CBRN探测器:侦测公共场所潜在安全隐患

2011-03-28 15:36:22来源: 中关村在线 关键字:CBRN探测器  公共场所  安全隐患
  众所周知,大规模杀伤性武器的存在可能造成不可估量的伤亡和财产损失,因此对先进的探测技术一直存在迫切要求。为应对此类威胁,化学、生物、放射性及核物质探测器随之应运而生。

  2010年10月29日,即将从也门起飞前往美国的货运飞机上,在两个看起来稀松平常的包裹中发现藏有炸弹,炸弹使用的是塑胶炸药,并安装了起爆装置,虽然并未造成人员伤亡,但自此以后,美国航空旅行的检查比以往更加严格了。大规模杀伤性武器所引起的恐怖事件告诉我们,化学(chemical)、生物(biological)、放射性(radiological)及核物质(nuclear)(简称为CBRN)袭击并非只出现在遥远的战场。

  CBRN探测技术背景

  CBRN探测器能够对各种有害物质的袭击更加及时地做出反应。过去手持探测器技术都是基于离子迁移率光谱测定技术(ion mobility spectrometry,简称IMS),这种技术目前仍在广泛使用。Hotzone Solutions公司总经理Dieter Rothbacher 指出:“虽然采用IMS技术的仪器能够探测到可疑物质的存在,却并不能确定是什么物质,也不能通过分析获得更多信息。”

  近年,越来越多的探测产品开始采用傅立叶变化红外光谱分析技术(Fourier transform IR spectrometry,简称FTIR)。Rothbacher说:“基于FTIR技术的设备仪器除了能够对液态和固体的物质进行分析,还能提供一些客观存在的气态物质的相关信息。并且越来越多的仪器本身内建了数据库,这样可以对当时的情况做出判断,可以及时为用户提供相关的现场信息。”目前此类设备的探测技术在灵敏度和可靠性上都有了长足进步,从而大大提高了探测准确率。

  Idaho技术公司生物防卫部市场经理Lou Banks表示,在生物制剂探测方面,聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,简称PCR)技术已经成熟,已经走出实验室,开始应用在手持生物制剂探测仪上。他认为:“PCR作为一项分子技术,能够探测到病原体DNA的数量,从而大大提高了灵敏度。”

  基质辅助激光解吸-飞行时间质谱(matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight,简称MALDI-TOF)技术的发展推动了生物制剂探测的进步。IB咨询公司的咨询师Rutger Gaasbeek认为:“在对物质进行判断方面,PCR仍然是首选技术,但是业内仍在努力开发MALDI-TOF技术。这些技术目前大多出于军事目的而开发,未来必将逐渐进入民用,如医疗等领域。”

  通过化学试剂增强探测能力主要是为了获得更多的检测范围和更高的灵敏度。“过去,只有化学战剂(CWA)探测能力扩展到了包含30种有毒工业及化学气体,“Environics公司研发部门副总裁Osmo Anttalainen提到,“近些年来,手持式探测器逐渐能够探测到更多的气体,从而更好地满足了民用安保对探测的需求。”

  放射性探测器通常分为两类:人体辐射探测器(personal-radiation detector,简称PRD)和放射性同位素识别装置 (radioactiveisotope identification devices,简称RIID)。Morpho Detection公司项目经理Lester Koga说:“PRD通常用于个人防护和基础研究。而RIID则用于识别放射性同位素,从而确定受测物的危险等级,比如特殊核物质、医疗核物质、工业核材料或者自然界产生的放射性物质。”

  要想确定探测到的辐射源是来自化疗病人还是特殊的核材料,精确度就显得十分重要。“一般来说,能量分辨率的百分比越低,说明放射性同位素探测的读数越精确,产生的误判就越少,”Koga表示。

  对于小于1%的能量分辨率,高纯度锗(HPGe))是可用的最佳基准物质,但是在室温情况下无法利用其进行操作,因此需要进行低温冷却。这限制了此类探测设备的尺寸、重量和电池使用时间,Koga解释道。

  使用新的探测材料,如碲化镉锌(CZT),可在不降低放射性探测精度的情况下减轻探测设备的重量,同时满足便携的要求。Koga指出:“CZT可达到小于2%的能量分辨率,提高了检出概率,与碘化纳相比,能够更准确地识别放射性同位素,其携带也比HPGe材料的探测器更为方便。”CZT与廉价的普通碘化纳材料探测器相比,其应用障碍在于其高昂的价格。

  第一道防卫线

  相对于便携式设备来说,使用固定设备上往往会造成体积过分庞大,且功耗的要求也无法满足,但事实上,在手持式、移动式及固定式探测器上所使用的基本的传感器技术仍然一致。人们在研发上投入了大量精力,期望开发出轻便、可持久使用的便携式探测器。同时使各种仪器,包括便携式和固定仪器,具备更强的CBRN探测能力。其中最主要的区分在于仪器的使用者对的目的都各不相同。Field Forensics首席执行官Craig Johnson认为:“CBRN方面的专家、执法人员以及应急行动人员由于任务各异,对于探测器的使用会有不同的要求。在各种情况下,为了达到最佳的效果,也需要使用特定的设备。”

  由于使用者期望实现的目标,以及任务要求的不同,手持、移动及固定探测仪使用都比较频繁。Rothbacher说,探测器的检测范围越广,就越昂贵。利用仪器设备内置的软件可进行细微的调整与故障诊断,而在一些其他设备内的软件根本不能根据不同情况进行调制。迄今为止,第三方仪器和内嵌软件还都不具备兼容性。

  手持式设备外形尺寸、重量和能耗都受到限制,移动与固定系统受到这些因素的影响则较少,因此可以具备更佳性能,Anttalainen表示,还需要考虑易用性和维护要求的差异性。值得注意的是移动式探测仪也可当作固定探测仪使用,在一个控制管理中心的庞大探测网络中充当一个节点。只要具备充裕的电池供电能力,移动探测仪可以持续使用更长时间。

  金融危机对CBRN也产生了冲击。“经济衰退造成了政府资金的减少,这确实影响了全球许多国家政府的采购习惯,例如美国,以及欧洲、亚洲的一些国家,”Rothbacher说。一些新兴地区市受到的影响却比较小,如经济增长较快的新兴经济体,商机较多。

  一些厂商停止了在研发上的投入,这有可能使得一些正在开发的技术夭折。“削减预算对新型传感器,尤其是军事环境中所使用的传感器的研发产生了相当大的影响。不过,经济衰退也许并非研发速度放缓的主要原因。Monica Heyl Associates公司首席执行官Monica Heyl表示,在美国,军方和国土防卫的需求是不能打折扣的,这也许就是新品研发计划需要放在首要位置的原因。

  

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0328/article_3589.html
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