নতুন অপটিক্যাল প্রযুক্তি কার্যকরভাবে বিপজ্জনক গ্যাস লিক সনাক্ত করে

কল্পনা করুন যে আপনি বর্ণহীন, গন্ধহীন গ্যাস লিকগুলি "দেখতে" সক্ষম হচ্ছেন যা পরিবেশগত ঝুঁকি এবং নিরাপত্তা বিপদ সৃষ্টি করতে পারে। অপটিক্যাল গ্যাস ইমেজিং (ওজিআই) প্রযুক্তি এই কাজটি সম্ভব করে তোলে, যা অন্যথায় অদৃশ্য গ্যাস নির্গমনকে দৃশ্যমান করে। বিজ্ঞান কল্পনার থেকে অনেক দূরে, কঠোর বৈজ্ঞানিক নীতির উপর ভিত্তি করে তৈরি এই উন্নত প্রকৌশল সমাধান শিল্প নিরাপত্তা এবং পরিবেশ সুরক্ষার জন্য একটি অপরিহার্য হাতিয়ার হয়ে উঠছে।

তাদের মূল অংশে, ওজিআই ক্যামেরাগুলি হল ইনফ্রারেড বা থার্মাল ইমেজিং ক্যামেরার অত্যন্ত বিশেষ সংস্করণ। তাদের মৌলিক উপাদানগুলির মধ্যে রয়েছে লেন্স, ডিটেক্টর, সিগন্যাল প্রক্রিয়াকরণ ইলেকট্রনিক্স এবং চিত্র প্রদর্শনের জন্য ভিউফাইন্ডার বা স্ক্রিন। প্রচলিত ইনফ্রারেড ক্যামেরা থেকে তাদের আলাদা করে তোলে হল নির্দিষ্ট গ্যাস শোষণ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের প্রতি সংবেদনশীল কোয়ান্টাম ডিটেক্টরগুলির ব্যবহার, অনন্য অপটিক্যাল ফিল্টারিং প্রযুক্তির সাথে মিলিত হয়ে যা তাদের গ্যাস লিকগুলি "ক্যাপচার" করতে সক্ষম করে।

ওজিআই ক্যামেরাগুলি কোয়ান্টাম ডিটেক্টর ব্যবহার করে যা অত্যন্ত কম তাপমাত্রায় কাজ করতে হয়—সাধারণত প্রায় 70 কেলভিন (-203°C)। এই প্রয়োজনীয়তা মৌলিক পদার্থবিদ্যা থেকে আসে: ঘরের তাপমাত্রায়, ডিটেক্টর উপাদানের ইলেক্ট্রনগুলির কন্ডাকশন ব্যান্ডে যাওয়ার জন্য পর্যাপ্ত শক্তি থাকে, যা উপাদানটিকে পরিবাহী করে তোলে। যখন ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় ঠান্ডা করা হয়, তখন ইলেক্ট্রনগুলি এই গতিশীলতা হারায়, উপাদানটিকে অ-পরিবাহী করে তোলে। এই অবস্থায়, যখন নির্দিষ্ট শক্তির ফোটন ডিটেক্টরের উপর আঘাত করে, তখন তারা ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে কন্ডাকশন ব্যান্ডে ইলেক্ট্রনগুলিকে উত্তেজিত করে, যা আপতিত বিকিরণ তীব্রতার সমানুপাতিক একটি ফটোকারেন্ট তৈরি করে।

লক্ষ্য গ্যাসের উপর নির্ভর করে, ওজিআই ক্যামেরা সাধারণত দুই ধরনের কোয়ান্টাম ডিটেক্টর ব্যবহার করে:

• মধ্য-তরঙ্গ ইনফ্রারেড (MWIR) ক্যামেরা:মিথেন এবং অনুরূপ গ্যাস সনাক্তকরণের জন্য ব্যবহৃত হয়, 3-5 মাইক্রোমিটার পরিসরে কাজ করে এবং ইন্ডিয়াম অ্যান্টিমোনাইড (InSb) ডিটেক্টর ব্যবহার করে যার জন্য 173K (-100°C) এর নিচে শীতল করা প্রয়োজন।
• দীর্ঘ-তরঙ্গ ইনফ্রারেড (LWIR) ক্যামেরা:সালফার হেক্সাফ্লোরাইডের মতো গ্যাসের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, 8-12 মাইক্রোমিটার পরিসরে কাজ করে এবং কোয়ান্টাম ওয়েল ইনফ্রারেড ফটোডিটেক্টর (QWIPs) ব্যবহার করে যার জন্য আরও কম তাপমাত্রা (70K/-203°C বা তার নিচে) প্রয়োজন।

