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潮科技 | 量子级联激光器问世,可实现对爆炸性火球化学成分分

时间:2019-10-28 17:25:13

量子级联激光器(qcl)的吸收光谱可用于表征不同类型炸药引爆时产生的燃烧气体含量水平。

编者按:本文来自微信公众号“微机电系统”(识别码:微机电传感器)。作者麦牧咨询了王毅。原标题是“量子级联激光器可以实现爆炸火球的化学成分分析”。36氪星被授权释放。

中红外吸收光谱示意图

据梅姆斯咨询公司(Memes Consulting)报道,美国一个研究小组已经证明量子级联激光器(qcl)的吸收光谱能够表征不同类型炸药引爆时产生的燃烧气体的含量水平。

研究人员使用美国太平洋西北国家实验室定制的新仪器,以比使用红外激光器更快的速度、更高的分辨率和更长的时间测量爆炸事件。

中红外光谱

亚利桑那州图森市詹姆斯·怀恩特光学科学研究所副研究员马克·菲利普斯(Mark phillips)和合著者马克·菲利普斯解释说,扫描波长外腔量子级联激光器(scanning ecqcl)提供了一种探测爆炸物的新方法。

该光谱系统工作在中红外光谱区(4.35~4.88μm)和100hz,每两微秒可测量一次一氧化碳(co)、水(h2o)、二氧化碳(co2)和一氧化二氮(n2o)的浓度。

菲利普斯表示:“扫描ecqcl将高分辨率可调谐激光光谱的最佳特性与傅里叶变换红外吸收光谱仪(ftir)等宽带方法相结合,实现了一种新的测量方法。”

本研究观察到四种烈性炸药。它们都被放在专门设计用来接收火球的试验箱里。虽然烟尘具有光衰减的功能,但是通过详细的分析可以获得温度信息和每次爆炸产生的各种气体浓度。

使用的爆炸材料包括季戊四醇四硝酸酯(petn),这是塞姆特克斯的主要成分,一种无色晶体,难以检测。该小组还检测到一种叫做pbxn-5的聚合物粘合剂,含有“comp-b”的三硝基甲苯(tnt),以及硝基甲烷和高氯酸铵(nm-ap)的混合物。

炉气

根据发表在《应用物理学杂志》上的研究结果,所有被测试的炸药都产生“显著”的一氧化碳气体,其中pbxn-5和petn具有最高的一氧化碳气体浓度,nm-ap具有最低的一氧化碳气体浓度。Petn的co2浓度最高,nm-a最低。

菲利普斯和他的同事在论文中提到:“很明显,二氧化碳与一氧化碳的比率随着不同的爆炸类型而变化。另一个观察结果是pbxn-5具有最高的n2o浓度,这与pbxn-5中使用的氮含量较高的hmx炸药(注:硝胺化合物)相一致。

菲利普斯在总结中说,这些结果只是“初步调查”,但将为未来的许多研究打开大门。他们写道:“红外吸收和发射信号与紫外、可见和近红外光谱区的测量值之间的相关性非常有价值。”

菲利普斯也是opticslah公司的研究副总裁,optics lah公司总部位于新墨西哥州阿尔伯克基,是一家成立于2015年的初创公司,专门研究激光光谱学和传感技术,目前正致力于扫描ecqcl的商业化。

除了探测爆炸性火球,扫频激光系统预计还将用于探测防御区的化学羽流和痕量气体。

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