JI. A sztratoszférikus ózonréteg jellemzőinek rekonstrukciója kísérleti adatok alapján. Ph.D. értekezés - Tomsk, 2002. - 136 p.

97. Nakane N., Sugimoto N., Hayashida S., Sagano Ya., Matsui I. A sztratoszférikus ózon függőleges profiljainak ötéves lidáris megfigyelése NIES-ben, Tsukuba (36 ° É, 140 ° K) // Proc 17- th ILRC Sendai, Japán. 1994.-P.416-419.

98. Krueger A.J., Minzner R.A. Közepes szélességű ózonmodell az 1976-os amerikai szabványos légkörhöz. // Geophys. Res. 1976. V. 81. No. 24. P. 4477-4487.108. http: //www-sage2.larc.nasa.gov/introdaction.

99. Dolgiy S.I., Zuev V.B., Bazhenov O.E. A sztratoszférikus ózon klimatológiája és trendjei Tomszk felett. // A légkör és az óceán optikája, 2004. Vol.17.№4.-С. 312-316.

100. Zuev V.V., Dolgii S.I., Bondarenko S.L., Bondarenko M.A. A szibériai Lidar állomáson kapott vertikális ózoneloszlás profiljának összehasonlítása a műholdas adatokkal. // A SPIE folyamata. 2004, V. 5743. P. 498-501.

101. Zuev V.V., Dolgii S.I., Nevzorov A.V. A sztratoszférikus ózon klimatológiája és trendje Tomszk felett az 1996-2003 közötti időszakban. // A 22. Nemzetközi Lézerradar Konferencia kivonatai. Matera, Olaszország. P. 585-589.

102. Zuev V.V., Dolgii S.I., Nevzorov A.V. DIAL-mérések a sztratoszférikus ózon felett Tomszk felett az 1996-2003-as időszakra (klimatológia és trendek)., // In: Abstracts of ICOT 2004 Beijing, China., 2004. P 12.

103. Dolgiy S.I. A szennyezés átfogó tanulmányainak eredményei az olaj- és gázmezők területén. // Az I. interregionális találkozó "A szibériai folyók és az Északi-sarkvidék ártereinek ökológiája" anyagai / alatt. szerk. Zueva V.V., Novoszibirszk: Az SB RAS kiadója, 1999, 171-176.

104. Zuev V.V., Zuev V.E., Burlakov V.D., Dolgiy S.I., Elnikov A.V., Nevzorov A.V. A sztratoszférikus aeroszol és az ózon klimatológiája hosszú távú megfigyelések szerint a szibériai lidári állomáson. // A légkör és az óceán optikája, 2003. T16. No. 8. P.719-724.

105. VD Burlakov, SI Dolgiy, AV Nevzorov. A szibériai lidar állomás mérőkomplexumának modernizálása // A légkör és az óceán optikája, 2004. 17. évf. 10. sz. P.857-864.

106. V. V. Zuev, S. I. Dolgiy. A sztratoszférikus ózon klimatológiája és trendjei Tomszk felett. // A „Szibéria, a Távol-Kelet és az Északi-sarkvidék környezete és ökológiája (EESFEA-2003) II. Nemzetközi Konferencia anyagai (EESFEA-2003) Tomsk, 2003. T. 1.-P. 74.

107. Shvartsev SL., Savichev O. G. A folyó vizeinek komplex ökológiai és geokémiai vizsgálata. Selyemöv. // A "Szibériai folyók és az Északi-sarkvidék ökológiája" című I. interregionális találkozó anyagai. Tomsk, 1999. - S. 110-115.

108. Belitskaya E.A., Guznyaeva M.Yu. és egyéb szerves szennyeződések a középső Ob vizein. // A "Szibériai folyók és az Északi-sarkvidék ökológiája" című I. interregionális találkozó anyagai. Tomsk, 1999. - S. 122-129.

