​Молодые физики из Томска разработали лазерные локаторы с большим антитеррористическим потенциалом: приборы способны незаметно определять взрывчатые вещества по их мельчайшим фрагментам и успешно прошли испытания на железнодорожных вокзалах.

Старшие научные сотрудники Института оптики атмосферы имени В. Е. Зуева СО РАН (Томск) кандидаты физико-математических наук Евгений Владимирович Горлов и Виктор Иванович Жарков получили за свое открытие премию Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых. Сначала метод создавался для обнаружения паров взрывчатых веществ, однако выяснилось, что с его помощью можно детектировать и следы — частицы, которые неизбежно остаются при контакте со взрывчаткой на руках, одежде и вещах человека. 
 
Засечь пары вокруг самого вещества или взрывного устройства — задача достаточно трудная. «Их концентрация очень небольшая, так как это низколетучий класс веществ, а если еще и предпринимаются попытки для маскировки, то она падает еще на несколько порядков», — поясняет Евгений Горлов. 
 
Для того чтобы обнаружить пары взрывчатки, физики применили один из самых чувствительных оптических методов — флуоресцентную спектроскопию, то есть попытались измерить флуоресценцию, или излучение возбужденной молекулы вещества. Оказалось, что в сложных многоатомных молекулах взрывчатых веществ эффективность флуоресценции невелика. «Тогда мы решили при помощи лазера разбивать эти молекулы на простые составляющие, которые более активны в процессах излучения, легко возбуждаются и дают хороший оптический отклик», — рассказывает Евгений Горлов.
 
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 таких фрагментов-индикаторов был выбран оксид азота (NO). Евгений Горлов объясняет: «Мы сделали это главным образом потому, что нитрогруппа (NO2) является характерным признаком наиболее распространенных взрывчатых веществ. Кроме того, в процессе лазерной фрагментации наиболее охотно от тела молекулы отрывается именно нитрогруппа и образуется оксид азота — наши эксперименты подтвердили это».
 
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, позволяет нам проводить селективное возбуждение, то есть мы подбираем длину волны лазерного излучения таким образом, чтобы возбуждались только NO-фрагменты взрывчатых веществ. Атмосферный оксид азота не реагирует на это излучение, что позволяет обеспечить высокую избирательность метода», — говорит Евгений Горлов.
 
Валерий Анатольевич Аксёнов, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Сибирского филиала ФКУ НПО «Специальная техника и связь» МВД России: «Исследование томичей крайне актуально. Поскольку тема имеет большое значение для обеспечения безопасности людей, в этом направлении работает много специалистов, однако эффективных методов не так уж много; и они все обладают одним недостатком: это практически контактные методы (использующие собак или специальные устройства), что не всегда применимо при поиске взрывчатых веществ и может быть очень рискованно. Евгений Горлов и Виктор Жарков нашли принципиально новую возможность для поиска взрывчатки или ее следов на большом расстоянии. Мы надеемся, что работы будут продолжены, и мы получим в свое распоряжение высокоэффективную технику, не имеющую аналогов в мире». 
 
На основе открытого метода ученые сконструировали лазерные локаторы — лидары. Приборы состоят из источника лазерного излучения (собственно, лазера) и оптической системы, которая принимает сигнал от возбужденных молекул. Далее следует его спектральная фильтрация, детектирование, обработка и преобразование в вид, удобный для оператора. «Специально для наших приборов в лаборатории газовых лазеров Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) изготовили эксимерный лазер с уникальными спектральными и энергетическими характеристиками», — рассказывает Виктор Жарков.
 
ustanovka.jpg 
Установка
 
Площадку и сами взрывчатые вещества для экспериментов физикам предоставил Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН (Бийск). Затем устройства прошли тестирование на железнодорожных вокзалах. «Во время испытаний на вокзале Томск-1 мы подтвердили возможность дистанционного обнаружения следов взрывчатого вещества в отпечатках пальцев. Прибор реагирует на них, даже если человек после контакта с взрывчаткой прикасался к другим поверхностям или мыл руки, и способен обнаружить ее частички даже в сотом отпечатке», — рассказал Евгений Горлов. 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 специальных служб, 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, она включает такие места, как манжеты, карманы, пуговицы и замки-молнии.
 
