爆炸危险品检测技术浅探

2008-08-08 17:11:19来源: 科技情报开发与经济

      当今世界,恐怖主义对社会发展、国家安定和人类进步构成了严峻的考验。“恐怖主义、政治腐败、环境污染”被称为21世纪人类面临的三大威胁 [1]。而爆炸又是恐怖袭击最常用造成后果最严重的手段之一。近年来,我国的各种爆炸袭击案件也时有发生。因此,研究对爆炸危险物品的安全检测技术有着极其重要的现实意义。

 1 爆炸危险品的分类

      1.1 爆炸危险品的概念
概括地说,爆炸危险品是指:在发生迅速的物理和化学的变化时,系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做机械功,同时伴随有强烈放热、发光和声响等效应的物质系统 [2]。爆炸危险品不仅仅指的是炸药,同时还包括用于爆炸袭击的液化气罐、燃烧瓶甚至核燃料等。

       凡是能用于物理爆炸、化学爆炸及核爆炸的物品,都可称为爆炸危险品。这里我们所要研究的是爆炸危险品炸药的检测技术。

      1.2 炸药的分类
炸药分类方法很多,目前还没有建立起统一的标准。按炸药的组成可分为单质炸药和混合炸药。按用途可分为起爆药、猛炸药、发射药、烟火剂。从恐怖分子的使用情况可分为 [3]:

      (1)准军事炸药。这类物质由于威力、安全性不能满足军用炸药的要求,偶尔才被用作炸药,但它们是恐怖分子作案的很好的工具。例如,硝基甲烷CH3NO2是少数硝基烷的一种,它是传统的工业溶剂,可作火箭和跑车的能源原料,偶然用来做炸药。

     ( 2)含氮物质。例如硝酸铵、高氯酸铵、雷汞、叠氮化物、三碘化物以及尿素的硝化物、汽油等,这些物质在生产中很容易得到。

      (3)其他物质。主要包括推进剂、烟火剂和燃料气体等,它们大都可用作爆炸的原料,如液体氧化剂、氯的氧化物、金属、铝热剂、乙炔化合物等。它们还可利用这些物质相互作用,而不需要雷管或电池就可以引起爆炸。

      2 爆炸危险品常用检测技术

       当前最常用最有效的探测危险物品的方法是使用警犬。从长远看,依靠科技进步,改进现有探测手段,发展新的探测技术则是主要途径。检测炸药的方法主要有3种:X射线成像、气相分析探测系统和分子分析探测技术。<

      2.1 X射线成像技术

        X射线探测已被广泛应用于港口、机场、车站的行包检查。其探测原理是:射线穿越物体时,由于产生光电子及光子散射等物理过程,相当部分的入射光子被物质吸收,一束初始强度为I0的X射线(或γ射线)穿越厚度为d的均匀物质后,其强度减弱为:

      I=I0e-μd
式中,μ是物质吸收系数,与物质的成分、结构及其密度等因素有关[3]。

      将旅客的行包置于样品检测台上,用X射线对被测行包的某层面进行照射,测得衰减后的X射线强度和其他物理量,可得到该层面各部位的吸收系数、物质密度等信息,经计算机快速处理,可使这些信息还原为反映这一层面内部情况的图形,并将所测得的数据与预存的爆炸物有关数据进行比较,就可确定行包中是否含有爆炸物。

       X射线透视成像原理已被广泛用于安全检测。新型的X射线探测器,能够根据各位置测得的数据,由计算机处理后自动地为不同形状和密度的有机材料或金属材料加上不同的“伪彩色”,并对某些有特定密度、尺寸和形状的物品给予提示,发出警报。这种成像系统工作效率高,行包或车辆在经过检测点时,其中的物品在操作员面前的荧光屏上清晰可见。

      2.2 气相分析探测技术

       炸药本身是一种分子结构比较特殊的元素,它们主要都是由N,C,O组成。因此,可以收集可疑物品的气体组分,然后用现代化学鉴别方法分别予以确定。

       将可疑物品首先通过一个双柱色谱柱,其出口处是一个高温热解装置,能把所有含氮化合物转化成氧化氮,然后在化学发光室把氧化氮转化成二氧化氮,并由它发出红外线,对这种红外线的检测不会受到其他化合物的干扰,因此灵敏度很高。检测结果经过放大后,就可以认出某些氮化合物的存在。
离子迁移率光谱测量技术也可用于分子鉴定,这种技术也已很成熟了。许多化学物质(如炸药、毒品等违禁物品)发散的气化物或粒子会附着在衣服、行包、皮肤、容器和纸张等表面,利用经过特殊处理的吸收材料擦拭这些物品表面,能够收集残留的化学物质的微粒,经过萃取后加热成气相,或直接从可疑爆炸物周围提取气相样品,送入离子迁移率光谱仪中,毒品或爆炸物的气化物被电离而带电。爆炸性物质变成负离子。当这些离子在受控的电场内移动时,由于不同物质的分子大小和结构不同,移动的速度也不同。根据离子移动速度的方向和大小可用于识别物质。

       2.3 分子分析探测技术
衣服、塑料、炸药等都含有C,N,O和H等成分,虽然炸药所含的C/O和C/N的比例与一般物品有显著不同,但仅看某物质含氮量(或含氧量)的多少不能判定其是否为爆炸物。研究表明,若同时考虑材料中氮、氧原子百分比的相关性,就会发现爆炸物都落在一个很确定的范围内(见图1),而其他物品(衣服、塑料等)无一落在这一区域,这就为探测爆炸物提供了参考数据。

      我们可以利用放射源或中子发生器产生的短脉冲高能中子轰击被测物质,这些中子遇到被测物质中的碳、氧、氮等元素时,能发射出具有不同特征信号的γ射线,通过编程得到相应的γ射线谱,与相应的预存信号对比,就可对特殊的爆炸物发出告警信号。

      分子探测分析系统的优点主要在于无需操作人员作分析说明,可直接得到检查结果,因此该系统可单独检查大量的行李。该系统的作用过程为:中子从封闭导管中子发生器中发射出来,进入在传送带上移动的物体上,物体里C,N,O元素发射出的特征γ射线便被放置在传送带旁边的检测器记录下来。通过各个检测器取向的合理设计,便可使它们分别面对着物体的一个部队,这样便可使待测物体中其他元素产生的干扰消除到最小,测量更精确。

      2.4 其他检测技术
采用核磁共振技术来探测炸药,在线检测的灵敏度、可靠性以及特异性方面均较理想。但由于产生探测所需强磁场的磁铁,造成系统的体积和重量庞大,而且强磁场也会对磁介质和磁性物品造成破坏,因此难以应用。

      毫米波技术是以人体自然的宽频谱电磁辐射为基础进行的。由于人体辐射的毫米波强,可使传感器得到较强的信号,而人员随身携带的隐藏物品在较亮的人体背景衬托下显示为暗色,以此可用于监视、区分人体和携带的物品,可以在一定的距离探测到爆炸危险物品。
3 探测系统存在的问题及对策

      3.1 各种检测系统存在的问题
利用X射线探测技术是目前最广泛采用的技术,它是根据所测物品的密度分布来判断的。虽然有的仪器还附加上有效原子序数、体积和形状以进一步提高准确度,但由于密度和有效原子序数不能唯一地表征炸药,因此,即使采用了三维成像技术,其漏报率和误报率也较高,在实际运用中对金属的探测效果较好,对炸药的探测效果则不理想。

      气相分析的探测系统,采用了质谱分析技术,检查被测微粒的分子量,因而探测的灵敏度以及可靠性均较高,但这仅局限于硝化甘油和其他易沾染的样品,对挥发性差的炸药,如黑索今、太安等,则可靠性较差。同时这种方法难以实现在线检测。

      中子分析技术的探测系统是根据爆炸品含氮量丰富的特点来探测行李中的炸药分布。由于其探测的只是氮的含量,而与氮原子所处的化学环境无关,因此,含氮丰富的物质,均易引起误报(如尼龙、动物胶、毛制品),即使加上空间分辨技术,对误报率的改善也不大。

      3.2 改善检测效果的途径

      首先应该综合使用各种探测手段。总的说来,一个有效的方法应该是由各种方法结合才能够实现的,实际上,在现实中也是多种检测手段结合使用的。

      其次要提高检测技术的研发水平。依靠科技进步,解决现有探测的问题,提高检测的范围和可靠性。

      最后要增强安检人员的素质。由于各种检测设备检测出的结果都不是唯一确定的,因此要我们的安检人员能够去伪存真,发现其中的危险信号。

      参考文献

      [1] 黄顺祥,陈海平,胡非,等.反对恐怖主义化学袭击数值模拟初探[G]//第六届全国风工程及工业空气动力学学术会议论文集,2002(9):23-26.

      [2] 中国力学学会工程爆破专业委员会.爆破工程(上)[M].北京:冶金工业出版社,1996:30-34.

      [3] 陈心中,徐润君,吴礼林.反恐怖安全检测技术的物理基础[J].物理,2002,31(9):2-3。

关键字:爆炸  危险  危险品  检测  检测技术

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2008/0808/article_1030.html
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