1. fejezet Az optikai-akusztikus spektroszkópia módszere

1.1. Lézeres optikai-akusztikus gázelemző készülék "LAG-1"

2. fejezet Útvonal differenciálabszorpciós gázelemzők

2.1. Hosszú útú differenciálabszorpciós módszer

2.2. Informatív spektrális tartományok elemzése az IGM hangzásához MIS segítségével

2.3. Paraméteres konverterek teljesítményjellemzői

2. 4. Informatív hullámhosszak megválasztása

2. 5. "Resonance-3" gázelemző

2. 5. 1. Regisztrációs blokk

2. 6. "Tral" gázelemző

2. 7. "Tral-3" és "Tral-Zm" IR lézeres gázelemzők

2. 8. "Tral-4" lézeres gázelemző

2. 8. 1 "Tral-4". Terepi mérések eredményei

2. 9. "Rezonancia-3", "Vonóháló". A légkör IGM terepi mérésének eredményei

3. fejezet: Az ózonoszféra távoli lézeres megfigyelése differenciál abszorpciós lidarral

3.1 Módszerek a lidar jel dinamikus tartományának csökkentésére

3.2 Figyelembe véve az egyelektronos impulzusok „tapadási” tényezőjét

3.3 Az ózon SLS vertikális eloszlásának hangcsatornája tükör alapján 0 0,5 m.

3.4 "ATOS" szoftvercsomag

3.5 A sztratoszférikus ózon klimatológiája és alakulása Tomszk felett az 1996-2003 közötti időszakra

3.5.1. A sztratoszférikus ózon évenkénti változékonysága

3.5.2. A sztratoszférikus ózon évközi változékonysága és trendjei

3.6 A lidar és a műholdas adatok összehasonlítása a VOD profilokon 102 Következtetés 104 Hivatkozások

A disszertációk ajánlott listája

A légkör lézeres érzékelése molekuláris abszorpcióval 2012, a fizikai és matematikai tudományok doktora Romanovsky, Oleg Anatolyevich
Aeroszol, hőmérséklet és a légkör fő nyomgázainak távoli optikai érzékelése 1998, Marichev fizika és matematika doktor, Valerij Nikolaevich
A sztratoszférikus aeroszolréteg függőleges-időbeli szerkezete a lézerhangzás eredményei alapján 2003, a fizikai és matematikai tudományok doktora Elnikov, Andrey Vladimirovich
A szibériai lidar állomás lézeres hangcsatornáinak technikai korszerűsítése 2005, Nevzorov, a műszaki tudományok kandidátusa, Alekszej Viktorovics
Matematikai módszerek, algoritmusok és szoftverek az optikai abszorpciós gázelemzés problémáinak megoldására 2001, a műszaki tudományok doktora, Katajev, Mihail Jurievics

Dolgozat bevezetése (az absztrakt része) a "Lézeres gázelemzők differenciálabszorpciós módszer alapján" témáról

A probléma sürgőssége. Korunk legfontosabb problémája a környezetvédelem. A környezet változásokon megy keresztül, különféle tényezők hatására. Különböző természeti jelenségekkel (vulkánkitörések, erdőtüzek, talajerózió stb.) Együtt az emberi tevékenység egyre fontosabbá válik a környezet befolyásolásának folyamatában. Az ipar, az energia, a mezőgazdaság és a közlekedés gyors fejlődése egyre növekvő antropogén hatással van a környezetre. Számos káros melléktermék aeroszol, gáz, háztartási és ipari szennyvíz, olajtermék stb. Formájában kerül a légkörbe, a hidroszférába és a litoszférába, amelyek negatívan befolyásolják az emberi lét biológiai viszonyait és a bioszféra egészét. .

