Magasabb szintre léphet a fotoakusztikus mérőműszer fejlesztése a Szegedi Tudományegyetemen.

A Szegedi Tudományegyetemen a fotoakusztikus kutatások és rendszerfejlesztések 1994-ben kezdődtek el. Most metaanyagok bevonásával növelik a rendszer érzékenységét. A HU-RIZONT támogatású kutatásban neves partnerintézményekkel, a Glasgow-i, a Szingapúri és a Szöüli Egyetemmel dolgoznak együtt a szegedi kutatók. Az általuk fejlesztett fotoakusztikus műszer felhasználási területe rendkívül szerteágazó és ígéretes. A műszer segítségével például a kilélegzett levegő összetételéből következtethetnek az orvosok az emberi vérveszteség mennyiségére, vagy egy földrengéskor segíthet beazonosítani a romok alatt fekvő túlélőket. De abban is segíthet, hogy van-e esetlegesen gázszivárgás.

A 30 éves múltra visszatekintő K+F tevékenységnek köszönhetően napjainkra a Szegeden kifejlesztett fotoakusztikus rendszerek számos területen váltak a hagyományos analitikai mérési módszerek versenyképes alternatívájává. Prof. Dr. Bozóki Zoltán, az SZTE IKIKK kutatója szerint a módszer számos alkalmazási területen (környezetvédelem, az orvosi diagnosztika és az ipari folyamatszabályozás) segíti az életminőség javítását.

Bozóki professzor azt is elmagyarázta, hogyan működik a műszer. Egy lézert hangolnak rá a mérendő komponens elnyelésére. Ha például vízgőzt akarnak mérni, keresnek egy megfelelő hullámhosszt, ahol a vízgőz elnyeli a lézerfényt és ezt kilohertz, tehát az emberi fül által hallható frekvencián megmodulálják. A fény elnyelődik, amelynek hatására hang keletkezik. Ezt detektálják egy mikrofon segítségével. Minél több van a mérendő komponensből, annál hangosabb lesz a hang. De, mivel ezek az emberi hallásküszöb alatt vannak, speciális elektronika, jelfeldolgozás szükséges a mérésükhöz. A mérőműszer elektronikáját, a mikrofont, az akusztikát az évek során folyamatosan fejlesztették, így mostanra elért egy olyan szintet, amelyet csak egy új irányba történő lépéssel lehet tovább fejleszteni.

Metaanyagokkal forradalmasítják a fotoakusztikus műszert

A metaanyagok a természetben nem létező, mesterséges módon előállított anyagok. Tulajdonságaik elsősorban a szerkezetüknek köszönhető. Bármilyen jól ismert anyagból, például fémekből, vagy félvezetőkből is felépülhetnek, ám mivel belső szerkezetük eltér a hagyományostól, fizikai jellemzőik alaposan megváltoznak. Kis méretük miatt olyan tulajdonságokat lehet velük elérni, amit természetes anyagokkal csak több nagyságrenddel nagyobb méretben. Ilyen például a fotoakusztikában kiemelten fontos zajcsillapítás.

Hagyományos módszerek esetén több tíz centiméteres elemekkel lehetne csak megvalósítani azt, amit a metaanyagok segítségével milliméteres méretben el lehet érni. A szegedi egyetem kutatói által kialakított fotoakusztikus kamrák így mobiltelefon méretűre csökkenhetnek. A cél, hogy a projekt végére ezek a metaanyagokkal integrált fotoakusztikus rendszerek a jelenlegi állapothoz képest legalább háromszor (de akár nagyságrendekkel) pontosabb mérések végzésére legyenek alkalmasak.

Az előrejelzések szerint a metaanyagok számos területet forradalmasítanak majd. A légiközlekedésben lehetőség körvonalazódott a turbinák zajának drasztikus csökkentésére. Majd felmerült az a gondolat is, hogy meg kellene próbálni a metaanyagokat a fotoakusztikában alkalmazni. Úgyis lett J

A metaanyagok tervezése, tulajdonságaik feltérképezése, előrejelzése számítógépes szimulációval Csókási Áron végzős mesterszakos fizikushallgató feladata a projektben. Modelljei által újfajta akusztikus vagy optikai jelenségeket ismerhetnek fel a kutatók. Az ötletek szimulációja, modellezése és az eredmények kiértékelése is számítógép segítségével történik. Ezt követően kerülnek az akusztikus, valamint optikai metaanyagokat felhasználó fotoakusztikus rendszer egyes elemei megvalósításra.

A fotoakusztikus mérőműszer felhasználási területe szerteágazó

Alkalmas többek között a levegőminőség monitorozására, a földgáz, biogáz és más gázok bizonyos összetevőinek detektálására, koncentrációjának mérésére. Orvosi diagnosztikában legutóbb az ELI-ben egy önkéntes véradás során tesztelték. A kilélegzett levegő gázösszetételének meghatározásával következtetni lehet a vérveszteség mennyiségére. De a levegő kondenzcsík képző képességét is mérni lehet vele. Ha a repülő száraz levegőben repül, a kondenzcsík gyorsan szétoszlik, míg nedves levegő esetén nem tud feloszlani. Az ilyen módon kicsapódott víz akár napokon keresztül valamilyen formában ott marad, a napfényt csapdázza és ezáltal klímamódosító hatása lesz.

A kutatócsoport által fejlesztett mérőrendszerek segítségével megállapítható továbbá, hogy a mezőgazdasági területeken alkalmazott műtrágya hány százaléka hasznosul. Ezt a kialakuló ammónia mennyiségének és előfordulásának detektálásával végzik. Az egyik legújabb kutatási terület pedig egy olyan mérőegység fejlesztése, amely alkalmas földrengés esetén beazonosítani, hogy a romok alatt vannak-e túlélők, vagy gázszivárgás, úgy, hogy nem kerül veszélybe sem állat, sem ember a kutatócsapatból.