Детектор ультрафиолетовых фотонов, разработанный для нужд физики элементарных частиц, нашел неожиданное практическое применение: с его помощью можно издалека заметить открытое пламя даже в яркий солнечный день. Опыты показали, что его чувствительность в тысячи раз больше, чем у коммерчески доступных аналогов. Массовое производство таких детекторов станет радикальным решением для раннего обнаружения и предотвращения лесных пожаров.

Физика элементарных частиц — это не только высокая теория и сложнейший эксперимент, но и повод для развития новых технологий. Время от времени этим технологиям находится и побочное применение в наукоемкой промышленности или даже в повседневной жизни. Так, ускорители и детекторы элементарных частиц уже давно используются в медицине и материаловедении. Сейчас к их послужному списку добавилась еще одна строчка: сверхчувствительные детекторы открытого пламени. Об успешной работе и рекордных параметрах такого детектора рассказывается в недавнем препринте arXiv:0709.2819.

Авторы этой работы Владимир Песков и известный итальянский физик Антонино Дзикики (Antonino Zichichi) в 1980–90-е годы участвовали в проекте LAA (LAA Project) в ЦЕРНе (см. скан препринта с краткой информацией об этом проекте). Среди технологических задач, которыми они занимались, было создание детектора ультрафиолетовых фотонов для калориметров (детекторов, измеряющих энергию пролетающих частиц) на основе кристаллов BaF₂. Прототип такого детектора был создан и успешно опробован в работе.

Как пишут авторы в своей статье, совсем недавно они заметили, что созданный ими ультрафиолетовый детектор «видит» не только сцинтилляционное свечение кристалла BaF₂, но и свет обычного пламени, причем не только в темноте, но даже в ясную солнечную погоду. Это позволяет найти сугубо научному прибору новое и очень полезное практическое применение.

Вообще, идея детектировать открытое пламя по ультрафиолетовому излучению не нова. Солнечный свет такому детектору не мешает, поскольку тот реагирует не на полную яркость света, а лишь на довольно узкую область в ультрафиолетовом диапазоне вблизи длины волны 180–250 нм. В солнечном спектре такого света почти нет — его поглощает озоновый слой в верхней части земной атмосферы. Лампы накаливания в таком жестком ультрафиолете тоже не светят. Однако практически все виды пламени в этом диапазоне кое-что излучают, и это-то свечение и замечают детекторы.

В продаже уже давно имеются такие ультрафиолетовые детекторы по цене несколько десятков долларов. Самые лучшие из них — детекторы первого класса — позволяют заметить пламя площадью 0,1 м² с расстояния в 25 метров (стандарт EN54–10:2002). Детектор, разработанный в ЦЕРНе, удовлетворяет этим требование с огромным запасом — на таком расстоянии он уверенно замечает пламя обычной зажигалки! Для сравнения авторы протестировали имеющийся в продаже детектор пламени UV TRON R2868 фирмы Hamamatsu и выяснили, что по чувствительности он уступает разработанному ими детектору более чем в тысячу раз.

Авторы приводят также и другие впечатляющие характеристики своего детектора. Время его реагирования составляет всего лишь несколько микросекунд, а вовсе не секунды, как в коммерчески доступных устройствах. Это позволяет использовать детектор для регистрации не только пламени, но и кратковременных искр. В режиме ожидания сам детектор потребляет меньше милливатта, и основное энергопотребление приходится лишь на электронику. Это означает, что такой детектор может питаться от компактной солнечной батареи, а значит, быть вполне автономным.

Практическая польза от такой разработки очевидна — автоматические системы наблюдения за возгоранием в быту и на производстве. Однако рекордная чувствительность этого устройства позволяет найти ему и еще одно применение — контроль за очагами лесных пожаров. Сеть из таких автономных датчиков, расставленных в сотне метров друг от друга, покрывающая большие площади леса, сможет заметить очаг пожара в самом его зародыше и вовремя подать сигнал в центр наблюдения. Сейчас эта задача стала чрезвычайно актуальной для многих южноевропейских стран.

Авторы работы подробно расписывают, что еще предстоит сделать для массового производства этих детекторов. По их оценкам, начальная цена одного такого устройства вместе с электроникой, солнечной батареей и радиопередатчиком не превысит 300 евро. Производство первой партии таких детекторов вполне по силам ЦЕРНовским лабораториям.

Источник: V. Peskov, A. Zichichi. A New Supersensitive Flame Detector and its Use for Early Forest Fire Detection // arXiv:0709.2819 [physics.ins-det].

Игорь Иванов