Первый проректор Томского государственного университета, заведующий лабораторией радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды Виктор Дёмин и директор научно-образовательного центра «Оптические и фотонные технологии» ТГУ Николай Юдин в составе авторского коллектива стали лауреатами белорусской премии имени академика В.А. Коптюга.
Престижной награды удостоена работа по созданию лидарных систем для дистанционного контроля парниковых газов в атмосфере на основе оптической элементной базы мирового уровня. Такие системы нужны для точного климатического мониторинга, поиска промышленных утечек метана и проверки эффективности мер по снижению выбросов парниковых газов. В основе разработки — уникальные оптические компоненты, которые позволили впервые в мире провести исследования озонового слоя до высоты 45 км и создать приборы, не уступающие лучшим мировым аналогам.
Трехканальный лидар. Фото предоставлено авторами разработки.
Лидар — это, упрощенно, лазерный локатор. Он посылает луч в атмосферу, а по отраженному сигналу определяет, какие газы в ней присутствуют и в какой концентрации. В отличие от обычных газоанализаторов, берущих пробы в одной точке, лидар может сканировать большие территории и отслеживать динамику загрязнений в реальном времени. Такие системы критически важны для контроля парниковых газов — углекислого газа, метана — главной причины глобального потепления, а также озона.
Разработка велась в кооперации Томского государственного университета, Института оптики атмосферы СО РАН (Томск) и Института тепло- и массообмена НАН Беларуси (Минск). Задачи были четко разделены. Томский государственный университет отвечал за контролируемое улучшение свойств уникальных кристаллов ZnGeP2 (цинк-германий-фосфид), которые преобразуют лазерный луч в средний инфракрасный диапазон, идеально подходящий для обнаружения перечисленных газов. Белорусские коллеги доводили поверхность кристаллов до идеальной гладкости, осуществляя финишную полировку с точностью до ангстремных уровней шероховатости с использованием специальной технологии полировки магнитной жидкостью. Ученые Института оптики атмосферы СО РАН разрабатывали непосредственно лидарные системы.
«До недавнего времени качество таких кристаллов, выпускаемых в России, было значительно ниже производимых за рубежом. После того как мы совместно с коллегами из Института тепло- и массообмена НАН Беларуси применили технологию магнитореологической полировки, которая без разрушения увеличила лазерную стойкость наших кристаллов практически в два раза, стало возможным наладить в России выпуск кристаллов ZnGeP2 с характеристиками, соответствующими лучшим мировым аналогам», — рассказывает директор научно-образовательного центра «Оптические и фотонные технологии» ТГУ Николай Юдин.
«В ходе работы были получены и другие уникальные научные результаты. Так, впервые в мире методы цифровой голографии применили для визуализации объемных дефектов внутри кристаллов ZnGeP2 и изучения процессов, происходящих в них под действием мощного лазерного излучения, в частности, оптического пробоя. Это позволяет не только выбирать бездефектные места при раскрое кристалла на рабочие элементы, но и корректировать процесс выращивания кристалла», — добавляет первый проректор ТГУ, заведующий лабораторией радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды Виктор Дёмин.
На основе полученных наработок было изготовлено сразу несколько типов лидарных систем. Одна из них — мобильный озоновый лидар. С его помощью впервые в мире удалось провести исследования динамики озоносферы в диапазоне высот от 0.1 до 45 километров на базе самолета — летающей лаборатории ИОА СО РАН. Другая — бортовой самолетный метановый лидар для поиска утечек газа с воздуха. Третья — мобильный трехканальный лидар для одновременного мониторинга водяного пара, углекислого газа и метана.
Практическая польза от проделанной работы сводится, как минимум, к четырем факторам. Во-первых, у России теперь есть собственные приборы для точного климатического мониторинга на больших территориях — от промышленных зон до Арктики. Это позволяет строить более точные прогнозы и проверять эффективность мер по снижению выбросов. Во-вторых, создана собственная элементная база для производства оптических элементов и лидаров мирового уровня , то есть критически важные компоненты больше не нужно покупать за рубежом. В-третьих, лидары могут оперативно и удаленно обнаруживать утечки метана на газопроводах или промышленные выбросы без отправки инспектора к месту проверки. Наконец, уникальные научные данные, полученные с помощью озонового лидара, помогут лучше понимать процессы в атмосфере.
Работа велась с 2023 по 2025 годы при финансовой поддержке Минобрнауки РФ, грантов Фонда содействия инновациям и совместных программ с НАН Беларуси. Общий объем финансирования составил 161 миллион рублей. За это время научный коллектив проекта опубликовал 59 научных статей и получил семь патентов.
Премию имени академика Валентина Афанасьевича Коптюга присуждает Президиум Национальной академии наук Беларуси ежегодно за лучшую совместную научную работу в рамках договоров о сотрудничестве НАН Беларуси и Сибирского отделения РАН.
tsu.ru
Источник: rlocman.ru