Detektion mit Spurengasen und -dämpfen
Aus Wissen gegen Minen
 |
In anderen Sprachen: |
• English |
Die Ausführungen auf dieser Seite sind stark angelehnt an "Alternatives of Landmine Detection" Jacqueline MacDonald et.al, RAND report, ISBN 0-8330-3301-8, Document Number: MR-1608-OSTP, Year: 2003. Für die Verwendung der englischen Fassung liegt die Erlaubnis von RAND vor.
Inhaltsverzeichnis |
Chemische Methoden
Beschreibung
Eine Vielzahl möglicher nichtbiologischer Mechanismen für das Ermitteln niedriger Konzentrationen der Explosivstoffe in einer Luft oder in Bodenproben ist in den letzten Jahren erforscht worden. Die meisten dieser Untersuchungen resultierten aus dem DARPA "Nase des Hundes" Programm, das R&D förderte, welche zur Entwicklung von Geräten mit in hohem Grade empfindlichen Geruchsensoren führt. Einige der Techniken empfinden die Wirkungsweise der Säugetier-Nase nach. Z.B. benutzt ein Ansatz Felder von auf Polymer-Plastik-basierenden Sensoren, die die explosiven Dämpfe (und andere löschbare Chemikalien)analysieren, die beim Aufquellen in den Polymer-Plastiken entstehen. Diese Quellunterschiede führen der Reihe nach zu leicht zu ermittelnden Änderungen im elektrischen Widerstand der Polymer-Plastiken. Wie Säugetier-Nasen beruhen diese Sensoren auf unterschiedlichen Arten von Empfängern mit niedrigem Antwortverhalten (Vielfach-Polymer-Typen im Falle der mechanischen Sensoren und vielfach Empfängerproteine im Fall von der Säugetier- Nase).
Unter den verschiedenen Dampf-Sensoren ist ein System, das neuartige Leuchtstoffpolymer-Plastiken verwendet und am ehesten als ausschwenkbar betrachtet werden kann sowie z.Z. die niedrigste Nachweisgrenze hat. Der Sensor besteht aus zwei Objektträgern, auf denen ein Dünnfilm des Leuchtstoffpolymer-Plastiks aufgetragen ist. Wenn eine Probe der Luft mit Explosivstoffen zwischen die Objektträger gerät, werden einige der explosiven Stoffe an die Polymer-Plastik gebunden und reduzieren vorübergehend die Menge des Leuchtstofflichtes, das ausstrahlt wird. Ein kleiner Photovervielfältiger ermittelt die verringerte helle Emission und ein Elektroniksignal zeigt dem Operator, daß Explosivstoffe anwesend sind. Damit könnte man die explosiven Dampfkonzentrationen ermitteln, die bei 10-15g pro Milliliter liegen, und zusätzliche Entwicklungsarbeit ist notwendig, um diese Schwelle zu senken.
Vorteile
Dampf- und Überrest-Sensoren ermitteln Sprengstoffe und können als Ergänzungen zu den Sensoren dienen, die nach körperlichen Eigenschaften der Mine suchen. Zusätzlich haben die meisten Methoden das Potential, in kleinen, kompakten, leicht zu transportierenden und einfach-zu-bedienenden Systeme mit verhältnismäßig niedrigem Leistungsbedarf umgesetzt zu werden. Der Nomadics Prototyp, der bereits vorhanden ist, ist in der Größe mit einem typischen Metalldetektor und kann wie ein Metalldetektor während des Laufens arbeiten. Er hat eine extrem niedrige Erkennungsschwelle (10-15 g pro Milliliter).
Beschränkungen
Möglicherweise ist das größte Hindernis, das diese Systeme überwinden müssen, der Nachweis ihrer Zuverlässigkeit bei der Minendetektion, damit sie tierische Minensucher ersetzen können. Kein Minensucher tauscht ein herkömmliches Suchgerät gegen eine Vorrichtung aus, bei der die Wahrscheinlichkeit des erfolgreichen Findens geringer als nahezu perfekt ist, weil dadurch offensichtlich das Sicherheitsempfinden leidet. Die Suchempfindlichkeit der gegenwärtigen Technologien ist, mit Ausnahme der Leuchtstoffpolymer-Plastik, nicht niedrig genug für zuverlässige Suche von bekannten metallhaltigen Minen im trockenen Boden, es kann sogar möglich sein, dass diese Methode nicht in sehr trockenem Klima gut durchzuführen ist. Ein anderes Problem ist das Auslösen von Fehlalarmen durch das Vorhandensein von explosiven Überresten im Boden von anderen Quellen als Landminen. Diese Beschränkung würde hauptsächlich auf Schlachtfeldumgebungen zutreffen, weil die zerstreuten Explosivstoffreste, nachdem Waffen abgefeuert wurden, nur langsam biologisch abgebaut werden. Natürlich vorkommende Chemikalien, die mit den Polymer-Plastiken auch reagieren, können falsche Warnungen verursachen. Für alle diese Systeme sind die Auswirkungen von Klimaschwankungen, besonders bei der Bodenfeuchtigkeit, auf ihre Leistung nicht umfassend bekannt. Weiterhin ist die Position der höchsten Konzentration explosiver Dämpfe häufig verschieden von der Position der Mine. Das gegenwärtige Wissen über die Verbreitung von Explosivstoffdampf von vergrabenen Minen ist zu unzulänglich, um zuverlässig die Position einer Mine auf Grund vorhandener Gassignale vorherzusagen.
Zusammenfassung/Evaluation
Explosive Dampf- und Überrestdetektoren haben das Potential, als bestätigende Sensoren für Landminen verwendet zu werden, wenn die Wahrscheinlichkeit beim Finden weiter erhöht werden kann. Ob dieses möglich ist, kann nicht ohne zusätzliche Grundlagenforschung festgestellt werden. Forschung ist notwendig, um die untereren Grenzen für die Suchempfindlichkeit bei unterschiedlichen Arten der Dampf-Sensoren zu finden. Auch werden weitere Untersuchungen benötigt, um quantitatives Modellieren der Mengen und der Positionen der Explosivstoffe zu erlauben, die für Suche an der Oberfläche unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen notwendig sind.
Literatur
Freund, M. S., and N. S. Lewis, “A Chemically Diverse Conducting Polymer-Based ‘Electronic Nose,’” Proceedings of the National Academy of Sciences, No. 92, March 1995, pp. 2652–2656.
Doleman, B. J., and N. S. Lewis, “Comparison of Odor Detection Thresholds and Odor Discriminabilities of a Conducting Polymer Composite Electronic Nose Versus Mammalian Olfaction,” Sensors and Actuators, No. 72, 2001, pp. 41–50.
Hopkins, A. R., and N. S. Lewis, “Detection and Classification Characteristics of Arrays of Carbon Black/Organic Polymer Composite Chemiresistive Vapor Detectors for the Nerve Agent Simulants Dimethylmethyphosphonate and Diisopropylmethylphosphonate,” Analytical Chemistry, Vol. 73, No. 5, 2001, pp. 884–892.
Yang, J. S., and T. M. Swager, “Porous Shape Persistent Fluorescent Polymer Films: An Approach to TNT Sensory Materials,” Journal of the American Chemical Society, No. 120, 1998, pp. 5321–5322.
Cumming, C., C. Aker, et al., “Using Novel Fluorescent Polymers as Sensory Materials for Above-Ground Sensing of Chemical Signature Compounds Emanating from Buried Landmines,” IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 39, No. 6, 2001, pp. 1119–1128.
