بخشی از مقاله
چکیده
در طول تاریخ، بهویژه یکصد سال اخیر، تروریسم از اساسیترین معضلات جامعه جهانی و خطرناكترین تهدید علیه حقوق ملتها و ثبات و صلح و امنیت جامعه جهانی بوده است. تعداد حوادث تروریستی در طول دو دهه گذشته افزایش یافته است و نشاندهنده یک تهدید جهانی بسیار مضر است. مواد منفجره ترکیبی هستند؛ که داراي یک قدرت بزرگ مخرب حتی در مقادیر کوچک آن است.
مواد منفجره یک ماده و یا یک دستگاه است که هنگامی که در معرض گرما، ضربه، اصطکاك و یا انفجار قرار میگیرد، مقدار زیادي انرژي و بهصورت بسیار سریع از خود انتشار میکند. بمبهاي دستساز به-صورت دستی از مواد منفجره تولید میشوند که انواع عناصر تشکیل-دهندهي آن با یک روش خاص و براي تولید یک انفجار مرتب می-شوند .تشخیص و خنثیسازي آنها باید بهعنوان یک فوریت براي جلوگیري از چنین فجایع و تضمین امنیت شهروندان، تقویت شود.
شناسایی مواد منفجره مخفی و مهمات منفجر شده جهت جلوگیري از این عملیات خرابکارانه و تروریسم همیشه یکی از اساسیترین دغدغههاي قرن حاضر محسوب میشود. در همین راستا آشنایی با فناوريهاي آشکارسازي و دستگاههاي آشکارسازي مواد منفجره به-منظور راهنمایی در انتخاب آشکارسازها براي کاربردهاي مختلف امري ضروري میباشد. در این تحقیق شناسایی مواد منفجره با استفاده از روشهاي لیزري مورد بررسی قرار گرفته است.
پس از بررسی تمام جنبههاي روشهاي موجود، مشاهده میشود که دو روش مادون قرمز و طیفسنجی رامان داراي مزایاي متعددي نسبت به روشهاي تحلیلی هستند و این مزایا، آنها را براي شناسایی طیف وسیعی از مواد منفجره و ترکیبات مرتبط با آنها را بهینه میکند. تاکنون روشهاي بسیاري براي شناسایی مواد منفجره به وجود آمده-اند که هر یک قابلیت خاص خود را دارد بااینحال، روش مادونقرمز و روش لیزر رامان مزیتهاي بسیاري نسبت به آنها دارند. لیزرها شرایط گوناگونی را براي شناسایی مواد منفجره فراهم میسازند، شرایطی که با تکنیکهاي دیگر امکانپذیر نیست.
-1 مقدمه
تعداد حوادث تروریستی در طول دو دهه گذشته افزایش یافته است و نشاندهنده یک تهدید جهانی بسیار مضر است حمالت تروریستی اغلب شامل استفاده از مواد منفجره هستند؛ ترکیبی که داراي یک قدرت بزرگ مخرب حتی در مقادیر کوچک آن است.
مواد منفجره یک ماده و یا یک دستگاه است که هنگامی که در معرض گرما، ضربه، اصطکاك و یا انفجار قرار میگیرد، مقدار زیادي انرژي و به صورت بسیار سریع از خود انتشار می-کند. آزادي ناگهانی انرژي باعث افزایش باورنکردنی دما و فشار میشود، بهطوریکه تمام مواد به گاز فشرده گرم تبدیل میشوند. از آنجا که این گازها در دما و فشار بسیار بالا هستند، به سرعت گسترش مییابند و درنتیجه امواج فشار، به نام " موج شوك" در اطراف آنها آغاز میشود.
در حال حاضر، روند رو به رشد استفاده از دستگاههاي ساخته شده در خانه به نام دستگاههاي منفجره دستساز وجود دارد . بمبهاي دستساز بهطور گستردهاي در سال-هاي اخیر استفادهشده است[7-1 ] .علاوه برآن در مناطق جنگی مانند افغانستان، سوریه و عراق که در آن بمبهاي دستساز بهطور مداوم استفاده میشود. بمبهاي دست-ساز به صورت دستی از مواد منفجره تولید میشوند ، که انواع عناصر تشکیلدهندهي آن با یک روش خاص و براي تولید یک انفجار مرتب میشوند.