Sok ország iparilag fejlett régióiban a légkör káros anyagainak tartalma néha meghaladja a megengedett legmagasabb normákat. A fő szennyezési források a következők: a) Nagy teljesítményű hőerőművek, amelyek szilárd, folyékony vagy gáznemű tüzelőanyagokkal működnek. A széntüzelésű hőerőművek villamosenergia-termelése hamu, kén-dioxid és nitrogén-oxidok kibocsátását jelenti a légkörbe. A földgáztüzelésű erőművek nem bocsátanak ki hamut és kén-dioxidot a légkörbe, de nitrogén-oxidok nagy mennyiségben. b) Vas- és színesfémkohászati \u200b\u200bvállalkozások. Az acélolvasztás por, kén-dioxid és szén-monoxid légkörbe történő kibocsátásával jár. c) A vegyipari vállalatok, amelyek sokkal kisebb mennyiségű káros anyagot bocsátanak ki a légkörbe, például a kohászati \u200b\u200bvállalkozásokkal összehasonlítva, a vegyipar sokfélesége és a településekhez közeli elhelyezkedésük miatt ezek a kibocsátások gyakran a legveszélyesebbek. Ismert például, hogy a vegyipar vállalkozásai több mint 100 olyan, különösen káros vegyi anyagot bocsátanak ki a légkörbe, amelyekre magas toxicitás jellemző, és amelyekre a maximális megengedett koncentrációkat (MPC) határozták meg. d) Az emberek egészségére és életére komoly veszélyt jelentenek a kipufogógázokba kerülő autók által kibocsátott káros anyagok, amelyek az ipari központok levegőjét szennyező összes mérgező szennyeződés mintegy 60% -át teszik ki. A járművek kipufogógázai mérgező anyagok széles skáláját tartalmazzák, amelyek közül a fő szén-monoxid, nitrogén-oxidok, szénhidrogének, rákkeltő anyagok, beleértve a 3,4-benzopirolt, kénes gázokat, ólmot, klórt, brómot és néha foszfort tartalmazó termékeket. ...

Mivel kiderült, hogy a klórciklus jelentős szerepet játszhat a sztratoszférikus ózon egyensúlyában, felhívták a kutatók figyelmét a fluor-klórozott szénhidrogének (freonok) esetleges felhalmozódására, amely megköveteli azok tartalmának ellenőrzését a troposzférában és különösen a a sztratoszféra, ahol részt vesznek az ózonréteg megsemmisítésében.bolygók - minden élőlény egyetlen pajzsa a Nap kemény ultraibolya sugárzásától. A freonok közvetlenül az aeroszolcsomagokból, baleseteknél pedig hűtőegységekből, légkondicionálókból stb. Jutnak be a légkörbe.

Komoly problémát jelent az úgynevezett üvegházhatású gázok felhalmozódása a légkörben: vízgőz, szén-dioxid, metán stb. (Ennek nyomon követése szintén szükséges), ami a környezeti hőmérséklet és az éghajlatváltozás növekedéséhez vezet. Így a metán tartalma a légkörben meglehetősen gyorsan növekszik - az ipari időszak kezdete óta körülbelül 150% -kal nőtt, míg a szén-dioxid-tartalom csak 30% -kal nőtt (mindkét gáz esetében a a koncentráció növekedése a 20. század második feléig meglehetősen alacsony volt, és az utóbbi évtizedekben jelentősen megnőtt).

Ennek a folyamatnak a következményei katasztrofálisak lehetnek bolygónk számára.

A Föld légkörének szinte minden gázalkotóját, a nitrogén, az oxigén és az argon kivételével, úgynevezett kisebb gázösszetevőknek (MGS) nevezik. Az IGM százalékos aránya a légkörben kicsi, de az antropogén faktor miatti tartalomnövekedés jelentős hatással van a légkörben számos folyamatra.

A mikroklíma a szennyezett légkör hatására változik; a fém- és vasbeton szerkezetek gyorsabb megsemmisítése (a korrózió miatt évente millió tonna fém és egyéb anyag veszít, a vidéki területeken a fémek korróziós aránya 4-5-szer alacsonyabb, mint az ipari területeken); a talajok savanyítása; a növényzet, állatok és madarak mérgezése és pusztulása; épületek és építmények, építészeti és művészeti emlékek vegyi megsemmisítése.

A nagy nómenklatúra, a légkörbe bocsátott nagy mennyiségű szennyező anyag, a természetben előforduló fizikai és kémiai folyamatok bonyolultsága, egy adott anyag környezetre gyakorolt \u200b\u200bhatásának elégtelen világos megértése nem teszik lehetővé az anyag pontos értékelését. az emberek által a környezetben okozott kár. Tudományosan megalapozott következtetések kidolgozásához és a Föld légköri állapotának változásainak előrejelzéséhez az egyes régiókban és globális szinten a gáz alkotórészeinek koncentrációjának rendszeres mérésére a meglévő eszközökkel, valamint új megfigyelési módszerek és eszközök kidolgozására van szükség.

