Mit Laserlicht-Hilfe Sprengstoff entdecken

27. Februar 2012, 13:14
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Untersuchung aus mehr als 100 Metern Entfernung möglich - Forscher der TU Wien reichen Patent ein

Wien - Wie kann man den Inhalt eines Behälters darauf untersuchen, ob sich Explosivstoffe darin befinden, ohne ihn dafür zu öffnen? Einen neuen Analyseansatz haben Wissenschafter der Technischen Universität (TU) Wien entwickelt. Die Forscher bestrahlen etwa Container mit Laserlicht und nutzen dabei den Effekt, dass das Licht von verschiedenen Substanzen auf ganz charakteristische Weise verändert wird. Der Vorteil des bereits zum Patent angemeldeten neuen Verfahrens bestehe darin, dass die Messgeräte auch in mehr als 100 Meter Entfernung aufgestellt werden können, was die Gefahr für Sicherheitskräfte reduziere.

"Die Methode, die wir verwenden, ist die Raman-Spektroskopie", so Bernhard Lendl vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU am Montag in einer Aussendung. Dabei wird die Probe, die chemisch analysiert werden soll, mit einem Laserstrahl beleuchtet. Das an den Molekülen der Probe gestreute Licht kann seine Energie ändern - zum Beispiel können einzelne Photonen des Laserlichts Schwingungen in den Molekülen der Probe anregen und dadurch Energie abgeben. Dadurch ändert sich die Wellenlänge des Lichts, also seine Farbe. Aus der genauen Farb-Zusammensetzung des gestreuten Lichts lässt sich daher ablesen, an welcher chemischen Substanz es gestreut wurde.

Analyse

Den Inhalt undurchsichtiger Container könne man deshalb analysieren, da ein Teil des Laserstrahls auch durch die Behälterwände ins Innere vordringt. Im Probematerial kommt es daher also immer noch zu Raman-Streuprozessen. "Die Schwierigkeit liegt darin, das Lichtsignal des Behälters vom Lichtsignal der Probe im Inneren zu unterscheiden", erklärte Lendl. Dieses Problem lösten die Forscher mit einem geometrischen Trick. Da der Lichtstrahl zwar auf einem kleinen, fokussierten Punkt am Container auftrifft, sich im Inneren aber dann stark verbreitet, richten die Wissenschafter ihr Mess-Teleskop nicht genau auf die Laser-Auftreffstelle, sondern ein Stück davon entfernt. So wird das charakteristische Lichtsignal des Inhalts und nicht das der Verpackung gemessen.

Messung auf größere Distanz möglich

Bisher musste man Laser und Licht-Detektor in unmittelbarer Nähe zur Probe aufstellen, so TU-Forscher Bernhard Zachhuber. Durch die Weiterentwicklungen seien Messungen nun aber auch auf große Distanzen möglich. "Von hundert Millionen Photonen regen nur einige wenige überhaupt einen Raman-Streuprozess in der Probe an". Da sich die gestreuten Lichtteilchen gleichmäßig in alle Richtungen verteilen, gelange aber nur ein kleiner Teil von der Probe zum Licht-Detektor. Aus dem schwachen Signal gelte es daher, möglichst viele Information herauszulesen, so Zachhuber. Die Versuche mit Proben häufig verwendeter Sprengstoffe wie TNT, ANFO oder Hexogen, verliefen vielversprechend. Die Substanzen konnten auch im Abstand von über 100 Metern zuverlässig nachgewiesen werden.

Die TU-Forscher kooperierten im Rahmen des EU-Projekts mit Industriepartnern und potenziellen Anwendern aus dem Bereich der öffentlichen Sicherheit, wie der spanischen "Guardia Civil" oder dem österreichischen Bundesheer. Raman-Spektroskopie auf große Distanzen sei überall dort interessant, wo es schwierig oder gefährlich ist, in die Nähe der Untersuchungsobjekte zu kommen. Die neue Methode könnte etwa Sicherheitskontrollen auf Flughäfen einfacher machen; aber auch die Untersuchung von Eisbergen oder von Gesteinen bei Mars-Missionen sowie ein Einsatz in der chemischen Industrie seien denkbar. (APA/red)

  • Das Raman-Spektrometer sendet einen Laserstrahl aus. Das vom untersuchten Objekt gestreute Licht wird durch einen Spiegel (links) fokussiert.
    foto: tu wien

    Das Raman-Spektrometer sendet einen Laserstrahl aus. Das vom untersuchten Objekt gestreute Licht wird durch einen Spiegel (links) fokussiert.

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