Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Thiết bị độc đáo đo khí nhà kính (26/06/2014)

Phòng thí nghiệm quang phổ khí quyển của hành tinh thuộc Viện Vật lý và Công nghệ Moscow, Nga đã chế tạo được một thiết bị có độ phân giải cao để đo nồng độ các khí trong khí quyển với độ chính xác cao chưa từng có. Báo cáo mô tả thiết bị đo bức xạ quang phổ hồng ngoại này mới đây đã được đăng tải trên Tạp chí Optics Express, nêu rõ thiết bị có độ chính xác gấp 100 lần so với thiết bị cùng loại tốt nhất hiện nay.

Quan trắc CO₂, metan và các khí khác để xác định nồng độ của chúng ở các vĩ độ khác nhau là cần thiết, đặc biệt đối với nghiên cứu về nóng lên toàn cầu. Đa số các nhà khoa học không nghi ngờ mối quan hệ giữa nhiệt độ ngày càng tăng trên hành tinh và hiệu ứng nhà kính, nhưng cho đến nay họ vẫn không thể dự báo những thay đổi trong tương lai do nóng lên toàn cầu. Thiếu dữ liệu về sự phân bố của các khí nhà kính cũng gây ảnh hưởng đến việc dự báo và triển khai các biện pháp ứng phó phù hợp. Vì để lập một mạng lưới các trạm quan trắc dày đặc, cần có nhiều quang phổ kế cỡ lớn, tinh xảo và tốn kém.

Thiết bị đo khí nhà kính do các nhà khoa học Nga chế tạo đặc biệt không chỉ vì có độ phân giải rất cao mà còn dễ bảo dưỡng. Thiết bị mới bị ảnh hưởng bởi các tác động bên ngoài ít hơn so với các thiết bị cùng loại hiện có. Hiệu suất của thiết bị phụ thuộc vào phạm vi rung ít hơn, độ ẩm và mức độ tiếp xúc với cả nhiệt độ thấp và cao.

Alexander Rodin, một trong các tác giả nghiên cứu giải thích, thiết bị đo bức xạ quang phổ hồng ngoại sử dụng nguyên tắc tạo phách có từ hơn 100 năm qua. Bản chất của phương pháp này được mô tả như sau: một tín hiệu thu được bổ sung vào tín hiệu chuẩn để tạo thành tín hiệu tần số trung gian. Nhìn chung, trong trường hợp của thiết bị đo mới, không xảy ra sự cố gì nếu sóng vô tuyến hoặc ánh nắng mặt trời đi qua khí quyển.

Tín hiệu chuyển đổi dễ xử lý hơn nhiều, cụ thể là khuếch đại và lọc. Hơn nữa, khi tần số của tín hiệu chuẩn đủ ổn định, có thể đạt độ nhạy cực cao. Vấn đề duy nhất là một tín hiệu hồng ngoại hoặc quang học có tần số rất cao, không dễ bổ sung vào nguồn chuẩn, nó cần phải rất ổn định và đồng thời phát xạ cường độ cao.

Các tính toán cho thấy, một thiết bị “nhạy” hơn cần cho tín hiệu tạo phách trong quang phổ bức xạ hồng ngoại gần. Thậm chí, một thay đổi vài phần trăm của bước sóng cũng quan trọng, nhưng cuối cùng các nhà nghiên cứu đã chế tạo được máy đo hồng ngoại gần tạo phách, trong đó vai trò chủ chốt là ổn định laser.

Các nhà khoa học đã sử dụng một hệ thống quang học, định hướng một chùm tia laser đến 2 điểm khác nhau, điểm thứ nhất là mô đun đặc biệt kết hợp nó với ánh nắng mặt trời đi qua khí quyển (tín hiệu phân tích) và thứ hai là một ô với mẫu khí tinh khiết cần được nhận dạng. Vì khí hấp thu các sóng điện từ ở tần số riêng, do đó, độ sáng của bức xạ đi qua ô chứa mẫu khí sẽ xác định khoảng cách laser lệch tần số chuẩn. Ngược lại, điều này có thể điều chỉnh tần số laser.

Thiết bị đo bức xạ quang phổ mới có thể được sử dụng ở cả các trạm quan trắc khí quyển cố định và di động.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Escience)