A kérdés állama. Jelenleg a légkör szabályozására sokféle módszert alkalmaznak:

A gázelemzés kémiai módszereinek nagy csoportja mellett a gyakorlatban használt gázelemzők változást alkalmaznak a különböző gázok és gőzök hővezető képességében, koncentrációjuk függvényében, vagy mérik a hőmennyiséget az elemzett komponens mennyiségével arányosan termikus gázelemzőkben bekövetkező bizonyos kémiai reakció eredményeként felszabadul (felszívódik);

Az elektromos vonatkozású csoportba tartoznak: ionizáció, elektrokémiai és elektrokonduktometriai (az elektrolitok mért fajlagos elektromos vezetőképessége a vizsgált komponens koncentrációjától függően);

A kromatográfiai gázelemzők az egyes gázkomponensek eltérő képességét használják fel, hogy szilárd vagy folyékony szorbenssel szorbálják és deszorbeálják;

A tömegspektrális gázelemzőkben a mintában lévő idő és térbeli felosztás különböző tömegű ionok csoportjaira történik (a semleges atomok és molekulák előzetes ionizációja történik), és az azonos áramú részecskék teljes töltése által képzett ionáram tömegét és relatív tartalmuk jellemzését mérik;

Az optikai gázelemzők a vizsgált gázkeverék optikai tulajdonságainak (optikai sűrűség, spektrális sugárzás és abszorpció, törésmutató) függését a koncentrációjától használják. Az optikai magában foglalja az abszorpciót, a spektrofotometrikus, a fotokolorimetrikus, a lumineszcens, a nephelometrikus és más elemeket. ...

Rendszerint mindezek a módszerek mintavételt igényelnek, ami további hibákat vezet be a mért értékben. Gyakorlatilag csak az optikai módszerek egy része teszi lehetővé a távméréseket, azonnal információt szerez a mért komponens integrális és lokális tartalmáról, és elvégzi a szennyeződés feltérképezését. A lézer megjelenése lendületet adott az optikai módszerek továbbfejlesztésének. A lézerek egyedülálló képességei lehetővé tették, hogy a lézersugárzást alkalmazó módszerek különleges helyet foglaljanak el az optikai és egyéb gázelemzési módszerek között.

A lézeres módszereket a következők jellemzik: magas koncentrációs érzékenység (általában a háttér-koncentrációnál vagy az alatt végezzük a méréseket), hatékonyság (a méréshez szükséges idő többszörösen kevesebb, mint más módszereknél), távolság (az információk fogadásának képessége objektumok a mérőrendszertől száz, ezer vagy akár tízezer méter távolságból), magas (akár tíz méteres) tér-idő felbontás. A monitorozáshoz használt lézer gázanalizátorok az optikai sugárzásnak a kölcsönhatásokat a vizsgált közeggel olyan kölcsönhatásokban használják, mint: rezonanciaabszorpció, rugalmas és Raman-szórás, valamint fluoreszcencia. A rezonánsabszorpciónak van a legnagyobb interakciós keresztmetszete. Ez határozza meg a \\ / differenciálabszorpciós módszerrel működő lézeres gázelemzők nagy érzékenységét. 1964-ben először Skócia javasolta ezt a módszert a magas magasságú nedvességprofilok mérésére. Azóta az ózon (Uchino és mtsai. Japán, Kuemi Egyetem), az SO2 (Grant és mtsai. USA) és néhány más IGM lidér- és nyommérését végrehajtották a gyakorlatban. A lézertechnika hazánkban és külföldön történő fejlődésével elkezdődött az optikai-akusztikus (a helyi gázelemzéshez) és az útvonal (a vizsgált gáz koncentrációjának integrált értékeit megadva) lézeres gázelemzők, valamint a lidarok ( LIDAR - a Light Detection and Ranging angol szavak rövidítése), tér-idő felbontással ad információt az IGM légkörben való koncentrációjának tanulmányozásához. De a dolgozat kezdetén, ritka kivételektől eltekintve, mindegyiket egy, maximum két gázkomponens mérésére tervezték, vagy laboratóriumi modellek voltak, míg a környezeti monitorozáshoz többkomponensű gázelemzésre van szükség meglehetősen hosszú utakon (a városi autópályák mentén, nagy ipari vállalkozások).

