Досмотровая система для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.
В последние годы наблюдается непрерывный рост применения террористами и другими преступными элементами взрывчатых веществ (ВВ) и контрабандной транспортировки наркотиков.
Обнаружить и предупредить такие незаконные действия практически невозможно.
Однако существуют зоны повышенного контроля с учетом уязвимых мест, где возможно обнаружение присутствия взрывчатых и других контрабандных веществ. К таким зонам относятся аэропорты и самолеты.
Известны многочисленные способы сокрытия авиапассажирами ВВ и других контрабандных веществ. Такие вещества могут быть скрыты под одеждой авиапассажиров, в их ручной клади или в сдаваемом багаже, перевозимом в грузовых отсеках самолетов.
На протяжении многих лет разрабатываются и практически проверяются различные методы обнаружения взрывчатых и наркотических веществ — от использования для этого специально обученных собак до сложных систем, реагирующих на присутствие следов таких веществ.
Технические устройства и системы обнаружения ВВ и других контрабандных веществ по принципу их действия можно разделить на две категории: использующие для обнаружения различные излучения и использующие для этого пары ВВ и наркотиков.
К первой категории относятся рентгеновские системы, системы с гамма- и нейтронным облучением, а также системы на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Эти системы и используемые в них методы наиболее подходят для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, скрываемых в предметах багажа и ручной клади авиапассажиров, и совершенно безопасны для них.
Вторая категория систем обнаружения использует методы захвата электронов, газовую хроматографию, масс-спектроскопию, плазменную хроматографию, биодатчики и лазерную фотоакустику.
Все эти методы более применимы к обнаружению ВВ и наркотиков, укрываемых в одежде или под одеждой людей, или следов таких веществ, остающихся на коже, одежде и различных предметах, принадлежащих лицам, имевшим дело с этими веществами, например, переносившими их.
Все перечисленные системы и методы обнаружения применяются в настоящее время. Проводятся также исследования в правительственном и частном секторах по дальнейшему совершенствованию этих систем и разработке новых методов.
По мере развития техники ВВ и появления новых их видов, например пластических ВВ, обнаружение их становится все более трудной задачей.
В частности, необходимо решить задачу надежного обнаружения ВВ с очень низким давлением выделяемых ими паров или низким уровнем излучения частиц, сокращения времени поиска.
На конференции Carnahan Conference 1987 г. был представлен доклад об исследовании различных интегральных систем обнаружения ВВ, проведенном в Sandia National Laboratories, в связи с разработкой системы досмотра проходного (арочного) типа.
По результатам этого исследования был предложен трехступенчатый процесс обнаружения ВВ, включающий следующие ступени: отбор проб паров ВВ, повышение их концентрации, выделение паров ВВ определенных типов. В докладе предложены различные приборы отбора проб паров.
Были исследованы проходные арки (порталы) различных конфигураций и динамика воздушных потоков в них с целью определения конфигурации, обеспечивающей лучший отбор проб.
В докладе сделано заключение, что направленный вниз полуламинарный поток воздуха, обдувающий эффективную площадь тела досматриваемого лица, в сочетании с вакуумной всасывающей воронкой диаметром около 30 см, помещенной под решеткой в полу досмотрового портала, является лучшим способом отбора паров ВВ или корпускулярного излучения для анализа.
Для выделения паров определенных ВВ применялись различные приборы обнаружения, включая спектрометр на основе подвижности ионов Phemto-Chem 100 Ion Mobility Spectrometer в комбинации с устройством повышения концентрации отобранных проб, разработанные фирмой Ion Track Instruments, Спектрометр на основе подвижности ионов — это плазменный хроматограф, использующий атмосферный ионно-молекулярный реактор, производящий заряженные молекулы, которые можно анализировать методом подвижности ионов.
Устройство повышения концентрации паров отобранных проб представляет собой экран в виде диска, приводимый во вращение электродвигателем. Покрытие экрана поглощает пары, выделяемые различными веществами. При последующем подогреве экрана происходит десорбция этих паров с повышенной концентрацией.
Основная проблема, с которой встретились разработчики проходных арочных систем обнаружения ВВ, заключалась в поддержании целостности отобранных проб воздуха.
Поддержание целостности пробы состоит в предотвращении ее загрязнения от окружающей среды «при постоянной скорости прохода досматриваемых лиц через портал, что очень важно для эффективного действия любой системы досмотра. В упоминавшемся выше докладе отмечалось, что целостность пробы воздуха не сохраняется в проходных системах досмотра без дверей.
При наличии сквозных потоков воздуха в портале, вызванных, например, работающими кондиционерами или прохождением людей, возможно снижение вероятности обнаружения на 10%. Оборудование порталов дверями повышает надежность и вероятность обнаружения, но одновременно создает проблему, связанную с недопустимым для аэропортов снижением пропускной способности системы.
