Учёные из Института оптики атмосферы имени Зуева Сибирского отделения РАН (Томск) разработали лазерные локаторы с большим антитеррористическим потенциалом: приборы способны незаметно определять взрывчатые вещества по их мельчайшим фрагментам и уже прошли испытания на железнодорожных вокзалах.
Лидары научили дистанционно находить взрывчатку
sbras.info
Александр Пономарёв

Сначала лидары планировалось использовать для обнаружения паров взрывчатых веществ, однако учёные выяснили, что с их помощью можно детектировать и следы — частицы, которые неизбежно остаются при контакте со взрывчаткой на руках, одежде и вещах человека. Выявить пары вокруг самого вещества или взрывного устройства — задача достаточно трудная. Их концентрация очень небольшая, так как это низколетучий класс веществ, а если ещё и предпринимаются попытки для маскировки, то она падает еще на несколько порядков, по словам исследователей.

Физики применили один из самых чувствительных оптических методов — флуоресцентную спектроскопию, то есть попытались измерить флуоресценцию, или излучение возбуждённой молекулы вещества. Оказалось, что в сложных многоатомных молекулах взрывчатых веществ эффективность флуоресценции невелика. Тогда учёные решили при помощи лазера разбивать эти молекулы на простые составляющие, которые более активны в процессах излучения, легко возбуждаются и дают хороший оптический отклик.

Обнаружение следов веществ происходит по тому же принципу. Когда лазерное излучение — то же, что используется для фрагментации молекул паров взрывчатки, — действует на твердые частички следа, они нагреваются и испаряются в приповерхностную область. Далее эти пары фрагментируются, а затем детектируются их характерные фрагменты. В качестве фрагментов-индикаторов был выбран оксид азота, потому что он является характерным признаком наиболее распространённых взрывчатых веществ.

Однако оксид азота в больших количествах содержится в атмосфере, и было необходимо разделить сигналы от него и от NO, который является фрагментом взрывчатки. Отличительным признаком последнего является то, что он находится в колебательно-возбужденном состоянии, в то время как молекулы атмосферного оксида азота более «спокойные». Эта разница для одних и тех же молекул, появившихся разными путями, позволила проводить селективное возбуждение, то есть подобрать длину волны лазерного излучения таким образом, чтобы возбуждались только NO-фрагменты взрывчатых веществ.

sbras.info

Учёные сконструировали лазерные локаторы — лидары, которые состоят из источника лазерного излучения и оптической системы, которая принимает сигнал от возбужденных молекул. Далее следует его спектральная фильтрация, детектирование, обработка и преобразование в вид, удобный для оператора. Устройства прошли тестирование на железнодорожных вокзалах, которые показали, что прибор реагирует на следы в отпечатках пальцев, даже если человек после контакта с взрывчаткой прикасался к другим поверхностям или мыл руки.

Независимые испытания подтвердили способность приборов определять взрывчатые вещества на расстоянии 50 метров. При этом чувствительность составляет 10−12 г/см3 для паров и от 1 до 10 нг/см2 для следов. С помощью лидара можно незаметно сканировать людей, вызывающих подозрение у спецслужб, так как прибор работает не только на большой дистанции, но и в невидимом для глаз ультрафиолетовом диапазоне. Устройство сканирует область наиболее вероятного расположения следов взрывчатых веществ — манжеты, карманы, пуговицы и замки-молнии.

Сейчас учёные работают над тем, чтобы сделать установки еще более чувствительными и избирательными, а также уменьшить их габариты (размеры самого небольшого из устройств на данный момент — около 1 x 1,5 x 1 метр). В перспективе исследователи видят два возможных пути применения приборов — стационарный и мобильный. Это может быть большой проектор, который висит на потолке и сканирует людей, также лидар можно разместить на самоходной платформе, которая будет подъезжать в определённое место для сканирования.

Понравилась статья?
Самые интересные новости из мира науки: свежие открытия, фотографии и невероятные факты у вас на почте.
Спасибо.
Мы отправили на ваш email письмо с подтверждением.