A munka során a következő feladatokat hajtották végre;

Optikai-akusztikus gázelemző fejlesztése a helyi gázelemzéshez és a szénhidrogének és más MGM térbeli eloszlásának tanulmányozása;

Útlézeres gázelemzők fejlesztése és létrehozása a légkör gázösszetételének tanulmányozásához;

Módszerek kidolgozása az IGM mérésére a légkörben;

A kifejlesztett eszközök teljes körű tesztelése a kifejlesztett mérési technikák alapján;

Az IGM időbeli dinamikájának vizsgálata az ország ökológiailag tiszta régióiban, amelyek jelentős antropogén terhelésnek vannak kitéve;

Csatorna létrehozása az ózon vertikális eloszlásának (VOD) hangzásához a sztratoszférában (a befogadó tükör alapján 0 0,5 m) CJIC;

Az ozonoszféra állapotának figyelemmel kísérése rutin mérésekkel; - az ózonoszféra klimatológiájának tanulmányozása, a sztratoszférikus ózon trendjeinek értékelése.

A következőket nyújtják be védekezésre:

A mű tudományos újszerűsége.

Először kiválasztották és kísérletileg tesztelték a légköri IGM hangzás informatív hullámhosszait;

A Tomszk feletti ozonoszféra klimatológiai jellemzőit először az ózon vertikális eloszlásának profiljának rendszeres és hosszú távú mérése alapján határozták meg;

A munka eredményeinek felhasználása. A gázelemző készülékekkel nyert adatokat 1979-1980-ban mutatták be a Szovjetunió Olimpiai Bizottságának. Moszkvában, valamint a város környezetvédelmi szervezeteinek Tomszk, Kemerovo, Szófia (NRB). Felvették az IAO SB RAS különféle RFBR-támogatásokról, megállapodásokról, szerződésekről és programokról szóló zárójelentéseibe, például a "TOR" (troposzférikus ózonkutatás), a "SATOR" (sztratoszférikus és troposzférikus ózonkutatások) és másokról.

A munka gyakorlati értéke a következő:

A kifejlesztett útvonal-gázelemzők lehetővé teszik az MPC-nél és az alatt lévő gázkeverékek koncentrációjának mérését az elsőbbségi szennyező gázok széles listájából;

A sztratoszférában található VOD-profilok jó egybeesése, a lidar, ozonoszondák adatokkal mérve, valamint a használt eszközök hibáján belüli műholdas mérések | (tizenöt %).

Személyes hozzájárulás. Ebben a munkában a szerző által személyesen vagy közvetlen részvételével elért eredményeket használtuk fel. Ez a szerző részvétele mind a gázelemző készülékek építésének általános sémáinak, mind azok egyedi optikai-mechanikai és elektronikus szerelvényeinek és blokkjainak kidolgozásában a szerelési és üzembe helyezési munkák elvégzésében. A létrehozott gázelemző készülékek mérési technikáinak, teszt- és expedíciós ^ és terepi tesztjeinek kidolgozása - a munkában szintén bemutatva - a szerző közvetlen részvételével zajlott. 1996 óta az ozonoszféra állapotának gyakorlatilag minden megfigyelését a CJIC-nél a szerző aktív részvételével végezték. Továbbfejlesztett CJIC csatornát hozott létre az ózon vertikális eloszlásának érzékelésére egy XeC1 lézer és egy 0, 0,5 m-es vevő tükör alapján.Az RFO adatok újbóli elemzése a szerző által lehetővé tette az ozonoszféra klimatológiájának sajátosságainak meghatározását. Tomsk felett.