با اینکه اثر تخریبی آنها آشکارنشده است ولی بمبهاي دستساز اغلب داراي ظاهر و طراحیهاي متنوع هستند . در نتیجه، بمبهاي دستساز اغلب قبل از اینکه در یک حمله انفجاري ، تشخیص و خنثی شوند، منفجر میشوند. بمبهاي دست-ساز به دلایل مختلف به یک سلاح ایده آل مورداستفاده براي تروریستها تبدیل شده است ، هزینه پایین، سهولت تولید و استفاده آسان از آن و شناسایی مشکل و دشوار آن، ازجملهي این دلایل هستند.[7-1 ] بنابراین، تشخیص و خنثی سازي آنها باید به عنوان یک فوریت براي جلوگیري از چنین فجایع و تضمین امنیت شهروندان، تقویت شود.
تاکنون روش هاي بسیاري براي شناسایی مواد منفجره به وجود آمده اند که هر یک قابلیت خاص خود را دارد با اینحال، روش مادون قرمز و روش لیزر رامان مزیتهاي بسیاري نسبت به آنها دارند. برخی از این مزایا به شرح زیر هستند: امکان تجزیهوتحلیل نمونه هاي فیزیکی مختلف با حالات مختلف - جامد، مایع و یا گاز - و یا ترکیب - آلی و معدنی - را فراهم میکنند، هر دوي این روش ها را می توان با هیچ و یا حداقل نمونه مورد استفاده قرار داد، اگر طیف-سنج شامل سیستم هاي مبتنی بر میکروسکوپ باشد، ذرات مواد منفجره میتواند به آسانی تجزیهوتحلیل شود، سیستم ها و یا طیف سنج هاي قابلحمل دوربرد ساخته میشود، و تجزیهوتحلیل نمونه را می توان در چند دقیقه - یا حتی ثانیه - به دست آورد. همچنین، باید ذکر کرد که هر دو روش قوي ، تجدیدپذیر و بسیار قابل اعتماد هستند ، و به حداقل تعمیر و نگهداري و الزامات ابزاري براي مواد مصرفی نیاز دارند.
در حال حاضر، روند رو به رشد استفاده از دستگاههاي ساختهشده در خانه به نام دستگاههاي منفجره دستساز وجود دارد. بمبهاي دستساز بهطور گستردهاي در سال-هاي اخیر استفاده شده است . بمبهاي دستساز اغلب قبل از اینکه در یک حمله انفجاري ، تشخیص داده شده و خنثی شوند، منفجر میشوند. در مسائل امنیتی، شناسایی مواد منفجره و دستگاههاي مرتبط با آن در سالهاي اخیر براي امنیت کشور و مبارزه با تروریسم، به الویت اول تبدیل شده است .
نیروهاي انتظامی در سراسر جهان باید به ترویج تحقیق و توسعه براي سیستم تشخیص کارآمد مواد منفجره جهت رویارویی با مشکالت مواد منفجره مخفی در مکانهاي عمومی مانند فرودگاهها، راهآهن و یا ایستگاههاي اتوبوس بپردازند. همچنین، در صورت وقوع حمله تروریستی یا جرم و جنایت، توسعه ابزارهاي تحلیلی که میتواند بقایاي مواد منفجره را شناسایی کند از اهمیت فوقالعادهاي در زمینه پزشکی قانونی براي بازسازي صحنه جرم، برخوردار است . اما نکته مهم این است که مواد منفجره تنها مربوط به جرم و جنایت و یا تلاش به جرم و جنایت نیست بلکه مواد منفجره در بسیاري از عملیات صلحآمیز نیز استفاده میشود. این به این معنی است که تجزیهوتحلیل مواد منفجره در طول ساخت مواد منفجره براي کنترل کیفیت و پس از آن براي اطمینان از ذخیره-سازي محصول خوب است.
-2 مواد منفجره
مواد منفجره بهطور عمده به دودسته تقسیم میشوند: مبتنی بر نیترو / نیترات و یا غیر نیترو / نیترات. مواد منفجره مبتنی بر نیترو شامل مواد منفجره تحقیقات RDX، TNTو PETN میباشند. آنها نه تنها حاوي نیتروژن هستند بلکه حاوي هیدروژن، کربن و اکسیژن نیز میباشند .خاصیت کلی این مواد این است که محتواي نیتروژن و اکسیژن موجود در مولکول آنها بهطور قابل-توجهی بیش از کربن و هیدروژن است. محتواي نیتروژن بهطور نسبی چندین بار بیشتر از نیتروژن موجود در مواد معمولی - ابریشم، پلی اورتان، نایلون، و غیره - است.