Сейчас ученые 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 1x1,5x1 м). «В перспективе мы видим два возможных пути применения приборов — стационарный и мобильный. С одной стороны, это может быть большой проектор, который висит на потолке и сканирует людей. С другой стороны, лидар можно разместить на самоходной платформе, которая будет подъезжать в удобное место для сканирования», — делится планами Виктор Жарков.
 
Работа выполняется при поддержке РНФ (проект № 17-19-01229) и РФФИ (проект № 16-29-09474), а также при участии Центра развития науки, технологии и образования в области обороны и обеспечения безопасности государства при ТГУ и Сибирского филиала ФКУ НПО «Специальная техника и связь» МВД России.
 
Александра Федосеева
 
Фото предоставлено ИОА СО РАН

Источники

Сибирские лидары чувствуют взрывчатку на расстоянии 50 метров
Наука в Сибири (sbras.info), 18/02/2019
Томские ученые создали лазерный сканер для поиска взрывчатки на одежде
Сиб.фм (sib.fm), 18/02/2019
Лидары научили дистанционно находить взрывчатку
Популярная механика, 18/02/2019
В Томске испытаны лидары для обнаружения взрывчатки на расстоянии 50 метров
ИА Regnum, 18/02/2019
Лидары научили дистанционно находить взрывчатку
Media Mag (mag-m.com), 18/02/2019
Метод обнаружения следов взрывчатки опробовали на томском вокзале
Томск.ру (tomsk.ru), 18/02/2019
Главная: Метод обнаружения следов взрывчатки опробовали на томском вокзале
123ru.net, 18/02/2019
Главная: Метод обнаружения следов взрывчатки опробовали на томском вокзале
Gorodskoyportal.ru/tomsk, 18/02/2019
В Томске испытали локатор для поиска взрывчатки на одежде
The world news (theworldnews.net), 18/02/2019
В Томске испытали локатор для поиска взрывчатки на одежде
Новости@Rambler.ru, 18/02/2019
В Томске испытали локатор для поиска взрывчатки на одежде
Российская газета (rg.ru), 18/02/2019
Искать взрывчатку на расстоянии научились в Сибири
Sibnet.ru, 18/02/2019
В Томске испытали локатор для поиска взрывчатки на одежде
Tomsk.4geo.ru, 18/02/2019
Разработанный сибирскими учеными метод обнаружения следов взрывчатки успешно опробован на вокзале в Томске
Томский обзор (obzor.westsib.ru), 19/02/2019
Разработанный сибирскими учеными метод обнаружения следов взрывчатки успешно опробован на вокзале в Томске
Gorodskoyportal.ru/tomsk, 19/02/2019
Сибиряки изобрели и испытали лазерный локатор для поиска взрывчатки
Республиканская телевизионная сеть (tvrts.ru), 19/02/2019
Разработанный томскими учеными метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
Официальный сайт Томской области (tomsk.gov.ru), 19/02/2019
Томский метод обнаружения взрывчатки опробован на железнодорожном вокзале
SM News (sm-news.ru), 19/02/2019
Метод обнаружения взрывчатки, разработанный томскими учеными, опробовали на вокзале
Томск в Курсе (tomskvkurse.ru), 19/02/2019
Разработанный томскими учеными метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
Департамент науки и высшего образования Администрации Томской области (depvpo.tomsk.gov.ru), 19/02/2019
Метод обнаружения взрывчатки, разработанный томскими учеными, опробовали на вокзале
ГТРК Томск, 19/02/2019
Новый метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
НИА Томск (niatomsk.ru), 19/02/2019
Новый метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
123ru.net, 19/02/2019
Новый метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
Mirtesen.sputnik.ru, 19/02/2019
Антитеррористическая технология
Академгородок (academcity.org), 20/02/2019
Взрывчатку найдут лидары
Честное слово (chslovo.com), 28/02/2019
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
Tomsk.4geo.ru, 01/03/2019
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
ТАСС, 01/03/2019
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
Новости@Rambler.ru, 01/03/2019
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
TmBW.Ru, 01/03/2019
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
Зеленоград info (зеленоград-инфо.рф), 01/03/2019

