Glasvezels voor het ontdekken van explosief methaan

Britse onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het detecteren van methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas.

Opeenhoping van dit kleurloze en reukloze gas in mijnen heeft soms rampzalige gevolgen. Er behoeft maar vijf procent van het gas in de lucht aanwezig te zijn, om het explosief tot ontbranding te kunnen brengen. Vroeger gebruikte men dieren om het gas te detecteren. Moderne technieken maken gebruik van de katalyse van methaan aan het oppervlak van een speciale elektrode, of de absorptie van straling door dit gas. De eerste techniek is echter niet zo betrouwbaar en de huidige optische systemen zijn omslachtig en vaak kostbaar.

Bij de nieuwe techniek wordt gebruik gemaakt van glasvezels. Dit heeft als voordeel dat met één instrument vele plaatsen tegelijk kunnen worden bewaakt. In glasvezels vindt de lichtgeleiding hoofdzakelijk plaats in de kern. Door het verschil in brekingsindex tussen kern en mantel wordt het licht aan het grensvlak steeds naar de as van de vezel teruggekaatst. Toch ontsnapt er altijd wel wat licht naar de mantel. Onzuiverheden hierin leiden dan tot lichtverliezen en die zijn normaliter ongewenst. Maar bij de nieuwe methaan-detectie wordt juist van dit effect gebruik gemaakt.

De glasvezels die men hiervoor gebruikt hebben geen ronde maar een D-vormige doorsnede. De kern van de vezels bevindt zich zo dicht onder het oppervlak van het vlakke deel, dat ongeveer 0,1 procent van de licht-energie naar buiten lekt en zich langs dit oppervlak verplaatst. Bevindt zich hier nu een gas dat het licht absorbeert, dan verandert het transmissiespectrum dat aan het uiteinde van de glasvezel wordt gemeten. Het gas wordt dan gedetecteerd (Electron. Lett. 28, p. 2232).

Bij de eerste experimenten werd de absorptie gemeten van een bepaalde band in het infraroodspectrum van methaan. Concentraties van 50 procent konden zo worden gemeten. Theoretische berekeningen hebben echter laten zien dat een concentratie van 0,1 procent meetbaar moet zijn, dus een waarde ver onder de explosiegrens. Met deze nieuwe techniek is het mogelijk om op grote afstand de aanwezigheid van methaan te meten, ook op plaatsen die tot nu toe onbereikbaar waren. Volgens de onderzoekers zou de veiligheid in mijnen er belangrijk mee kunnen worden vergroot. En ook in woningen, waar gaslekken nog wel eens tot explosies leiden, zou de veiligheid ermee worden gediend.