مولکولهاي مواد منفجره حاوي نیتروژن شامل گروههاي نیترو - NO2 - و نیترات - NO3 - میباشند [9] ارتعاش فرکانس این گروهها به نوع اتم گروهی بستگی دارد که به مواد منفجره اضافهشده است .مواد منفجره مبتنی بر غیرنیترو / نیترات از موادي مانند پراکسید ، پرکلراتها و آزیدها مشتق شدهاند. مواد منفجره فشار بخار بسیار کمی دارند، که دامنه آن از قسمتها در میلیون تا کمتر از قسمت در میلیارد میباشد.
مکانهایی با فشار بخار پایین محدودیت شدیدي در تکنیکی است که براي تشخیص متکی به بخار محیط بالاتر از مواد است. ما به شناسایی مواد منفجره مبتنی بر نیترو میپردازیم که حداقل یک گروه NO2. داشته باشد. هنگامی که مواد منفجره مبتنی بر نیترو منفجر میشود، یکی از محصولات نهایی گاز N2 است، که به دلیل پیوند سهگانه N-N آن بسیار پایدار استتشکیل. این محصول با انرژيِ کم از مواد آغازگرِ داراي انرژي بالاتر همراه با آزاد شدن مقدار قابلتوجهی انرژي است
-3 روشهاي مختلف شناسایی مواد منفجره از راه دور
روشهاي مختلفی براي شناسایی از راه دور مواد منفجره وجود دارد که روشهاي لیزري، امواج صوتی، ملخهاي حسگر و ... ازجملهي آنها هستند. در این میان روشهاي لیزري به دلیل قابلیتهاي بسیاري که دارند، از اهمیت فراوانی برخوردار هستند . البته، زمینه شناسایی لیزري مواد منفجره یک زمینه نوپا و جدید است، زیرا لیزرها در سال 6358 اختراع شدهاند. بنابراین میتوان ادعا کرد که شناسایی لیزري مواد منفجره همچنان به پیشرفت بیشتر نیاز دارد و با متداول شدن منابع پرانرژيتر لیزري - مانند لیزرهاي فمتو ثانیهاي - ، نمونههاي ارزانتر و قدرتمندتري در اختیار قرار خواهند گرفت.
-1-3لیزر
لیزر وسیلهاي براي تولید پرتوي تکفام و همدوس در نواحی نور فرابنفش، مرئی و یا فروسرخ از طیف امواج الکترومغناطیسی است. کلمه لیزر در حقیقت از حروف اول کلمههاي عبارت انگلیسی گرفتهشده است. این عبارت به معنی "تقویت نور با روش گسیل القایی تابش " است، که همه آنها اصطلاحاتی فیزیکی هستند . ازآنجاکه باریکه نور لیزر همدوس است، یعنی امواج آن همفاز هستند و به عبارت دیگر مانند سربازانی هستند که باهم پا میکوبند، با واگرایی بسیار کم پیش میرود و مانند نور معمولی نبوده و کمتر پخش میشود و درنتیجه چگالی و یا تراکم آن در فضا ثابت میباشد. پرتو لیزر همچنین مزیت تمرکز زیاد انرژي در واحد سطح را دارد
-2-3طیفسنجی جذب مادونقرمز لیزري مواد منفجره
طیفهاي جذب IR بسیاري از مواد منفجره جامد خالص مشخصههایی هستند که بهوسیله مخلوط شدن خطوط ارتعاشی مربوط به تبدیل لرزشی مربوطه به وجود میآیند. مشخصههاي طیفی بسیاري از مواد منفجره جامد - از جمله بخارهاي آنها - در IR مورد استفاده قرار میگیرند تا محاسبه توسط تکنیکهاي باند گستردهاي چون طیف-سنجی مادونقرمز تبدیل فوریه صورت گیرد
روشهاي شناسایی لیزري توسط تکنیکهاي جذب IR اغلب بهوسیله عرض باند منبع نور محدود میشوند .البته این مسئله لزوما در مورد طیفهاي رامان بسیاري از مواد منفجره جامدخالص صدق نمیکند. بنابراین طیفسنجی رامان به طور گسترده براي آنالیز مواد منفجره جامد مورد استفاده قرار میگیرد
-3-3طیف سنجی لیزري دیود قابل تنظیم
طیف سنجی لیزري دیود قابل تنظیم از شناسایی کنندهها و منابع نور نیمههادي بین/نزدیک به IR استفاده میکند - مشابه مورد استفاده در عقربه هاي لیزري و CD خوان-ها - تا تغییرات شدت نور را مورد محاسبه قرار دهد، این تغییرات شدت نور زمانی ایجاد میشوند که پرتو نوري که از بخش حاوي گاز مواد منفجره / ماده منفجره میگذرد تا مقداري جذب شود TDLAS میتواند با ترکیب شناسایی حساس به فاز و تکنیکهاي مدوالسیون حساسیت بالایی را به دست آورد
-4-3سوسوزنهاي پارامتري نوري
سوسوزنهاي پارامتري نوري یاOPO ها یک روش دیگر تولید پرتو همدوس در منطقه طیفی IRبه شمار میروند و دامنه تنظیم گستردهاي را دارند. یک OPO بهوسیله تعامل نوري غیرخطی - معمولا بلوري - یک موج لیزري وروديWp ، - فرکانس پمپ - را به دو موج خروجی با فرکانس کمتر - Ws ، فرکانس سیگنال Wi -فرکانس هرزگرد - تبدیل میکند.
-5-3طیفسنجی تولید فرکانس تفاضل
این روش یک تکنیک طیفسنجی ارتعاشی غیرخطی است که به تقویت پارامتري نوري مربوط میشود و به-صورت انتخابی تبدیلهاي ارتعاشی در سطوح و حد واسطها را دنبال میکند . در مقایسه با HMX عمده، ویژگیهاي لرزشی سطح آب فام شدهاند و شکافتگیهاي مشاهده شده بزرگتر هستند. این تکنیک میتواند براي شناسایی باقیماندههاي مواد منفجره در سطوح مورد استفاده قرار گیرد.
-6-3طیفسنجی حلقه حفره
طیفسنجی حالت حلقوي حفره یاCRDS تکنیکی است که براي بهبود جذب محاسبه شده نور توسط گونههاي شیمیایی - از طریق افزایش مسیر نور از نمونه - مورد استفاده قرار میگیرد براي این منظور باید نمونه داخل یک حفره نوري قرار گیرد، این حفره از دو آینه منعکس-کننده استفاده میکند تا تشدیدکننده نوري پایداري را ایجاد نماید بهطوریکه تنظیم آینههاي انعکاسی در هر انتهاي حفره بهگونهاي صورت گیرد که نور داخل حفره به دام بیفتد. زمانی که یک پالس نور وارد حفره میشود، قبل از آنکه شدت آن از بین برود هزاران حرکت دایرهاي را به وجود میآورد، بدینصورت طول مسیر چند کیلومتري ایجاد میشود. کاهش شدت باگذشت زمان بدینصورت محاسبه میشود که مقدار کمی نور از یک آینه تراوش میکند تا وارد شناسایی کننده نوري سریع شود . کاهش شدت باگذشت زمان " "IRngdownنام دارد. اسکن این زمان در برابر طول موج موجب میشود طیف جذب گونه در غلظت بسیار اندك قرار داشته باشد.
-7-3 جذب UV/Vis
طیفهاي جذب EM براي تعیین طول موج نوري براي اشتعال لیزري با کمترین انرژي پالس به دست میآیند. براي آنکه یک باقیمانده ماده منفجره بهصورت انتخابی در سطح بستر براي شناسایی LIBS برداشته شود، باید لیزري که براي بریدگی مورد استفاده قرار میگیرد در طول موجی قرار داشته باشد که بهخوبی با ماده منفجره جذب میشود، در غیر این صورت انرژي لیزر از باقیمانده میگذرد و توسط بستر جذب میشود. بنابراین براي تعیین بهترین طول موج لیزري براي شناسایی باقیمانده-هاي اندك، طیفهاي جذب باند پهن مواد منفجره مورد نیاز است.
8-3 واجذب لیزري
واجذب لیزري یا LD عبارت است از تشکیل گونه خنثی فاز گازي از طریق تعامل لیزر تپی با یک ماده جامد یا مایع. هدف از LD تغییر ماده نمونه با کمترین قطعه، قطعهسازي است تا نمونه براي MS یا طیفسنجی جرمی آماده شود
