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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


Detektion – Identifikation

Explosivstoff ??

ProblemWie erkennt man eine Gefährdung

Technische Lösung:Entwicklung einer mobilen Sensorplattform mit einer grün/roten Anzeige

Explosivstoff


Explosivstoffe

militärisch genutzte

gewerblich genutzte

Selbstlaborate

3

Komplexe Mehrstoffsysteme


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


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


• 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“

http://www.neolase.com/index.php?id=neolase#c1

http://www.neolase.com/index.php?id=neolase#c1


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


• 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


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


Laserpuls

Hochgeschwindigkeitsaufnahme 5000 Bilder/SekundeUSBV – Nachbau mit Schwarzpulver

LaserparameterWechselwirkung mit Explosivstoffen ohne Initiierung


Hochgeschwindigkeitsaufnahme 5000 Bilder/SekundeUSBV – Nachbau mit TATP

Laserpuls

LaserparameterWechselwirkung mit Explosivstoffen ohne Initiierung

Lichtblitz


• 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


OptimierterLaser (532 nm)

Bohrkopf / OptikenProbenahme-Modulmit Filter

Funktionsfähiger intelligenter Bohrkopf und Probenahmeeinrichtung

Probe mit Explosivstoff

ProbenhalterAbsaugung

Laser Strahlführung

Probekörper befülltmit Semtex 1A

Filter


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


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


• 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


Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit

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