В последние годы в США и ряде других стран выдано несколько патентов на методы и средства обнаружения контрабандных веществ, включая ВВ и наркотики, в багаже и ручной клади авиапассажиров или в грузовых контейнерах.
Эти методы и основанные на них устройства и системы, сводятся к следующим процессам: досматриваемый объект (предмет багажа) пропускается через досмотровый туннель, управляемый по трем осям, где он обдувается Циркулирующим потоком воздуха.
При этом отбирается проба воздуха в туннеле для последующего анализа. Однако ни в одном из этих патентов не было предложено использовать концентрацию паров в отобранных пробах для повышения чувствительности и избирательности средств обнаружения.
В некоторых последующих патентах США использовались абсорбция и десорбция паров или корпускулярного излучения контрабандных веществ для их обнаружения, но эти патенты не относились к использованию камер отбора проб паров арочного (проходного) типа.
В двух патентах (1995 и 1996 гг,) канадских изобретателей предлагается досмотровая установка, в которой устраняются недостатки предложенных ранее установок и систем.
Она предназначена для обнаружения ВВ, наркотических веществ и контролируемых химических реагентов посредством анализа отобранных проб выделяемых ими паров или корпускулярного излучения. Такие вещества могут укрываться в багаже и ручной клади авиапассажиров, а следы этих веществ остаются на их одежде или коже.
Все операции процесса обнаружения должны проводиться незаметно для авиапассажиров и без вреда для них и достаточно быстро, без задержки и перерывов потоков людей и багажа.
Установка представляет собой интегральную систему, содержащую средства отбора проб в виде первой и второй подсистем отбора и анализа, подсистемы управления и обработки данных.
В первом варианте реализации установки используется камера отбора проб в проходном портале, в котором циркулирует воздушный поток. Этот поток обдувает проходящих через камеру людей или предметы и поступает в зону отбора проб.
Портал и камера сконструированы так, чтобы можно было отобрать пробы с достаточной для анализа концентрацией паров и/или частиц упомянутых веществ.
Небольшое количество циркулирующего воздуха за время, называемое периодом отбора проб, отбирается внешним воздушным насосом или вентилятором и направляется в первую и вторую подсистемы отбора проб и их анализа.
Во втором варианте реализации установки для отбора проб используется удерживаемый в руке оператора зонд, который он перемещает по специфическим местам досматриваемого лица или объекта и снимает пары или частицы контролируемых веществ.
Зонд содержит вращающуюся щетку, расположенную в его входном конце.
Собираемые зондом пары и частицы веществ направляются в общую подсистему отбора и анализа проб.
Зонд сконструирован так, что он образует при соприкосновении с досматриваемым объектом воздухонепроницаемое соединение.
В третьем варианте реализации досмотровой установки для отбора проб используется автоматическая камера досмотра багажа и ручной клади авиапассажиров.
Камера имеет форму туннеля прямоугольного сечения с открытыми входом и выходом.
Размеры камеры примерно соответствуют размерам типичной рентгеновской досмотровой установки, применяемой в аэропортах.
Камера устанавливается над лентой конвейера, доставляющего в нее подлежащие досмотру объекты. Она имеет по крайней мере четыре пробоотборные головки с вращающимися щетками, охватывающими все поверхности объектов и частицы контролируемых веществ.
Отобранные пробы воздуха направляются в первую и вторую подсистемы отбора и анализа проб.
В первой из этих подсистем отобранная проба с концентрацией паров или частиц контролируемых веществ в ней, равной нескольким триллионным долям, преобразуется в парообразную форму.
В такой форме она поступает в быстродействующий химический анализатор, которым может быть газовый хроматограф, детектор с захватом электронов или спектрометр на основе подвижности ионов. В предпочтительном варианте используется химический анализатор последнего типа.
Во второй подсистеме в результате нескольких последовательных шагов уменьшается объем пробы с повышением концентрации паров или частиц в ней, и она направляется в быстродействующий химический анализатор (газовый хроматограф с детектором захвата электронов).
Действие этой подсистемы состоит в абсорбции паров и частиц, содержащихся в пробе, поглощающей подложкой и последующей десорбции их при нагреве подложки.
Этот процесс повторяется несколько раз до достижения необходимой для анализа степени очистки. На основе анализа идентифицируются класс веществ и их количество в досматриваемых объектах.
Основной функцией подсистемы управления и обработки данных является сигнализация о наличии контролируемых веществ в объекте досмотра и, если это требуется, об уровне их концентрации.
Подсистема реагирует на различие уровней фоновой концентрации и концентраций, вызывающей сигнал тревоги. Эта подсистема контролирует также состояние всей установки с использованием микропроцессора или компьютера.
Модульное программное обеспечение дает возможность программирования установки на обнаружение определенных веществ.
Патенты содержат подробное описание всех подсистем установки и более 20 поясняющих схем и чертежей.