Разработка и исследование метода обнаружения паров взрывчатых веществ в атмосфере с помощью лазера

• Автор: Горлов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Дистанционное обнаружение взрывчатых веществ

1.1. Общая характеристика взрывчатых веществ

1.1.1. Элементный состав взрывчатых веществ

1.1.2. Пары взрывчатых веществ

1.1.3. Летучесть взрывчатых веществ и концентрация паров в 21 атмосфере

1.2. Обнаружение паров взрывчатых веществ оптическими методами

1.2.1. ИК-спектроскопия

1.2.2. Спектроскопия комбинационного рассеяния

1.2.3. УФ-видимая спектроскопия

1.2.4. Фрагментация и обнаружение фрагментов
1.2.5. Нелинейные спектроскопические методы
1.3. Выбор оптического метода для дистанционного обнаружения паров 34 взрывчатых веществ
Глава 2. Лидарный метод обнаружения паров взрывчатых веществ на основе
одночастотного лазерного фотолиза и лазерно-индуцированной флуоресценции М>фрагментов
2.1. Двухступенчатый процесс фотофрагментации молекул взрывчатых
веществ с последующим лазерным возбуждением флуоресценции N0-фрагментов
2.1.1. Лазерная фрагментация молекул взрывчатых веществ 3
2.1.1.1. Каналы фотофрагментации молекул взрывчатых веществ
2.1.1.2. Выбор характеристического фрагмента
2.1.2. Лазерно-индуцированная флуоресценция ГГО-фрагментов
2.1.2.1. Электронные спектры молекулы N0

2.1.2.2. Анализ схем возбуждения флуоресценции МО-фрагментов
2.1.3. Модель двухступенчатого процесса фотофрагментации молекул
взрывчатых веществ с последующим лазерным возбуждением флуоресценции МО-фрагментов
2.2. Применение метода обнаружения паров взрывчатых веществ на 62 основе одночастотного лазерного фотолиза и лазерно-индуцированной флуоресценции МО-фрагментов в лидарной схеме
2.2.1. Лидарное уравнение для двухступенчатого процесса 63 «фотофрагментация — лазерно-индуцированная флуоресценция»
2.2.2. Эффективность процесса обнаружения паров взрывчатых 68 веществ
2.2.3. Влияние атмосферы на работу лидарного обнаружителя паров 69 взрывчатых веществ
2.2.3.1. Тушение флуоресценции МО-фрагментов
2.2.3.2. Помеха несмещенного рассеяния
2.2.3.3. Антистоксово комбинационное рассеяние на основных 81 компонентах атмосферы
2.2.3.4. Многофотонные процессы в атмосфере как причина 87 возникновения шума
2.2.3.5. Влияние атмосферной турбулентности на дальность 93 обнаружения
2.3. Оценка параметров лидарного обнаружителя паров взрывчатых 97 веществ
2.3.1. Расчет уровня сигнала и определение технических требований к 97 оптическим компонентам
2.3.2. Критерий обнаружения
2.3.3. Расчет времени обнаружения
2.4. Аппаратурная реализации лидарного обнаружителя паров

взрывчатых веществ
2.4.1. Источник возбуждающего излучения
2.4.2. Расчет схемы лидарного обнаружителя
2.4.3. Конструкция лидарного обнаружителя

Глава 3. Экспериментальные исследования характеристик лидарного
обнаружителя паров взрывчатых веществ
3.1. Спектр возбуждения ЫО-фрагментов из второго колебательного 120 состояния
3.2. Экспериментальное обнаружение паров тротила и тротил-гексогена
3.3. Методика оценки чувствительности лидарного обнаружителя паров 127 взрывчатых веществ
3.4. Экспериментальная оценка предельной чувствительности лидарного 128 обнаружителя паров взрывчатых веществ
Заключение
Список литературы

прежде всего, выбираемый метод должен обеспечить высокую чувствительность. Как было определено выше, рабочий диапазон концентраций должен составлять от 1 ppt до 1 ppb.
Второе условие выбора метода обнаружения - это возможность его использования в дистанционных измерениях.
Использование ИК-методов для обнаружения паров ВВ, в силу чрезвычайно низких концентраций, сводится к способам косвенной регистрации поглощенной энергии, таким как оптико-акустическая спектроскопия или лазерная интерференционная калориметрия. Перспективным методом является, интенсивно развивающаяся в последнее время внутрирезонаторная спектроскопия
Использование оптических методов для обнаружения ВВ связано с огромными трудностями. В первую очередь сложность задачи обнаружения обусловлена чрезвычайно низкими уровнями концентраций паров ВВ в атмосфере вследствие низкой летучести этого класса веществ (п. 1.1.З.). Именно поэтому для решения задачи дистанционного обнаружения паров ВВ оптическими методами необходимо использовать наиболее эффективные процессы взаимодействия излучения с веществом.
Абсорбционные методы имеют достаточно высокую чувствительность (на уровне единиц ppb), но в силу низких концентраций паров ВВ их использование сводится к способам косвенной регистрации поглощенной энергии (оптикоакустическая спектроскопия, лазерная калориметрия), или же используются многоходовые кюветы (внутрирезонаторная лазерная спектроскопия). Очевидно, что подобные методе не являются дистанционными и, следовательно, не могут нами быть выбраны.
Основным недостатком эффекта СКР является малое сечение взаимодействия и, как следствие, недостаточно высокая чувствительность (на уровне ppm) для его использования в задачах обнаружения паров ВВ. Резонансно усиленное СКР (РСКР) имеет примерно на четыре порядка большую