RECENZJA ROZPRAWY DOKTORSKIEJ

Transkrypt

1 Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki r. Katedra Metrologii i Optoelektroniki dr hab. inż. Janusz Smulko, prof. nadzw. PG tel , jsmulko@eti.pg.gda.pl RECENZJA ROZPRAWY DOKTORSKIEJ mgr inż. Beaty Zakrzewskiej pt. Optoelektroniczny system do wykrywania par materiałów wybuchowych z układem zatężania i termicznej dekompozycji 1. Ocena rozprawy doktorskiej 1.1 Wprowadzenie Zagadnienia wykrywania śladowych ilości materiałów wybuchowych są obecnie przedmiotem badań w wielu ośrodkach naukowych. Zagrożenie terroryzmem oraz prowadzenie działań wojennych w różnych rejonach świata wymaga proponowania nowych, bardziej efektywnych metody wykrywania śladów świadczących o obecności materiałów wybuchowych. Urządzenia do wykrywania materiałów wybuchowych są już powszechnie stosowane, jednak ich skuteczność jest często niewystarczająca. Ponadto, nie obejmują jeszcze wielu przypadków, gdy ładunki wybuchowe stanowią główne zagrożenie np. dla patroli wojskowych. Ten przypadek jest tematem intensywnych badań, proponując stosowanie kilku niezależnych metod, aby uzyskać odpowiednio wysoką skuteczność detekcji. Z wymienionych względów uważam podjętą tematykę badawczą za bardzo aktualną i wynikającą z bieżących potrzeb. Autorka pracy podjęła się zadania, wymagającego wykonania prac konstrukcyjnych oraz przeprowadzenia szeregu eksperymentów, których celem było zastosowanie układu zatężania i termicznej dekompozycji par materiałów wybuchowych, prowadzącego do obniżenia

2 minimalnego stężenia wykrywanych tych par przez dostępny system optoelektroniczny. Doktorantka sformułowała w rozprawie tezę, że możliwe jest zmniejszenie granicy wykrywalności optoelektronicznego systemu służącego do wykrywania par materiałów wybuchowych poprzez zastosowanie układu zatężania i termicznej dekompozycji. Tak sformułowany cel pracy oraz postawiona teza wymagała przeprowadzenia szeregu badań w kolejnych, wyróżnionych etapach. Mgr inż. Beata Zakrzewska przedstawiła w rozprawie przegląd metod stosowanych do detekcji materiałów wybuchowych, zwracając uwagę na konieczność zwiększenia czułości tych metod oraz podkreślając, że dla wielu stosowanych metod nie jest możliwy dalszy wzrost ich czułości przez zmianę parametrów stosowanego czujnika. Doktorantka zwróciła uwagę, że w systemach optoelektronicznych (pracujących z zastosowaniem metody spektroskopii strat we wnęce optycznej) można obniżyć próg detekcji par materiałów wybuchowych przez zastosowanie układów zatężania i termicznej dekompozycji tych par. Przygotowanie propozycji sposobu zwiększenia czułości wykrywania par materiałów wybuchowych przez opracowanie koncepcji i następnie wykonanie układu zatężania wymagało opanowania przez mgr inż. Beatę Zakrzewską szerokiej wiedzy z zakresu właściwości i budowy materiałów adsorbentów stosowanych w procesie zwiększania stężenia par materiałów wybuchowych. Zdobyta wiedza pozwoliła na wybór odpowiednich materiałów oraz termicznego sposobu zmiany ich właściwości uwalniania adsorbowanych par w wyniku wzrostu temperatury adsorbenta według zadanego profilu czasowego jej zmian. 1.2 Ocena ogólna Opiniowana rozprawa dotyczy istotnych ze względów praktycznych zagadnień wykrywania materiałów wybuchowych. Tego typu badania, ze względu na ograniczony prawem obrót materiałami wybuchowymi, są zawsze utrudnione. Dodatkowo, stężenia wykrywanych par są bardzo małe, co powoduje pojawienie się szeregu nowych problemów metrologicznych. Doktorantka systematycznie starała się je rozwiązywać analizują układ zwiększający możliwosci detekcji takich par przez ich zagęszczanie. Następnie przeprowadziła szereg szczegółowych badań eksperymentalnych, które potwierdziły słuszność prowadzonych analiz i skuteczność opracowanych układów, zwiększających stężenie wykrywanych par NO 2. Rozprawa doktorska zawiera 85 stron tekstu. Literatura obejmuje 99 pozycji związanych z tematyką rozprawy, w tym 19 pozycji gdzie Doktorantka jest współautorem. Rozprawa jest podzielona na osiem rozdziałów, w tym wnioski końcowe, ułożonych w sposób merytorycznie poprawny. Pracę rozpoczyna wstęp przybliżający tematykę rozprawy i przedstawiający wybrane i istotne z punktu widzenia detekcji parametry popularnych materiałów wybuchowych. Autorka 2

3 zwróciła uwagę, że cechą charakterystyczną tych materiałów jest istnienie grup nitrowych, co powoduje występowanie w parach materiałów wybuchowych tlenków azotu (NO, NO 2, N 2 O). Z tych względów skupiła się na ocenie możliwości wykrywania wymienionych gazów. Autorka analizę problematyki wykrywania śladowych ilości materiałów wybuchowych rozpoczyna od przeglądu w drugim rozdziale aktualnie stosowanych różnych metod detekcji, analizując ich właściwości, takie jak próg detekcji czy powtarzalność uzyskiwanych wyników. Następnie opisała materiały stosowane jako adsorbenty oraz podała ich podział ze względu na rodzaje występujących porów (ich wielkość). W kolejnej części rozdziału przedstawiła przykładowe rozwiązania układów zatężania. Zwróciła uwagę na znaczenie wyboru materiału adsorbenta, decydującego o skuteczności procesu zatężania oraz przedstawiła rozwiązania układu grzejnego, stosowanego podczas procesu uwalniania adsorbowanych gazów w wyniku dostarczanej energii cieplnej. Trzeci rozdział rozprawy został przeznaczony na przedstawienie celu i podanie stawianej tezy. Zaproponowana teza wynikła z prezentowanej wcześniej analizy układów detekcji par materiałów wybuchowych oraz właściwości adsorbentów w układach zatężania. Doktorantka w następnych rozdziałach dążyła konsekwentnie do jej udowodnienia. W czwartym rozdziale rozprawy opisano w sposób szczegółowy właściwości materiałów wybuchowych, dokonując podziału według ich wybranych parametrów fizycznych, determinujących stosowane metody detekcji ich par. W rozdziale został przedstawiony także sposób przygotowania próbek materiałów wybuchowych o różnym stężeniu emitowanych par. Piąty rozdział rozprawy przedstawia zasadę działania i budowę systemu optoelektronicznego wykorzystywanego do wykrywania materiałów wybuchowych. Opisano działanie czujnika NO 2, opracowanego i dostępnego do badań w Instytucie Optoelektroniki WAT. Następnie przedstawiono techniczne rozwiązania dwóch prototypowych układów zatężania par materiałów wybuchowych, opracowanych w zespole badawczym. Opisano różnice między tymi układami, z uwzględnieniem możliwości wykorzystania jednego z tych rozwiązań do pomiarów polowych, bez konieczności zasilania z sieci energetycznej. Kolejny, szósty rozdział rozprawy prezentuje wyniki badań, jakie prowadzono nad przygotowanymi układami zatężania par materiałów wybuchowych i następnie ich termicznej dekompozycji. Te badania mają zasadniczy charakter dla osiągnięcia celu postawionego w pracy. Badania pozwoliły na określenie czasów oraz temperatur, jakie należy wybrać dla zapewnienia skutecznej pracy układu. W siódmym rozdziale rozprawy przedstawiono wyniki badań całego systemu detekcji, łącznie z układem zatężania i termicznej dekompozycji par materiałów wybuchowych oraz 3

4 stosowanego czujnika optoelektronicznego. W tym rozdziale przebadano skuteczność działania całego systemu. Najpierw wyznaczono poziom czułości układu detekcji na wykrywane pary NO 2, oszacowany na około 6 ppb. Następnie przeprowadzono szereg eksperymentów, w których badano efektywność układów zatężania, uzyskująć wzrost stężenia par NO 2 na różnym poziomie (od kilkunastu przez kilkaset, a w niektórych przypadkach nawet więcej). W badaniach określano także wpływ wartości temperatury, w której odbywał się proces termicznej dekompozycji. Ostatni fragment rozdziału przedstawia wyniki uzyskane dla próbek TNT, emitujących pary w temperaturze około 10 C. Wyniki potwierdziły skuteczność opracowanego układu i możliwość wykrywania par tych materiałów wybuchowych. Adsorbent był umieszczony w otoczeniu materiału wybuchowego przez czas około 24 godzin. Wydaje się, że warto skomentować przyjęte warunki pomiarów z wyjaśnieniem, dlaczego wybrano taki długi czas i czy istnieją możliwości w praktyce jego znaczącego ograniczenia. Doktorantka kończy rozprawę przedstawieniem wniosków końcowych, podsumowujących najistotniejsze rezultaty prowadzonych badań. Uzyskane wyniki zostały rozdzielone na wyniki prowadzonych analiz w zakresie wyboru elementów układu zatężania par materiałów wybuchowych oraz na wyniki przeprowadzonych eksperymentów. Autorka rozprawy podkreśliła w podsumowaniu fakt udowodnienia przez wyniki przeprowadzonych eksperymentów postawionej tezy. 1.3 Uwagi krytyczne Autorka rozprawy nie ustrzegła się popełnienia drobnych usterek redakcyjnych, najczęściej w formie błędów literowych lub stylistycznych (np. str. 9 Brekdown ; str. 19 omyłkowo podana w [nm] grubość i szerokość elementu grzejnego; str. 42 układ umożliwia na wykonanie ). Błędy tego typu mają charakter jednostkowy i nie wpływają istotnie na końcową ocenę pracy. Autorka w rozdziale siódmym podaje wyniki eksperymentów przeprowadzonych dla próbki TNT, gdy adsorbenty umieszczono w otoczeniu próbki przez 24 godziny. Wydaje się, że przyjęte warunki pomiarów powinny zostać skomentowane w pracy, aby przynajmniej oszacować minimalny czas przebywania adsorbentów w badanej atmosferze, wymagany dla skutecznego wykrycia występowania materiałów wybuchowych. Doktorantka w rozprawie podaje czasy niezbędne do schłodzenia układu zatężania i termicznej dekompozycji, aby układ był ponownie gotowy do użycia. W pracy podano, że taki czas może wynosić nawet 90 minut i będzie stanowił istotne ograniczenie dla ewentualnych praktycznych aplikacji. Warto, aby Doktorantka przedstawiła podczas obrony, czy istnieje 4

