РФФИ №16-29-09474 «офи_м» 2016 Исследование физических принципов, повышающих чувствительность дистанционных методов обнаружения опасных и взрывчатых веществ с малой концентрацией в атмосфере (итоговый)

Цель: увеличение чувствительности лидарных методов дистанционного обнаружения паров ВВ в атмосфере как за счёт поиска способов повышения эффективности оптического взаимодействия, так и за счёт разработки новых методов повышения концентрации паров при дистанционном физическом воздействии на следовой отпечаток ВВ с помощью дополнительного ИК-излучения; изучение возможности разработки высокочувствительного и избирательного дистанционного обнаружителя ВВ в воздухе. Выполнен цикл теоретических и экспериментальных исследований, позволяющих повысить эффективность лидарной системы, использующей метод лазерной фотодиссоциации с последующей индуцированной флюоресценцией NO-фрагментов (ЛФ/ЛИФ). Изучение данного метода показало его дальнейшую перспективность в достижении высокой чувствительности обнаружения ВВ. Создан электроразрядный KrF-лазер, имеющий рекордные параметры по удельной энергии излучения и длительности горения диффузного разряда при высоких удельных мощностях накачки. Сформировано качественное узкополосное УФ-излучение на краю контура усиления KrF-лазера, соответствующего полосам резонансного поглощения NO-радикалов. Проведена адаптация фемтосекундного лазерного комплекса для лидарной системы по обнаружению ВВ в различных газовых средах. Выявлено, что основное влияние на шумовую компоненту, препятствующую достижению предельной чувствительности обнаружения ВВ в воздухе, оказывает возникающий в атмосфере СКР азота и кислорода, а также наличие в зондирующем излучении флюоресценции с оптических переходов D1/2→X1/2 (220 нм), D1/2→А1/2 (238 нм) и В1/2→X1/2 (с верхних колебательных уровней ≤ 240 нм) возбужденной молекулы KrF*. Кроме того, имеющийся газ NO₂ в воздухе с концентрацией 10 ppb приводит к ограничению обнаружения паров ВВ в атмосфере. Учет имеющихся оптических помех позволил разработать приемно-передающую оптическую систему лидара и монохроматор с параметрами обратной линейной дисперсии 0,6 нм/мм и пропусканием сигнала 75%, при этом подавление сигнала накачки превышало величину 10Е13. Разработано программное обеспечение, позволяющее обеспечить автоматический контроль и управление дисперсионным резонатором лазера и оптической системой лидара с высокой точностью, а также реализованы автоматическая обработка и регистрация полезного сигнала. Создана математическая модель, описывающая кинетику двухступенчатого процесса ЛФ/ЛИФ, при взаимодействии лазерного излучения с длиной волны 247,86 нм на пары ВВ. Показано, что при поглощении фотона молекула ВВ переходит в возбужденное состояние, с которого распадается на два вида фрагментов – NO и NO₂ с соответствующими константами скоростей. На основе данной модели предложены условия повышения чувствительности метода ЛФ/ЛИФ за счет использования двух последовательных импульсов УФ-излучения с заданной временной задержкой.