激光前沿 | 保护赖以生存的海洋，激光技术能做些什么？

最近，日本罔顾其他国家的反对，向海水中排放第三批核污水。这批核污水排放预计持续17天，此次的排放量与前两次大致相同，仍为7800吨左右。这也意味着，第三批排放结束后，流入大海的核污水累计将超2.3万吨。

东电计划在2023年内分四次排放3.12万吨核污染水，而要将福岛第一核电站内现存的超过130万吨核污染水全部排完，则需要至少30年时间。

如此数量的核污水，对海洋潜移默化的影响尚不明朗。为了应对日本不负责任的行径，海水净化技术也逐渐被提上日程。而激光，就是净化水体的技术可选项之一。

01 助力燃油净化

随着海洋资源的开发，燃油等物质的泄露会导致严重的环境问题。尤其是在石油的开采、运输及使用过程中，很容易对水体产生污染。如今年2月28日，一艘油轮在菲律宾东民都洛省附近海域因发动机故障沉没，船上20名船员被路过船只救起，但油轮上运载的80万升工业燃油发生泄漏。当地有8座城镇受到燃油泄漏的影响，并导致2.4万公顷珊瑚礁受到影响。

类似的海上溢油事故一旦发生，当地具体情况往往并不为人所知。比如要开展清理工作，那就需要知道当地的溢油究竟有哪些种类？分别有多少体积？通过分析才可以确定下一步如何行动。这一过程就离不开激光的协助了。

此时，就可以采用哈尔滨工业大学威海校区教授田兆硕及其团队研制的水面油膜厚度测量仪器。这一仪器采用激光荧光拉曼比值法测量水面油膜厚度，该方法通过对有油膜覆盖的激光激发产生的荧光强度与无油膜覆盖的水拉曼信号强度进行对比分析计算，可在不同距离准确获得水面油膜厚度数据，是水面油膜厚度测量技术的重大突破。

目前，田兆硕团队已研制出2款水面油膜厚度测量仪器，分别是便携式和遥感式，分别可用于不同使用场景。便携式仪器测量距离100m以内，相对容易受到环境光的影响；遥感式测量距离可达500m以上，受到环境光影响较小，可以全天24小时持续工作。这对于快速有效地控制燃油泄漏等情况意义重大。

02 助力微塑料处理

一次性塑料产品等大量应用，正在令海洋微塑料问题浮出水面。微塑料，指直径小于5毫米的塑料颗粒，是一种造成海洋污染的主要载体。

“它们本身含有增塑剂，并且能从环境中吸附有毒有害物质。当它们被海鸟、鱼类、底栖动物、浮游动物等海洋生物摄食后，会损害海洋生物的消化道，或刺激其胃肠组织产生饱胀感而停止进食，其所携带的有毒有害物质也会对海洋生物产生不利影响。”自然资源部国家海洋环境监测中心副主任王菊英介绍说。

如今，从近海到大洋，从赤道到极地，从海洋表层到大洋深处，海洋微塑料可以说是无处不在。2018年，我国的载人潜水器“蛟龙号”从大洋深处带回了在4500米深水下的海洋生物。令人意想不到的是，在这些海洋生物体内，竟然检出了微塑料。

这些微塑料极难降解，一旦被投入海洋，就将循着海洋流动和食物链的轨迹，逐步扩散到世界各地，连人类自己都无从幸免：据英国《卫报》2022年报道，科学家首次在人类血液中发现了微塑料颗粒。荷兰的一个研究小组对22名志愿者的血液进行了测试。结果发现，他们中有17人，即约77%，血液中含有可量化的微塑料颗粒。

解决微塑料污染问题，依赖源头端处理，也依赖移动收集和过滤手段，激光也是一个可能的助力。激光适合制作微孔薄膜，从而在海水中富集微塑料并进行处理。

弗劳恩霍夫激光技术研究所的科学家们就正在做这样的尝试。为通过技术手段降低微塑料的数量，他们正致力于在废水处理厂测试新开发的激光打孔过滤器。

在微塑料过滤器中，带有微孔的薄膜固定在较粗的网格上，以便在水压下不会撕裂。来源：Fraunhofer ILT, Aachen

弗劳恩霍夫激光研究所采用多光束工艺，以产生相同的矩阵激光束，并且搭配了 144 束的超短脉冲激光器（TruMicro 5280 Femto Edition）来同时打孔，以便保证孔径足够小，达到最好的拦截效果。过滤器主体由薄片制成，孔径可以小到 10 微米左右。

海洋污染治理将是个长期性、系统性的工程，非一朝一夕之功。具备独特优势的激光技术，将在其中扮演越来越重要的角色。

（转载自公众号《维科网激光》）

 

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