5 możliwość zastosowania sterowanych elektronicznie układów chłodzących, aby ten proces istotnie przyśpieszyć. W podsumowaniu do rozdziału szóstego (str. 55) wymieniono, że zaletą lampowego układu zatężania i termicznej dekompozycji jest duża objętość magazynowania, co może znaleźć zastosowanie w systemach monitorowania dużych obiektów. Niestety, w pracy nie podano wartości liczbowych, pozwalających porównać wykorzystywane układy zatężania. Wskazane jest podanie szacunkowych wartości tych objętości dla obu układów podczas obrony oraz przyjętego sposobu ich oszacowania. 1.4 Podsumowanie i wnioski Oceniana rozprawa doktorska stanowi istotny wkład w doskonalenie technik wykrywania materiałów wybuchowych. Rozwiązania zwiększające stężenie wykrywanych par zostały opracowane z myślą o współpracy z dostępnym dla Doktorantki układem optoelektronicznym. Można twierdzić, że przygotowane zatężacze znajdą zastosowanie także we współpracy z układami detekcji, badającymi skład gazów innymi metodami niż wykorzystana w rozprawie doktorskiej. Uważam, że za oryginalne i najbardziej istotne osiągnięcia Doktorantki należy uznać: przeprowadzenie analizy teoretycznej dotyczącej oceny skuteczności technik wykrywania par materiałów wybuchowych w zależności od granicznych parametrów detekcji rozpatrywanych czujników; ocena możliwości stosowania układów zatężania par tlenków azotu (występujących w parach materiałów wybuchowych) zintegrowanych z optoelektronicznymi czujnikami; opracowanie koncepcji układu zatężania par tlenków azotu; przeprowadzenie badań eksperymentalnych przygotowanych prototypowych układów zatężania i określenie ich parametrów użytkowych; badania skuteczności działania powstałego systemu detekcji (układu zatężania i układu optoelektronicznego, wykorzystującego pomiary spektrometryczne strat promieniowania we wnęce optycznej). 2. Wniosek końcowy Recenzowana rozprawa, niezależnie od wyszczególnionych uwag, stanowi istotny wkład mgr inż. Beaty Zakrzewskiej do problematyki wykrywania par materiałów wybuchowych. Otrzymane rezultaty mogą być zastosowane do znaczącego obniżenia progu detekcji 5

6 wykrywanych par. Autorce udało się uzyskać w przypadku niektórych adsorbentów zatężenie par materiałów wybuchowych nawet powyżej 1000 razy. Zaproponowane rozwiązanie stanowi bardzo istotne zwiększenie możliwości pomiarowych wykorzystanego w rozprawie systemu optoelektronicznego. Stwierdzam, że rozprawa doktorska pt. Optoelektroniczny system do wykrywania par materiałów wybuchowych z układem zatężania i termicznej dekompozycji spełnia z nadmiarem wymagania wymienione w Ustawie o tytule naukowym i stopniach naukowych i stawiam wniosek o jej dopuszczenie do publicznej obrony. Jednocześnie, uwzględniając złożoność podjętej tematyki i włożony trud w przeprowadzenie szeregu eksperymentów oraz współudział w opublikowaniu 44 prac naukowych (w tym siedmiu artykułów w czasopismach umieszczonych na liście JCR) będę wnioskował w przypadku bardzo dobrego przebiegu publicznej obrony o jej wyróżnienie. 6