ইলেক্ট্রন ট্রানজিশন ট্রিগার করার জন্য ফোটন শক্তিকে ডিটেক্টর উপাদানের ব্যান্ডগ্যাপ শক্তি (ΔE) অতিক্রম করতে হবে। যেহেতু ফোটন শক্তি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে বিপরীতভাবে সম্পর্কযুক্ত, তাই শর্ট/মিড-ওয়েভ ইনফ্রারেড ডিটেক্টরের দীর্ঘ-তরঙ্গ ডিটেক্টরের চেয়ে বেশি শক্তির প্রয়োজন হয়—যা ব্যাখ্যা করে কেন পরেরটির কম অপারেটিং তাপমাত্রা প্রয়োজন।

প্রয়োজনীয় ক্রায়োজেনিক পরিবেশ বজায় রাখার জন্য, বেশিরভাগ ওজিআই ক্যামেরা স্টার্লিং কুলার ব্যবহার করে। এই ডিভাইসগুলি ঠান্ডা প্রান্ত (ডিটেক্টর) থেকে গরম প্রান্তে তাপ স্থানান্তর করতে স্টার্লিং চক্র ব্যবহার করে। যদিও অত্যন্ত দক্ষ নয়, স্টার্লিং কুলারগুলি ইনফ্রারেড ক্যামেরা ডিটেক্টর কুলিং প্রয়োজনীয়তাগুলি পর্যাপ্তভাবে পূরণ করে।

যেহেতু ফোকাল প্লেন অ্যারে (FPA)-এর প্রতিটি ডিটেক্টর লাভ এবং অফসেটে সামান্য ভিন্নতা দেখায়, তাই চিত্রগুলির ক্যালিব্রেশন এবং ইউনিফর্মিটি সংশোধন প্রয়োজন। ক্যামেরা সফ্টওয়্যার দ্বারা স্বয়ংক্রিয়ভাবে সম্পাদিত এই বহু-পদক্ষেপ ক্যালিব্রেশন প্রক্রিয়া, উচ্চ-মানের থার্মাল ইমেজিং আউটপুট নিশ্চিত করে।

ওজিআই ক্যামেরার গ্যাস-নির্দিষ্ট সনাক্তকরণের মূল চাবিকাঠি হল তাদের বর্ণালী ফিল্টারিং পদ্ধতি। ডিটেক্টরের সামনে (এবং বিকিরণ বিনিময় রোধ করার জন্য এটির সাথে ঠান্ডা করা হয়) একটি সংকীর্ণ-ব্যান্ড ফিল্টার শুধুমাত্র নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বিকিরণকে যেতে দেয়, যা একটি অত্যন্ত সংকীর্ণ ট্রান্সমিশন ব্যান্ড তৈরি করে—একটি কৌশলকে বর্ণালী অভিযোজন বলা হয়।

বেশিরভাগ গ্যাসীয় যৌগ তরঙ্গদৈর্ঘ্য-নির্ভর ইনফ্রারেড শোষণ দেখায়। উদাহরণস্বরূপ, প্রোপেন এবং মিথেন নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলাদা শোষণের শিখর দেখায়। ওজিআই ক্যামেরা ফিল্টারগুলি এই শোষণের শিখরের সাথে সারিবদ্ধ হয় যাতে লক্ষ্য গ্যাস দ্বারা শোষিত ইনফ্রারেড শক্তির সনাক্তকরণ সর্বাধিক করা যায়।

উদাহরণস্বরূপ, বেশিরভাগ হাইড্রোকার্বন প্রায় 3.3 মাইক্রোমিটারে শক্তি শোষণ করে, তাই এই তরঙ্গদৈর্ঘ্যে কেন্দ্রীভূত একটি ফিল্টার একাধিক গ্যাস সনাক্ত করতে পারে। ইথিলিনের মতো কিছু যৌগে একাধিক শক্তিশালী শোষণ ব্যান্ড রয়েছে, যেখানে দীর্ঘ-তরঙ্গ সেন্সরগুলি সনাক্তকরণের জন্য মধ্য-তরঙ্গ বিকল্পগুলির চেয়ে বেশি সংবেদনশীল প্রমাণ করে।

