| Περίληψη |
Η ακτινοβολία Terahertz (THz) είναι το κομμάτι της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που βρίσκεται ανάμεσα στα μικροκύματα και στην υπέρυθρη ακτινοβολία. Εκτείνεται από τα 0.1 ΤHz μέχρι τα 30 THz και η ενέργεια των φωτονίων της είναι της τάξεως των μερικών meV. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, αυτό το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος ήταν γνωστό ως το «χάσμα THz» λόγω της έλλειψης κατάλληλων πηγών και ανιχνευτών. Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, πραγματοποιήθηκε η πρώτη επίδειξη συνεκτικής εκπομπής και ανίχνευσης των ευζωνικών THz παλμών γεγονός που επέτρεψε την πρόσβαση σε αυτό το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Έτσι, πλέον οι μοναδικές ιδιότητες της ακτινοβολίας THz έχουν αποκαλυφθεί, γεγονός που επιτρέπει την ανάπτυξη πολλά υποσχόμενων εφαρμογών.
Τα κύρια χαρακτηριστικά που καθιστούν την ακτινοβολία THz, ένα μοναδικό εργαλείο για φασματοσκοπικές ή απεικονιστικές εφαρμογές σε πολλά επιστημονικά πεδία, από την ασφάλεια ως εφαρμογές στην ιατρική και τη βιομηχανία τροφίμων είναι: (α) ο μη ιονίζον χαρακτήρας της - λόγω της χαμηλής ενέργειας των φωτονίων της (~ meV) , (β) το γεγονός ότι πολλά μη-μεταλλικά και μη-πολικά υλικά είναι διαφανή στην ακτινοβολία THz - λόγω του μεγάλου μήκους κύματός της, (γ) το γεγονός ότι ανακλάται μερικώς από διαφάνειες μεταξύ υλικών με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης και τέλος (δ) ότι η ακτινοβολία THz απορροφάται έντονα από το νερό.
Λόγω αυτών της των ιδιοτήτων η ακτινοβολία THz μπορεί να γίνει ένα πολύ χρήσιμο και πολλά υποσχόμενο εργαλείο σε τομείς όπως η συντήρηση έργων τέχνης αλλά και στον κλάδο των πολιτικών μηχανικών. Ένα κοινό πρόβλημα σε αυτές τις περιπτώσεις είναι η παρουσία υγρασίας σε τοίχους. Όσον αφορά τη συντήρηση των έργων τέχνης, η παρουσία νερού σε βάθος μερικών χιλιοστών κάτω από μια τοιχογραφία μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες. Η ακτινοβολία THz μπορεί να παρέχει πολύ χρήσιμες πληροφορίες: (α) για την περιοδική παρακολούθηση και χαρτογράφηση των συνθηκών της επιφανειακής υγρασίας σε μία τοιχογραφία, (β) για την έγκαιρη διάγνωση, συμβάλλοντας στην ανίχνευση υγρασίας σε βάθος και (γ) για τη μελέτη της δυναμικής απορρόφησης του νερού στις περιοχές που χρήζουν ιδιαίτερης προσοχής κατά τη φάση της αποκατάστασης. Στον τομέα των πολιτικών μηχανικών, εμφανίζονται παρόμοια προβλήματα, όπου η διείσδυση του νερού στους τοίχους μπορεί να δημιουργήσει ρωγμές / ελαττώματα και έτσι να μειωθεί η αντοχή του σκυροδέματος. Αυτό το είδος φθοράς των κτιρίων μπορεί να γίνει πολύ επικίνδυνο ειδικά σε σεισμογενείς περιοχές. Έτσι, όπως ήδη προαναφέρθηκε, ένα εργαλείο για την έγκαιρη διάγνωση της κατάστασης και της θέσης της υγρασίας στα τοιχώματα κτιρίων είναι πολύ χρήσιμο.
Στη συγκεκριμένη εργασία , παρουσιάζεται μια πρώτη προσπάθεια να δημιουργηθεί μια πειραματική ρουτίνα και η αντίστοιχη ανάλυση για την ανίχνευση και τον εντοπισμό υγρασίας σε βάθος μερικών χιλιοστών, αξιοποιώντας την ακτινοβολία THz μέσω ενός συστήματος THz-TDS σε γεωμετρία ανάκλασης. Αρχικά, παρουσιάζεται το THz-TDS σύστημα και η δυνατότητα του να διακρίνει διαφορετικές περιεκτικότητες υγρασίας σε επιφάνειες αλλά και σε βάθος για δείγματα χαρτιού. Στη συνέχεια, μια σειρά από διαφορετικά υλικά εξετάζονται προκειμένου να καταλήξουμε στο καταλληλότερο για τα πειράματά μας, το οποίο είναι ο γύψος - ένα υλικό που συχνά συναντάται σε τοίχους. Τέλος, στο τελευταίο μέρος της διατριβής, η παρουσία και η συγκεκριμένη θέση της υγρασίας ανιχνεύεται τόσο πειραματικά όσο και θεωρητικά.
|
Development of Terahertz profilometry imaging : application in moisture profilometry
