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lol外围投注app-官方网站-科学家开发出可精准探测气体泄漏的中红外双频梳激光光谱仪

作者:lol外围投注app-官方网站 日期:2020-11-15 点击:33834

lol外围-图为桌山测试设施(TableMountainTestFacility)中,科罗拉多大学的红外激光器(来源:科罗拉多大学博尔德分校的Seancoburn)据麦姆斯咨询报导,近日,美国科罗拉多州博尔德市的独立国家研究团队发布了两项用于激光频率巴利观测天然气外泄的新技术。天然气外泄是能源行业的一个根本性问题。天然气外泄除浪费天然气外,还不会对安全性、公共卫生及空气质量包含严重威胁。

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甲烷既是天然气的主要组成部分,也是一种抗病毒温室气体。目前,NimaNader和同事在坐落于博尔德的美国国家标准与技术研究所(NationalInstituteofStandardslol外围andTechnology,NIST),联合研发了一款可用作观测气体外泄的新型激光芯片。与此同时,GregoryRieker和同事在科罗拉多大学博尔德分校(theUniversityofColoradoBoulder),也研发了一款红外光谱系统,该系统距离千米外就可观测出有少量的甲烷。天然气观测所面对的挑战虽然目前有数几种监测天然气外泄的技术,但各自都有缺陷。

一种技术,是仅有可在短距离内感测甲烷的专用照相机。然而,这种监测过程归属于劳动密集型监测,却无法全面体现甲烷大面积外泄的情况。另一种技术,是通过航空或卫星的图像表明出有数公里范围内的多个大面积外泄的情况,但却无法表明出有外泄细节。

另一个用于航空和卫星图像所不存在的问题是,它们仅有可获取单点时间的快照,而无法持续监控。目前,Nader和NIST的同事们已研发出有一款新型中红外激光光源芯片,该激光芯片可作为观测气体外泄的系统的最重要部分。中红外光可被还包括甲烷在内的许多有机分子吸取,因此可通过分析空气吸收光谱,来说明了这些分子的不存在。

然而,目前中红外光谱学于是以面对着宽带光源紧缺、强劲噪声和功率低的难题。蓝宝石上硅为解决问题以上这些缺点,Nader的团队生产了首个中红外“双频巴利(Dual-frequencycombs)”芯片。为了打造出这款激光器,研究人员精心设计了蓝宝石上硅(silicon-on-sapphire)波导的几何形状和化学成分,这种波导可用作仅有1平方厘米大小的芯片上。双频巴利是可产生两束相干性光束的较低功率激光源。

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激光的每一个“梳齿”都是某个特定频率的较宽峰,并且产于在宽阔的频率范围内,完全没噪声。光的光谱性质可以被回声,这样系统就可以用来研究有所不同的分子。Nader说明说道,“激光源可已完成光的远距离传播,因此需要必要认识化学样本,就可实现远程研究。

由于频率巴利是平稳的激光源,可检测到十分少量的化学物质,因此它提升了观测化学物质的灵敏度。”定位外泄科罗拉多大学(UniversityofColorado)的团队是首个在博尔德地区部署中红外双频巴利激光光谱仪的团队。他们的最后计划是创建一个监测系统,在该系统中,可将多个激光源战略性地部署在天然气生产基地周围,所有激光源皆指向该基地中心方位的中红外光谱仪。当该系统的观测数据与大气模型结合时,根据外泄的气体穿越光束路径时产生的双频梳状吸收光谱,可获取动态气体浓度脆弱指标。

同时,依据该系统的产于特性还可确认外泄的方位。该研究团队已对他们的探测系统展开了可行性测试,研究人员说道,比起现有监测天然气的方法,该系统具备明显的优势。Rieker说明道:“我们系统的监测是自动的,因此可实现对某个区域的持续监控。

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”最重要的是,该系统对甲烷和水蒸气微小的浓度变化也很脆弱。Rieker补足说道:“由于暴风雨开始时,空气中的甲烷不会被水蒸气溶解。因此小外泄中甲烷浓度的变化与干燥环境下甲烷的变化可能会一样。

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激光频率巴利光谱学使我们需要同时精确地测量水蒸气和甲烷。这使我们可以对空气中的水份展开校正,这对于观测大范围内甲烷含量的微量减少至关重要。”科罗拉多大学的研究人员计划展开了两次实地测试。第一次测试:在坐落于离激光源一公里近的地方,仿真了少量、动态变化的甲烷外泄。

该系统检测到每分钟1.6-8克的甲烷外泄。这种甲烷的获释速率与人类长时间排便时吸入空气的速度非常。

第二次测试:创建可监测有五个潜在外泄点的天然气生产场地的光束网络。某种程度,该系统不仅准确地观测出有了两个仿真外泄点,还精确地认为了它们的方位。

测试顺利后,该团队期望此系统需要迅速构建商业化。科罗拉多大学的这项研究成果公开发表于《Optica》,NIST的研究公开发表于《APLPhotonics》。|lol外围。

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