На сегодняшний день в арсенале служб безопасности есть два типа детекторов взрывчатых веществ, которые работают по-разному, но одинаково дороги и сложны в применении. Учёные МИФИ представили альтернативное решение.
Группа российских учёных из Национального исследовательского ядерного университета МИФИ разработала новый вид детектора, отслеживающего такие соединения, как тротил, нитробензол и нитронафталин. Это устройство поможет повысить уровень безопасности в метро, аэропортах, на железнодорожных вокзалах и различных видах производства.
О своём изобретении учёные рассказали в статье журнала журнала Sensors. Исследования были поддержаны грантом Российского научного фонда.
Все пассажиры проходят в вокзалах и аэропортах обязательную проверку на безопасность. И речь не только о рентгеновских сканерах и металлодетекторах. На пунктах досмотра есть устройства, которые также выявляют нитросоединения, которые применяются в производстве взрывчатых веществ.
На сегодняшний день в арсенале служб безопасности есть два типа аппаратов, которые работают по-разному, но одинаково дороги и сложны.
Первый использует для детектирования нужных веществ масс-спектрометрию: устройство всасывает в себя окружающий воздух и определяет, какие ионы проходят через аппарат и в каком количестве, а значит, какие вещества и в какой концентрации содержатся в воздухе. Такое устройство выдаёт результат быстро, однако любой масс-спектрометр - это дорогостоящая аппаратура, которая к тому же сложна в обращении для любого неспециалиста.
Второй способ детекции нитросоединений - метод флуоресцентного тушения. В ходе такого анализа определяется интенсивность свечения соединения, с которым ионы входят в контакт. Соответственно, чем меньше уровень свечения, тем больше концентрация взрывчатого вещества. Проблема в том, что детекторы, основывающиеся на данном методе, нестабильны и менее чувствительны.
Учёные МИФИ попытались найти альтернативное решение, которое позволило бы сократить издержки и при этом проводить высокоточный анализ.
Схема и фотография прототипа детектора.
Иллюстрация Samotaev et al./Sensors, 2020.
В результате российские инженеры и химики разработали прототип детектора взрывчатых веществ с совершенно новым принципом работы. Он при помощи насоса затягивает анализируемый воздух в испаритель, где при температуре 80 DEGC из него выделяются пары тротила или других нитросоединений. Затем пары отправляются в реактор, где при 450 градусах Цельсия вещество разлагается (происходит реакция пиролиза). В конечном итоге образуется диоксид азота NO2, концентрацию которого определяет специальный датчик.
В итоге предел обнаружения, к примеру, тротила у аппарата составил от 10-11 г/см3 до 10-12 г/см3, что ставит его на один уровень с дорогостоящими устройствами. Однако разработанный в МИФИ прототип дешевле конкурентов.
Отметим, что новый детектор позволяет обнаруживать взрывчатые вещества не только в воздухе, но и на различных поверхностях. Для этого на устройство устанавливается отдельный модуль, который собирает не пары, а твёрдые следы нитросоединений. Все остальные шаги проходят так же.
Как показали испытания, новый детектор определяет концентрацию нужных веществ за три секунды, после чего ему требуется три минуты на очистку. Однако тот факт, что новому детектору на "перезагрузку" нужны долгие три минуты, заставляет учёных дорабатывать устройство. Согласно нормативам безопасности, забор проб должен происходить примерно каждые 3-4 секунды (проход через рамку не должен приводить к тому, что перед ней скапливается толпа).
Кроме того, российские инженеры хотели бы сделать устройство более миниатюрным, рассказывает руководитель проекта Николай Самотаев, доцент Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ. Сейчас детектор представляет собой кубическую коробку с размером ребра около 30 сантиметров. Авторы разработки планируют в дальнейшем сделать его меньше ручного пылесоса, что сделает прототип удобнее в эксплуатации.
Добавим, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, что графен поможет выявлять взрывчатку по одной молекуле, а также об исследовании крымских учёных, в ходе которого они вывели микробов, превращающих взрывчатку в удобрения.
