Ανιχνευτές φωτονίων για έγκαιρη προειδοποίηση των δασικών πυρκαγιών

Πηγή: PhysicsWorld, 7 Οκτωβρίου 2007

Οι δασικές πυρκαγιές που μαίνονταν στην Ελλάδα μεταξύ Ιουνίου και Σεπτεμβρίου σκότωσαν τουλάχιστον 64 ανθρώπους και κατέκαψαν 679.000 στρέμματα, ενώ προκάλεσαν ζημιές 1.6 δισ. ζημιές. Ο καλύτερος τρόπος για να αποτραπούν τέτοιες καταστροφές είναι να επισημανθούν όσο το δυνατόν συντομότερα, έτσι ώστε μπορούν να σβήσουν προτού να διαδοθούν ανεξέλεγκτα. Τώρα, ο Vladimir Peskov του CERN και ο Antonino Zichichi του κέντρου Enrico Fermi στη Ρώμη έχουν τροποποιήσει έναν ανιχνευτή υψηλής ενέργειας για να μπορούν να προσδιοριστούν άμεσα οι φωτιές, και υποστηρίζουν ότι είναι περισσότερο από χίλιες φορές πιο ευαίσθητο από τους καλύτερους εμπορικούς ανιχνευτές.

Οι δορυφόροι μπορούν κανονικά να δουν τις πυρκαγιές σε περιοχές 30 στρεμμάτων ή και περισσότερο, και οι μικρότερες πυρκαγιές μπορούν συχνά να επισημανθούν χρησιμοποιώντας ανιχνευτές καπνού, οι οποίοι ψάχνουν για το φως που διασκορπίζεται από τα μόρια του καπνού στις υπέρυθρες ακτίνες. Αλλά σε μέρες με θυελλώδους ανέμους όταν διασκορπίζεται ο καπνός, ή όταν είναι οι πυρκαγιές στο στάδιο έναρξης τους, οι μόνες αξιόπιστες μέθοδοι είναι ανιχνευτές που μπορούν να ψάχνουν για φλόγες άμεσα. Για να αποφύγουν οι πυρκαγιές να μπερδεύονται με το φως του ήλιου, αυτοί οι ανιχνευτές πρέπει να είναι ευαίσθητοι στο υπεριώδες (UV) φως με μήκη κύματος πιο μικρά από 185 nm, τα οποία απορροφώνται στο στρώμα του όζοντος αλλά εκπέμπονται από όλες τις φλόγες, και φυσικά δεν υπάρχει θόρυβος υποβάθρου από την ηλιακή ακτινοβολία.

Επισήμανση των πυρκαγιών

Η συσκευή των Peskov και Zichichiβ έχει την προέλευσή του στο Πρόγραμμα Λεπτονικής Ασύμμετρης Ανάλυσης του CERN (LAA), που μεταξύ 1988 και 1992 ανέπτυξε ανιχνευτές για τα μελλοντικά υψηλής ενέργειας πειράματα αδρονίων, όπως είναι ο ALICE στο μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων, που οφείλει να ξεκινήσει τον επόμενο Μάιο.

Όταν ένα UV φωτόνιο εισέλθει στην ευαίσθητο στο υπεριώδες φως καθοδικό σωλήνα (που είναι διάφανος και γεμάτος ένα φωτοευαίσθητο αέριο τρι-μέθυλο-αμινο-αιθύλιο), που προέρχεται από μια φλόγα, κτυπά την κάθοδο, παράγει ένα ηλεκτρόνιο που επιταχύνεται στη συνέχεια προς την άνοδο. Στο δρόμο του, το ηλεκτρόνιο κτυπά άλλα ηλεκτρόνια από τα άτομα του αερίου στη συσκευή, και αυτά τα ηλεκτρόνια ιονίζουν στη συνέχεια περισσότερα άτομα, προκαλώντας τελικά μια χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων. Αυτή η χιονοστιβάδα δημιουργεί έναν παλμό ρεύματος στην άνοδο που καταγράφεται από τα ηλεκτρονικά ως ένα σήμα πυρκαγιάς.

Τα υψηλότερα στάνταρτ της Ευρωπαϊκής Ένωσης του ανιχνευτή UV είναι κλάσης 1β, που απαιτεί έναν ανιχνευτή που να είναι σε θέση να προσδιορίσει μια φωτιά μόλις 30 cm³ σε μια απόσταση 25 μ. Οι Peskov και Zichichi ισχυρίζονται ότι ο ανιχνευτής τους μπορεί να ανιχνεύσει φλόγα από έναν αναπτήρα τσιγάρων σε απόσταση 30 μ, και - βασισμένος στον αριθμό των παλμών κάθε 10 δευτερόλεπτα - είναι χίλιες φορές πιο ευαίσθητος από τους σημερινούς UV ανιχνευτές πυρκαγιών.

Επιπλέον, ο χρόνος απόκρισής του που είναι μόλις λίγα μικροδευτερόλεπτα, τον καθιστούν κατάλληλο να ανιχνεύσει, παραδείγματος χάριν, σπινθήρες στις πλατφόρμες άντλησης πετρελαίου. Οι ερευνητές λένε ότι οι ανιχνευτές θα κόστιζαν λιγότερο από 100 ευρώ ο κάθε ένας, ποσόν παρόμοιο με την τιμή άλλων εμπορικών ανιχνευτών, και θα μπορούσαν πιθανά να χρησιμοποιηθούν σε δίκτυα για να ελέγξει τις δασικές περιοχές.

Οι Peskov και Zichichi έχουν δείξει ήδη τη συσκευή τους σε κατασκευαστές ανιχνευτών πυρκαγιών στη Γαλλία και στο Μιλάνο.