A munka elfogadása. A disszertáció témájával kapcsolatos, a szerző által elért főbb eredményeket 11 cikk jelentette meg orosz tudományos szakértői folyóiratokban, amelyekről a VI., VII. És XI. All-Union szimpóziumokon számoltak be a lézerről és az akusztikus hangzásról (Tomsk, 1980 1982, 1992); VI. All-Union szimpózium a lézersugárzás terjedéséről a légkörben (Tomsk, 1881); XII. A koherens és nemlineáris optikáról szóló egész Unió szakos konferencia (Moszkva, 1985); V. Nemzetközi iskolák: I. szeminárium a kvantumelektronikáról. Lézerek és alkalmazásuk (NRB, Napospart, 1988); A Nemzetközi Légköri Fizikai és Meteorológiai Szövetség 5. tudományos közgyűlése (Reading, Egyesült Királyság, 1989); XI. Szimpózium a lézerről és az akusztikus hangzásról (Tomsk, 1992); És III, IV és VI köztársaságközi szimpóziumok "A légkör és az óceán optikája" (Tomsk, 1995, 1996, 1997 és 1999); III. Szibériai találkozó az éghajlat- és ökológiai monitoringról (Tomsk, 1999); I. interregionális találkozó "A szibériai folyók és az Északi-sarkvidék ökológiája" (Tomsk 1999); VII. Nemzetközi Szimpózium a légköri és óceánoptikáról (Tomsk 2000); VIII. És IX. Nemzetközi szimpózium a légköri és óceánoptikáról, valamint a légköri fizikáról (Tomsk 2001 és 2002); 11 Műhely a légköri sugárzás méréséről (Atlanta, USA 2001); IX. "A szibériai aeroszolok" munkacsoport (Tomsk 2002); 21. és 22. Nemzetközi Lézerkonferencia (Quebec, Kanada, 2002, Matera, Olaszország 2004); II. Nemzetközi konferencia "Szibéria, a Távol-Kelet és az Északi-sarkvidék környezete és ökológiája" (Tomsk 2003); Nemzetközi konferencia az optikai technológiákról a légköri, az óceáni és a környezeti kutatás számára (Peking, Kína 2004).

Hasonló értekezések a "Kísérleti fizika műszerei és módszerei" szakterületen 01.01.01 VAK kód

A légkör távoli gázelemzése többhullámú infravörös lézerek segítségével 2013, fizikai és matematikai tudományok kandidátusa Jakovlev, Semjon Vlagyimirovics
A sztratoszférikus ózonréteg jellemzőinek rekonstrukciója kísérleti adatok alapján 2002, fizikai és matematikai tudományok kandidátusa Bondarenko, Svetlana Leonidovna
Módszerek és optoelektronikus eszközök fejlesztése hajtóanyagok és más mérgező anyagok többkomponensű gázkeverékeinek lézeres működési vezérléséhez 2009, a műszaki tudományok doktora, Gorodnichev, Viktor Alexandrovich
A légkör aeroszol- és gázkomponenseinek távlézeres diagnosztikája Romanov és rugalmas szórási módszerekkel 2005, a fizikai és matematikai tudományok doktora, Veselovsky, Igor Aleksandrovich
Módszer a komplex gázelegyek mennyiségi összetételének lézeres optoakusztikus analizátorral történő meghatározására 2010, a műszaki tudományok jelöltje, Eremenko, Larisa Nikolaevna

A tézis következtetése a "Kísérleti fizika eszközei és módszerei" témában, Dolgij, Szergej Ivanovics

Következtetés

A dolgozat során a szerző a csapat részeként a következőket tette:

Kidolgozták az IGM légköri mérésének technikáját;

A kifejlesztett eszközök teljes körű tesztelésére került sor;

Az informatív hullámhossz párokat kísérletileg teszteltük, és következtetéseket vontunk le azok alkalmasságáról a gázelemzés céljára az MIS szerint;

Vizsgálatokat végeztek az IGM időbeli dinamikájáról az ország ökológiailag tiszta régióiban, amelyek jelentős antropogén terhelésnek vannak kitéve;

Az értekezés kutatási szakirodalma a fizikai és matematikai tudomány kandidátusa Dolgiy, Sergei Ivanovich, 2004