Recenzja II - Instytut Optoelektroniki WAT

Recenzja II - Instytut Optoelektroniki WAT

Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki
Katedra Metrologii i Optoelektroniki
dr hab. inż. Janusz Smulko, prof. nadzw. PG
tel. +48 58 348 6095, +48 665 026 144
e-mail: [email protected]
06.05.2015 r.
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
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 NO2.
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
zwróciła uwagę, że cechą charakterystyczną tych materiałów jest istnienie grup nitrowych, co
powoduje występowanie w parach materiałów wybuchowych tlenków azotu (NO, NO2, N2O).
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 NO2, 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
stosowanego czujnika optoelektronicznego. W tym rozdziale przebadano skuteczność działania
całego systemu. Najpierw wyznaczono poziom czułości układu detekcji na wykrywane pary NO2,
oszacowany na około 6 ppb. Następnie przeprowadzono szereg eksperymentów, w których
badano efektywność układów zatężania, uzyskująć wzrost stężenia par NO2 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
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
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