18/02/2019
Сибирские лидары чувствуют взрывчатку на расстоянии 50 метров
822
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.
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
Томские ученые создали лазерный сканер для поиска взрывчатки на одежде
Лидары научили дистанционно находить взрывчатку
В Томске испытаны лидары для обнаружения взрывчатки на расстоянии 50 метров
Лидары научили дистанционно находить взрывчатку
Метод обнаружения следов взрывчатки опробовали на томском вокзале
Главная: Метод обнаружения следов взрывчатки опробовали на томском вокзале
Главная: Метод обнаружения следов взрывчатки опробовали на томском вокзале
В Томске испытали локатор для поиска взрывчатки на одежде
В Томске испытали локатор для поиска взрывчатки на одежде
В Томске испытали локатор для поиска взрывчатки на одежде
Искать взрывчатку на расстоянии научились в Сибири
В Томске испытали локатор для поиска взрывчатки на одежде
Разработанный сибирскими учеными метод обнаружения следов взрывчатки успешно опробован на вокзале в Томске
Разработанный сибирскими учеными метод обнаружения следов взрывчатки успешно опробован на вокзале в Томске
Сибиряки изобрели и испытали лазерный локатор для поиска взрывчатки
Разработанный томскими учеными метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
Томский метод обнаружения взрывчатки опробован на железнодорожном вокзале
Метод обнаружения взрывчатки, разработанный томскими учеными, опробовали на вокзале
Разработанный томскими учеными метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
Метод обнаружения взрывчатки, разработанный томскими учеными, опробовали на вокзале
Новый метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
Новый метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
Новый метод обнаружения взрывчатки опробован на вокзале в Томске
Антитеррористическая технология
Взрывчатку найдут лидары
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
"Локатор для взрывчатки". Чем премированная президентом РФ разработка превосходит аналоги
Похожие новости
-
22/04/2019
Томская область представит Россию на Science Slam в Геттингене
Сотрудник Института оптики атмосферы имени В.Е. Зуева ТНЦ СО РАН Анна Еремина прошла конкурсный отбор и стала одним из двух представителей России на втором германо-российско-американском Science Slam. 776
-
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. 1229
-
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. 1996
-
29/08/2019
Ударная пятилетка: самые прорывные исследования и разработки российских ученых
Регулярно в России хвалятся достижениями студентов и школьников — то золото на химической олимпиаде возьмут, то серебро на первенстве по подводным роботам, то сразу 7 медалей на онлайн-олимпиаде по информатике. 704
-
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. 2201
-
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. 1340
-
18/06/2020
Цитируемые ученые ТПУ: ториевый реактор, циркониевая керамика и скаффолды, покрытые пленкой оксида графена
Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за май. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 38, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 4,507. 340
-
04/09/2019
Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов
Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1). 967
-
21/05/2019
По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»
В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда. 870
-
09/01/2020
Ученые удвоят ресурс моторов из алюминия
За счет новой технологии обработки сплавов срок эксплуатации легких алюминиевых двигателей увеличится и станет таким же, как у наиболее распространенных чугунных. Это приведет к улучшению динамики и экономичности массовых моделей автомобилей. 466