Похожие новости

  • 21/06/2018

    Как проекты РФФИ трансформируют реальность

    Словосочетание «фундаментальная наука» вызывает мысли о чем-то очень туманном и абстрактном? Томские ученые уже давно опровергли эти стереотипы в сотрудничестве с Российским фондом фундаментальных исследований.
    900
  • 09/01/2019

    Небесная карта города

    ​Томские ученые обнаружили, что освещенные улицы могут зеркально отражаться в ночном небе — на облаках, состоящих из ледяных пластинок, образуя световую карту. Этот эффект практически не описан в литературе, однако основан на известном атмосферном явлении (том же, что вызывает световые столбы, возникающие над фонарями в морозные дни).
    711
  • 07/08/2018

    Магистранты ТПУ примут участие в работе над уникальными проектами

    ​Магистрантам Томского политехнического университета предлагают стать участниками уникальных исследовательских проектов в составе научных групп под руководством ведущих ученых вуза. Одной из таких научно-исследовательских групп является коллектив научно-образовательного центра Н.
    440
  • 05/12/2016

    Томские ученые модернизировали Сибирскую лидарную станцию

    Три года назад проект Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН по лазерному зондированию атмосферы был поддержан Российским научным фондом. За это время ученые института модернизировали Сибирскую лидарную станцию, разработали измерительные установки, создали макеты уникальных лидаров.
    951
  • 26/12/2016

    ТНЦ СО РАН: итоги 2016 года...

    В преддверии новогодних праздников принято подводить итоги, какие же события стали наиболее значимыми в научных учреждениях  Томского научного центра?   В  октябре председателем Томского научного центра СО РАН был избран д.
    1471
  • 01/11/2016

    Томские ученые разработали простой метод измерения нанопор

    Ученые Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН (Томск) разработали новый метод измерения диаметров нанопор, который поможет производить улучшенные сенсоры, фильтры, катализаторы и инновационные материалы.
    919
  • 01/03/2018

    Томские физики создали миниатюрные голубые струи и красные спрайты

    ​Сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН описали открытое и воспроизведенное ими в лабораторных условиях явление апокампа — формирование голубых и красных струй плазмы, возникающих на изгибе канала импульсно-периодического электрического разряда в различных газах.
    564
  • 20/09/2018

    Элегаз и гелий подняли эффективность лазера на азоте

    ​Исследователи из Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, Томского государственного университета, Томского политехнического университета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники разработали новую модель для изучения накачки азотной рабочей среды для лазеров с наносекундными импульсами.
    294
  • 15/02/2018

    Томские ученые доказали эффективность нового метода диагностики заболеваний мозга

    ​Издательство Nature Publishing Group опубликовало результаты исследований ученых ТГУ, подтверждающие эффективность нового метода диагностики заболеваний головного мозга. Уникальный способ неинвазивной оценки состояния оболочек нервных волокон (миелина) при помощи магнитно-резонансной томографи (МРТ) был разработан под руководством профессора Университета Вашингтона, научного руководителя лаборатории нейробиологии НИИ ББ ТГУ Василия Ярных.
    1121
  • 14/01/2016

    Наноструктурные агенты - для новой противораковой терапии

    ​Международная группа исследователей из России, Словении, Германии, США и Израиля во главе с учеными из Института физики прочности и материаловедения (ИФМП) СО РАН и Томского политехнического университета (ТПУ) уже несколько лет успешно работает в области применения нанотехнологий для подавления роста раковых клеток.
    2086