যে ফিল্টারগুলি শুধুমাত্র সেই তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ক্যামেরা পরিচালনার অনুমতি দেয় যেখানে লক্ষ্য গ্যাসগুলি শক্তিশালী শোষণের শিখর (বা ট্রান্সমিশন উপত্যকা) দেখায়, সেই ফিল্টারগুলি নির্বাচন করে, প্রযুক্তি গ্যাসের দৃশ্যমানতা বাড়ায়। গ্যাস কার্যকরভাবে এই বর্ণালী অঞ্চলে আরও ব্যাকগ্রাউন্ড বিকিরণকে "ব্লক" করে।

ওজিআই ক্যামেরাগুলি প্রাকৃতিক পরিবেশে তাদের দৃশ্যমান করার জন্য নির্দিষ্ট অণুগুলির ইনফ্রারেড শোষণ বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করে। ক্যামেরার FPA এবং অপটিক্যাল সিস্টেমগুলি অত্যন্ত সংকীর্ণ বর্ণালী ব্যান্ডে (শত শত ন্যানোমিটার) কাজ করার জন্য বিশেষভাবে সুর করা হয়েছে, যা ব্যতিক্রমী নির্বাচনযোগ্যতা প্রদান করে। শুধুমাত্র ফিল্টার-সংজ্ঞায়িত ইনফ্রারেড অঞ্চলের মধ্যে শোষণকারী গ্যাসগুলি সনাক্তযোগ্য হয়ে ওঠে।

একটি লিক-মুক্ত দৃশ্যের চিত্র তোলার সময়, ব্যাকগ্রাউন্ড বস্তুগুলি ক্যামেরার লেন্স এবং ফিল্টারের মাধ্যমে ইনফ্রারেড বিকিরণ নির্গত করে এবং প্রতিফলিত করে। ফিল্টারটি শুধুমাত্র ডিটেক্টরের কাছে নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রেরণ করে, যা ক্ষতিপূরণহীন বিকিরণ তীব্রতা চিত্র তৈরি করে। যদি ক্যামেরা এবং ব্যাকগ্রাউন্ডের মধ্যে একটি গ্যাস মেঘ বিদ্যমান থাকে—এবং ফিল্টারের পাসব্যান্ডের মধ্যে বিকিরণ শোষণ করে—তবে মেঘের মাধ্যমে কম বিকিরণ ডিটেক্টরে পৌঁছায়।

মেঘের দৃশ্যমানতার জন্য, মেঘ এবং ব্যাকগ্রাউন্ডের মধ্যে পর্যাপ্ত বিকিরণ বৈসাদৃশ্য থাকতে হবে। মূলত, মেঘ থেকে নির্গত বিকিরণ অবশ্যই এতে প্রবেশ করা থেকে আলাদা হতে হবে। যেহেতু মেঘ থেকে আণবিক বিকিরণ প্রতিফলন নগণ্য, তাই মূল কারণটি হল মেঘ এবং ব্যাকগ্রাউন্ডের মধ্যে সুস্পষ্ট তাপমাত্রার পার্থক্য।

• লক্ষ্য গ্যাসকে ক্যামেরার কার্যকরী ব্যান্ডে ইনফ্রারেড বিকিরণ শোষণ করতে হবে
• গ্যাস মেঘকে ব্যাকগ্রাউন্ডের সাথে বিকিরণ বৈসাদৃশ্য প্রদর্শন করতে হবে
• মেঘের আপাত তাপমাত্রা ব্যাকগ্রাউন্ড থেকে আলাদা হতে হবে
• গতি মেঘের দৃশ্যমানতা বাড়ায়
• সঠিকভাবে ক্যালিব্রেট করা তাপমাত্রা পরিমাপের ক্ষমতা ডেল্টা টি (আপাত তাপমাত্রা পার্থক্য) মূল্যায়নে সহায়তা করে

অদৃশ্য গ্যাস লিকগুলিকে দৃশ্যমান করে, অপটিক্যাল গ্যাস ইমেজিং প্রযুক্তি শিল্প নিরাপত্তা এবং পরিবেশ সুরক্ষায় উল্লেখযোগ্যভাবে অবদান রাখে—দুর্ঘটনা প্রতিরোধ, নির্গমন হ্রাস এবং পরিচ্ছন্ন, নিরাপদ পরিবেশ তৈরি করতে সহায়তা করে।