Orinis lazeris gali „užuosti“ sprogmenis

„Mes galime pasiųsti lazerio impulsą, o registruoti kitą, sugrįžtantį impulsą,“ – pasakė mokslininkų grupės vadovas Prinstono universiteto mechanikos ir aerokosminės inžinerijos profesorius Ričardas Mailsas (Richard Miles). „Grįžtantis lazerio spindulys sąveikauja su molekulėmis, todėl neša informaciją apie oro sudėtį ir ore esančias molekules.“

Naujasis metodas skiriasi nuo kitų per atstumą veikiančių lazerinių jutiklių, nes grįžtantysis šviesos spindulys nėra pradinis spindulys, kuris buvo atspindėtas ar patyręs oro molekulių sklaidą. Tai visiškai naujas lazerio spindulys, sukurtas deguonies atomų, kurių elektronai buvo sužadinti į aukštesnius energijos lygmenis. Šis orinis lazeris yra žymiai galingesnis lyginant su iki šiol egzistavusiais, kurie nuotoliniu būdu matavo cheminių medžiagų kiekį ore. Straipsnis, aprašantis naują metodą, yra atspausdintas „Science“ žurnale.

Mokslininkų sukurtame metode yra naudojamas ultravioletinės šviesos lazerio impulsas, kuris sufokusuojamas į nedidelį oro lopinėlį, panašiai kaip didinamasis stiklas fokusuoja saulės šviesą į karštą tašką. Šiame karštame taške, kuris yra cilindro formos ir apie vieną milimetrą ilgio, deguonies atomai sužadinami į aukštesnius energijos lygmenis. Pradiniam impulsui nustojus kaitinti, sužadinti elektronai grįžta į pagrindinę būseną ir vyksta šviesos spinduliavimas infraraudonųjų bangų ilgių srityje. Dalis šviesos sklinda išilgai cilindrinės srities, kurioje sutinka kitus deguonies atomus, esančius sužadintose būsenose. Sklindanti šviesa priverčia elektronus grįžti į pagrindinę būseną, bet toks priverstinis sužadintų būsenų slopinimas stiprina šviesos spindulį, didina jo intensyvumą. Šviesa taip pat tampa koherentiniu lazerio spinduliu, grįžtančiu atgal. Mokslininkai planuoja panaudoti jutiklius, priimančius grįžtantįjį spindulį ir nustatyti, kokias oro molekules spindulys sutinka savo kelyje.

„Iš principo, jei jūs norite nustatyti ore esančias pašalines medžiagas, jums reikės paimti oro pavyzdėlius ir atlikti bandymus su jais,“ – pasakė Mailsas. „Tačiau turint nuotolinį jutiklį, to nereikia daryti. Jei prieš jus kelyje yra užkastas sprogmuo, jums tereikia ištirti aplinkoje esančio oro sudėtį. Lygiai taip pat, kaip ir daro sprogmenis užuodžiantis šuo. Tik šiuo atveju iš didesnio atstumo. Tokiu atveju jūs esate saugus, nes esate gana toli nuo sprogimo zonos, jei užtaisas kartais sprogtų. Tas pats su pavojingomis dujomis, kur jūs nenorėtumėte eiti paimti bandinių. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos bei teršalai yra aukštai atmosferoje, ir yra labai sudėtinga paimti bandinius.“

Dažniausiai naudojamas nuotolinis zondavimo metodas matuoja lazerio spindulio sklaidą, kai šviesa atsispindi iš nutolusio objekto ir grįžta atgal į jutiklį. Šis metodas taikomas matuojant debesų tankį bei oro užterštumą. Jo trūkumas yra tai, kad jis negali nustatyti, kokios dalelės ar dujos yra aplinkoje. Tam tikri naudojamo metodo variantai nustato teršalų sudėtį, bet nėra pakankamai jautrūs nustatant mažus medžiagos kiekius bei negali įvertinti dujų vietos su dideliu tikslumu. Grįžtantysis lazerio spindulys yra tūkstantį kartų galingesnis Prinstono universiteto mokslininkų grupės pasiūlytame metode. Todėl jis turėtų leisti jiems nustatyti ne tik teršalų kiekį ore, bet ir įvertinti teršalų sudėtį bei vietą.

Stipresnis signalas turėtų leisti nustatyti ir žymiai mažesnę pašalinių medžiagų koncentraciją. Tai ypač svarbu bandant nustatyti ore esančių sprogstamųjų medžiagų molekulių pėdsakus. Įvairios sprogstamosios medžiagos dalelės garuodamos patenka į orą. Dažniausiai šis kiekis yra minimalus.

Mokslininkai mano, kad toks įrenginys būtų pakankamai mažas ir tilptų, pavyzdžiui, ant tanko bei galėtų būti naudojamas kelyje esantiems sprogmenims rasti. Savo eksperimente mokslininkai pademonstravo visą atgalinio spindulio susidarymo procesą apie keturiasdešimt centimetrų atstumu. Jie planuoja padidinti atstumą, kurį lazerio spindulys keliauja atgal, paprasčiausiai didindami fokusavimo atstumą.

Grupė taip pat vysto ir kitą metodą, kuriame nuotolinį zondavimą planuoja gauti panaudodami lazerį bei radarą. „Mes norėtume susekti ore esančias pašalines medžiagas, net jei jos sudarytų ir vieną milijardinę (tūkstantąją milijonosios) oro molekulių dalį,“ – pasakė Mailsas.„ O tai neįtikėtinai mažas skaičius molekulių, kurias reikėtų identifikuoti tarp milžiniško oro molekulių skaičiaus.“