Neutronenaktivierungsanalyse
Aus Wissen gegen Minen
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.
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Sprengstoff-Detektions-Techniken
Biologische und chemische Methoden zur Detektion von explosiven Dämpfen sind derzeit dadurch eingeschränkt, dass unser Wissen noch zu unvollständig ist, wenn es um die Migration explosiver Dämpfe in in den Mineninnenraum geht. Eine andere Generation von Sprengstoffdetektionstechniken überwindet diese Einschränkungen durch die Suche nach dem Zünder in der Mine. Eine der für diesen Zweck angewendeten Methoden ist die Kernquadrupolresonanz (NQR) sowie eine Vielzahl von Methoden, die die Interaktion zwischen Neutronen und den Bestandteilen des Explosionskörpers nutzen. Diese Technologien entwickelten sich aus der Detektion von Zündern bei Passagiergepäck in der Luftfahrt und bei der Untersuchung von möglichen Explosionsherden in anderen Umgebungen.
Beschreibung
Bei Neutronen-Untersuchungstechniken werden die Sprengstoffe in Landminen von dem umgebenden Bodenmaterial dadurch unterschieden, dass der Boden mit Neutronen beschossen wird und/oder Neutronen bei Detektion zurückkehren. Unterschiede in der Intensität, Energie und anderen Eigenschaften der rückkehrenden Strahlung können benutzt werden, um das Vorhandensein von Sprengstoffen anzuzeigen. Nur drei der vielen möglichen Eigenschaften von Neutronen oder Gammastrahlen haben ein vernünftiges Potenzial für die Landminendetektion. Das erste, die Analyse thermischer Neutronen, ist die einzige nukleare Technologie, die derzeit militärisch genutzt wird: Die kanadische Armee nutzt diese Technik als Fahrzeug-basierten Bestätigungsdetektor für Anti-Panzerminen. Physische Größe und Gewicht schließen die Beförderung durch Personen aus. Auch können keine kleinen Anti-Personenminen in praktischem Einsatz entdeckt werden. Die zweite Methode, bekannt als "Analyse schneller Neutronen", hat ähnliche Beschränkungen. Die dritte Methode, die Neutronenmoderation, ist die einzige von den dreien mit dem Potenzial, einen von Personen tragbaren Detektor für Antipersonenminen hervorzubringen. Neutronenmoderation erkennt vergrabene Materialien mit niedrigen Atomnummern (z.B. Wasserstoff).
Stärken
Die physikalischen Eigenschaften der Neutronenmoderation erlauben dieser Technologie, schwachquellige Strahlung zu nutzen, was den Schutzaufwand reduziert, mit denen sich die Minenräumer vor der Strahlung schützen müssen. Daher kann ein System möglich sein, das man in der Hand tragen kann.
Beschränkungen
Neutronenaktivierungsmethoden können höchstens eine relative Anzahl von bestimmten Atomen messen, aber nicht die Molekularstruktur bestimmen, die vorliegt. Da Neutronenmoderation sehr sensibel auf Wasserstoffmaterialien reagiert, besonders Wasser, erzeugt diese Methode viele Falschalarme. Daher ist es nötig, um Landminen erfolgreich zu detektieren, die Rückstrahlung der Neutronen dafür zu nutzen, um ein Bild von dem untersuchten Gebiet zu erzeugen. Simulationen haben gezeigt, dass die Methode bei 10% Bodenfeuchtigkeit oder weniger arbeitet, und sie könnte auch bei einem Feuchtigkeitsgehalt von bis zu 20% arbeiten. Bodenunebenheiten und verschiedene Sensorhöhen tragen ebenfalls zu Falschalarmen bei nicht-bildproduzierenden Systemen bei. Die Bildgenerierung kann diese Effekte reduzieren, obwohl eine Verschlechterung des Bildes erwartet werden kann. Wegen der Strahlenaussendequelle mit ausreichend niedriger Stärke für den Handgebrauch werden einige Sekunden benötigt, um ein Bild zu erhalten. Diese Tatsache macht Neutronenmoderation-Bildgenerierung geeigneter für die Bestätigung als für die primäre Detektion. Davon abgesehen existiert eine gefühlte (mehr als tatsächliche) Verstrahlungsgefahr bei nuklearen Techniken, die von den Anwendern erst einmal überwunden werden muss. Breitbandige, niederelektronische Neutronenabstrahlquellen, die derzeit von der Forschungsabteilung des kanadischen Verteidigungsministeriums entwickelt werden, könnten dieses gefühlte Risiko reduzieren.
Zusammenfassende Auswertung
Die Mehrzahl der Neutronentechnologien haben physikalische Beschränkungen, die ihre Hand-Tragbarkeit ausschließen. Nur eine Technologie – die Neutronenmoderations-Bildgenerierung – könnte nützlich für die in der Hand tragbare Bestätigung von Anti-Personen-Landminen sein. Bei Feldsystemen werden Bilder dieser Minen wahrscheinlich als unscharfe Kleckse erscheinen, was jedoch immer noch ermöglicht, Minen von durch Feuchtigkeit erzeugte diffuse oder lange anhaltende Falschalarme zu unterscheiden. Es jedoch unwahrscheinlich, dass die Neutronenmoderations-Bildgenerierung substanzielle Verbesserungen in der Detektionsgeschwindigkeit im Vergleich zu anderen Detektionsbestätigungssystemen hervor bringen wird.
