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Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Detektion von Explosivstoffen – unsichtbare Gefahren sichtbar machen
Gerhard Holl
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg Campus in Rheinbach
IDT – Institut für Detektionstechnologien
BMBF-Innovationsforum "Zivile Sicherheit" 2018
3C Unkonventionelle Spreng- und Brandvorrichtungen – erkennen, aufklären, entschärfen
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Detektion – Identifikation
Explosivstoff ??
ProblemWie erkennt man eine Gefährdung
Technische Lösung:Entwicklung einer mobilen Sensorplattform mit einer grün/roten Anzeige
Explosivstoff
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Explosivstoffe
militärisch genutzte
gewerblich genutzte
Selbstlaborate
3
Komplexe Mehrstoffsysteme
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Feststoffdetektion(Bulk detection)
Spurendetektion(Trace Detection)
Zielstoff
Direkte Messung an festen oder flüssigen Explosivstoffen(keine vollständige Liste)
• Spectroscopy(Raman, MS, IMS, etc.)
• Neutron activation• X-Ray, X-Ray scattering• THz, mm wave• Optical (LIBS, IR, Raman)• etc.
Partikelanhaftungen
LuftprobenPartikelmessungen:(keine vollständige Liste)
• Analytische Systeme (IMS Raman/IR Spektroskopie, MS)
• Farbtest (Wischtests, Sprayagentien)
• Biosensoren (Antikörper, Aptamere)
Gasphasendetektion(keine vollständige Liste)
• IMS or MS• Chemolumineszens• Sensoren: QMB, MIPS, SAW, • Optische Technologien • “Lebende Sensoren”
Verpackung:• Kunststoffe• Metall• Textilien
Detektion von Explosivstoffen
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Feststoffdetektion
Direkte Messung am Explosivstoff
Stoff
Partikelanhaftungen
Luftproben
Detektion von Explosivstoffen
Projekt: LAGEFLasertechniken zur Beurteilung von Gefahrenlagenmit Objekten mit chemischen und explosiven Gefahrstoffen
- Technik zur Verifikation einer Bedrohungslage
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
• Verbundpartner• Koordinator: IDT der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg• ExploTech GmbH, Köln• Laser Zentrum Hannover e.V.• Assoziierte Partner• Bundespolizei (Forschungs- und Erprobungsstelle, Lübeck)• ELP GmbH, Wuppertal• NeoLASE GmbH, Hannover
• Projektlaufzeit: November 2014 – Oktober 2017• Fördersumme: 1,2 Mio. Euro
„Forschung für die zivile Sicherheit“ im Themengebiet „Zivile Sicherheit - Schutz vor Explosionsgefahren und Chemieunfällen“
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Projektziele in LAGEF
Laserparameter; Wechselwirkung mit Explosivstoffen ohne Initiierung
Aussagekräftigen IED-Modelle
USBV
ZielsubstanzFunktionsfähiger intelligenter Bohrkopf gekoppelt mit einer Probenahmeeinrichtung
LaseranpassungFrequenzkonversion, PulsfolgeMiniaturisierung
Nachweisverfahren für Explosivstoffe mit bereits eingeführten Analyseverfahren
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
• Realer Explosivstoff in geringer Menge
• Einhausung durch unterschiedliche Hüllenmaterialien (z.B. Metall, Kunststoff)
• Gründliche Säuberung zur Vermeidung von Kontamination der Oberflächen
Aussagekräftigen USBV- Modelle
Probenkörper mit 1 cm Innenzylinder
Verschiedene Innenzylinder für Probenkörper
Explosivstoff
Verdämmung
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
miniaturised LASER with amplifier crystal
high power LASER diode
kein signifikanterLeistungsverlustbei 100 m langerGlasfaser
Parameter:
• Pulse im ns-Bereich
• Pulsenergie 3.5 mJ
• Pavg = 1.2 W;
• Pulsrate bis zu 350 Hz
• hohe Strahlgüte
Laseranpassung, Frequenzkonversion, Pulsfolge, Miniaturisierung
P. Peuser, G. Holl et al. Applied Optics 50 (4) p. 399-404, 2011 9
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Laserpuls
Hochgeschwindigkeitsaufnahme 5000 Bilder/SekundeUSBV – Nachbau mit Schwarzpulver
LaserparameterWechselwirkung mit Explosivstoffen ohne Initiierung
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Hochgeschwindigkeitsaufnahme 5000 Bilder/SekundeUSBV – Nachbau mit TATP
Laserpuls
LaserparameterWechselwirkung mit Explosivstoffen ohne Initiierung
Lichtblitz
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
• In Aluminiumhülle verpacktes TNT
• Zeitliche Darstellung ausgewählter Emissionslinien
• Durchbruch des Hüllenmaterial und beginnende Wechselwirkung mit TNT sichtbar
Probe:5 mm dicke TNT-Schichthinter 0.3 mm dickem Aluminum
LASER DurchbruchAluminumhülle
DurchbruchTNT-Schicht
Überwachung des Bohrvorgangs - Explosivstoff TNT- Anwendung spektroskopischer Techniken, hier LIBS
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
OptimierterLaser (532 nm)
Bohrkopf / OptikenProbenahme-Modulmit Filter
Funktionsfähiger intelligenter Bohrkopf und Probenahmeeinrichtung
Probe mit Explosivstoff
ProbenhalterAbsaugung
Laser Strahlführung
Probekörper befülltmit Semtex 1A
Filter
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Analytischer Nachweis von Explosivstoffen in Objekten
1064 nm, 3.5 mJ, 350 HzSEMTEX 1A und HMX hinter0.3 mm dicker Kupferhülle,Probenahmedauer 30 s
355 / 532 nm, 150-200 µJ, 2 kHzSEMTEX 1A mit 0.3 mm dicker Kupferhülle und ohne,Probenahmedauer 5 min
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Laserbearbeitung von TATP-haltigen USBV-NachbautenVerwendung der bereits optimierten Laser-Parameter
Nachweisverfahren für Explosivstoffe mit eingeführten Analyseverfahren
TATP-Probe
TATP
Detektion von TATP (hinter Kupferverdämmung) mit IMS (Itemiser) nach Laserbohrvorgang
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
• Verifikationssensor bei Verdacht auf IED mit evtl. Beiladung
• Kontrollierte Probenahme von verpackten Substanzen durch Laserbohrverfahren
• Wechselwirkung Laser und Explosivstoff führt nicht zur Zündung
• Detektion vor Ort mit bereits bei Sicherheitskräften im Einsatz befindlichen Geräten und Verfahren
• Rückstellprobe für weitergehende Untersuchungen im Labor
IED mit Beiladung Laserbohrverfahren zur Probenahme
Detektion mit bereits eingeführten
Verfahren
ZusammenfassungLAGEF – ein Innovatives Laserbohr- und Probenahmeverfahren
Explosivstoff
Verdämmung
LAGEF
Ausblick
Bonn-Rhine-SiegUniversity of Applied Sciences
Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit