国外爆炸物探测与识别技术综述(爆破器材)

爆破器材ＥｘｐＩｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ第３６卷第３期国外爆炸物探测与识别技术综述黄魁林远斌关腾芳刘定解放军理工大学工程兵工程学院（江苏南京，２１０００７）［摘要］综述了国外爆炸物探测与识别所采用的微量炸药探测和块体炸药探测两大类技术，讨论了每类技术所采用的探测方法及其工作原理。

介绍了目前国外的探测设备，根据每种探测技术和探测设备在使用中存在的不足，对其今后可能的发展趋势作了进一步探讨．［关键词］爆炸物探测与识别探测设备［分类号］ｘ９２４．２１引言近年来，恐怖爆炸事件频频发生在世界各地，各种形式的炸药和爆炸装置被用于恐怖犯罪活动，造成了大量的人员伤亡和财产损失。

为了把恐怖活动遏制在未遂状态，人们把目光更多地投注在依靠物理、化学等科学技术手段对爆炸物的探测与识别上。

国外对这一领域进行了大量深入的研究，在我国，由于起步较晚，与国外相比还有很大差距。

因此，有针对性地研究国外爆炸物探测与识别技术，对于加快我国在这一领域的发展有着重要的现实意义。

２爆炸物探测与识别的技术类型爆炸物探测与识别技术有很多种，根据有关资料归纳统计Ⅱ］，该技术主要分为两大类：微量炸药探测和块体炸药探测，大致如图１所示。

图１爆炸物探测的主要技术类型２．１微量炸药探测微量炸药探测是指对微量（肉眼很难看见）的爆炸品残留物进行取样和分析的技术。

爆炸品在处理过程中总会留下气体或固体颗粒形式的残留物，通过搜集这些残留物并使用相关的探测技术对其进行分析，从而判断是否存在爆炸物。

常见的微量炸药探测技术有离子迁移光谱等电化学技术和激光拉曼光谱技术。

２．２块体炸药探测块体炸药探测是指探测可见数量的炸药。

通常包括Ｘ、７射线成像技术和基于核的技术。

Ｘ、７射线都是高能电磁波，当它们遇到物质时，会发生三种情况：透射、被吸收、散射或反向散射。

根据这三种现象获得的信息，可以探测出物质的密度、原子序数等特征量。

炸药的特征就是密度高、原子序数低。

当前Ｘ射线成像技术包括：单能Ｘ射线技术、双能Ｘ射线技术、ＣＴ技术、反向散射技术和荧光透视技术。

炸药探测的核技术主要包括核四极矩共振技术和中子技术。

与成像技术相比，基于核的技术探测性能更好。

下面介绍各种探测技术的原理以及相关的探测设备。

３微量炸药探测技术３．１离子迁移光谱技术（ＩＭＳ）ＩＭＳ是最普通的微量炸药探测技术，其工作原理是：在离化区，炸药的蒸气分子或固体颗粒与电子作用而变成负离子，负离子在迁移区发生漂移，大致如图２所示。

其漂移的速度取决于离子的质量、电荷和尺寸。

在有效控制迁移区电场强度的情况下，测量出离子的迁移率（指单位电场强度下离子的漂移速度）。

根据离子的迁移率可以识别出每种离子的原始物质。

样图２样品离化与迁移示意图不同的物质可能因为离子尺寸和质量相似而表现出相同的迁移率。

为了解决这个问题，国外发明了一种叫做ＧＣ／ＩＭＳ的组合系统。

分子在进入ＩＭＳ之万方数据２００７年６月国外爆炸物探测与识别技术综述黄魁等前，先经过气相层析仪（ＧＣ）进行预先分馏。

ＧＣ是一中空的管道，管道里涂有特殊的化学物质，这些化学物质有选择地与某些物质的分子发生作用，以此来影响该分子在ＧＣ中的漂移速度，分子穿过ＧＣ所用的时间称为滞留时间［１．２］。

这样，即使分子表现出相同的迁移率也会由于滞留时间不同而被区分开来。

３．２化合光技术（ＣＬ）大多数炸药都含有硝基（一ＮＯ：）或硝酸酯基（一ＯＮＯ。

），在化合光系统中，炸药分子首先被加热分解产生ＮＯ。

ＮＯ与臭氧（Ｏ。

）在真空腔反应产生激发态的ＮＯ。

分子，ＮＯ。

衰变成非激发的ＮＯ。

时，将辐射一种具有特定频率的红外光子（ＩＲ）。

通过光电倍增器探测该红外光子，光电倍增器的输出信号与真空腔中ＮＯ含量成正比，据此可以判断被检物中是否存在炸药。

由于ＮＯ分子不仅存在于炸药中，化肥、香水等物质的热分解也产生ＮＯ，所以单独使用ＣＬ技术不能够辨认炸药种类，通常要与气相层析仪（ＧＣ）联用。

３．３表面声波技术（ＳＡｗ）ＳＡＷ探测系统的主要组成部分是一个具有特定共振频率的压电晶体。

当分子沉积在晶体表面时，晶体共振频率的变化与分子沉积的质量成正比，此频率的变化还依赖于分子的属性、表面温度以及晶体本身的化学性质。

同上述两种方法一样，ＳＡＷ系统也需要与ＧＣ联用来识别炸药种类。

根据分子在ＧＣ中不同的滞留时间，ＧＣ／ＳＡｗ系统可以有效地区分不同的分子。

另外，该系统还能够区分挥发性物质和非挥发性物质。

３．４热氧化还原技术热氧化还原技术是基于炸药分子的热分解以及随后的ＮＯ。

还原原理。

样品被导入系统并穿过浓缩管时，浓缩管管道上涂有一层特殊的化学物质，用来有选择地吸附爆炸物蒸气。

然后样品被快速地加热分解并释放出可以探测的ＮＯ：分子。

３．５化学试剂法当化学试剂添加到样品上时，样品会变色。

向样品里加入一系列的化学试剂，观察每一次样品颜色的变化，以确定有无炸药。

图３是目前Ｍｉｓｔｒａｌ安全公司生产的一种手持式Ｅｘｐｒａｙ野外检测工具箱，它包括三种喷雾剂和一张特殊的试纸。

可用于检测Ａ组炸药（ＴＮＴ、ＤＮＴ和苦味酸等）、Ｂ组炸药（塑胶炸药Ｈ、ＲＤＸ、图３ＥＸＰＲＡＹ野外探测工具箱ＰＥＴＮ、ＮＧ和无烟粉等）和含Ｎ化合物。

３．６质谱分析技术（ＭＳ）与二次质谱技术质谱法的理论依据是：具有不同质荷比（即质量与所带电荷之比）的离子在磁场中所受的作用力不同，因而运动方向也不同，导致彼此分离。

经过分别捕获收集，可以确定离子的种类和相对含量，最后求得样品的定性和定量分析结果［３］。

有的质谱仪还与ＧＣ联用以提高准确率。

ＭＳ作为一种有效的实验室技术，目前已经运用于野外，该系统具有良好的识别能力。

二次质谱技术的基本原理与之相似，只是使用两层质谱仪。

离子通过第一层质谱仪后，具有不同质荷比的离子被分离开来，被分离出的离子与中性原子核（如氦Ｈｅ）发生碰撞，结果是大分子变成小离子，而小离子的质量则可以通过第二层质谱仪测定。

这种技术可以精确测定多种炸药，误报率比较低。

３．７电子俘获技术与前面几种方法一样，电子俘获技术也需要与ＧＣ联用。

它的工作原理是：首先使用放射源将气体混合物电离成自由电子，自由电子在流向阳极时产生一恒定电流。

从ＧＣ分馏出来的分子与这些电子混合以后，炸药分子因捕获电子带上负电，结果只有少数电子流向阳极，使得恒定电流减弱。

探测器通过分析这种变化来判断炸药的存在。

３．８紫外荧光技术荧光是一种光致发光现象，物质在吸收紫外光以后，可发出与紫外光波长相同或较长波长的荧光。

研究发现［１＇４］，在一定条件下，荧光强度与被测物质的浓度成正比。

因此，通过测量荧光的强度可以定量测定许多痕量无机和有机组分。

３．９激光拉曼光谱技术激光拉曼光谱法是基于运用激光作光源的拉曼散射而建立起来的分析方法。

拉曼散射是一种分子光谱，当物质分子受到光辐射照射时，由于分子的振动或转动能级的跃迁使照射光被吸收并重新散射出来，散射光的波长可长于或短于照射光的波长。

拉曼散射的波长与物质的结构有关，可作定性万方数据爆破器材ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ第３６卷第３期分析的依据；拉曼散射的强度可作定量分析的依据［３］。

该方法可用来检测、确定物质的名称和含量，也可用于探测液体炸药。

美国ＡＨＵＲＡ公司研制了一种便携式拉曼光谱探测仪“首席卫士”（ＦｉｒｓｔＤｅｆｅｎｄｅｒＸＬ），如图４。

研究表明［５｜，“首席卫士”能鉴别２５００种液体和固体物质，适于探测鉴别各类液体。

图４“首席卫士”探测仪４块体炸药探测技术４．１ｘ射线成像技术４．１．１单能ｘ射线成像技术该技术使用单一能量的Ｘ射线，Ｘ射线在穿过物质时被吸收，强度被衰减，衰减强度与每种物质的衰减系数以及该物质的密度、厚度有关。

所以最终成像反映的是被测物体对Ｘ射线的吸收程度，它只适于探测炸弹等高密度物质。

４．１．２双能ｘ射线成像技术采用高、低两种能量的Ｘ射线对被检物进行扫描时，由于高Ｚ物质在两种能量水平下的成像都呈现暗色，而低Ｚ物质则在低能Ｘ射线照射下的成像呈现较暗的颜色。

计算机通过分析比较高能、低能Ｘ射线获得的两幅独立图像，最后鉴别出被检物中的有机物（低Ｚ）和无机物（高Ｚ）。

４．１．３电脑断层技术（ＣＴ）该技术是由医学上的ＣＴ成像技术发展而来的。

Ｘ射线穿过物体后被探测，得到在菜个方向上的图像。

然后不断地旋转ｘ射线源和探测器重新得到一系列的二维图像（基本上是旋转１。

进行一个成像），将得到的二维交叉片段成像，输入计算机处理后组合成三维图像。

由于ＣＴ采用的是交叉片段成像，因此可以有效地识别隐藏的物体。

４．１．４Ｘ射线反向散射成像技术Ｘ射线反向散射成像技术是最近几年发展较快的一门新型探测技术。

当Ｘ射线与被检物质相互作用时会发生散射，Ｘ射线的反向散射量是不同物质的特征量，据此可以区分低Ｚ物质和高Ｚ物质Ｈ］。

Ｘ射线反向散射成像系统既提供标准的Ｘ射线成像，又提供反向散射Ｘ射线成像。

标准的Ｘ射线成像可以鉴定高Ｚ物质（如金属）。

反向散射Ｘ射线成像能准确探测有机物质（低Ｚ）如塑性炸药。

通过比较这两种图像就能鉴别出物质的成分。

４．１．５其它成像技术立体断层ｘ射线成像技术。

这是一种基于Ｘ射线逐行扫描的三维成像技术。

与ＣＴ技术相比，其优越性在于：ＣＴ成像缺少数据并且需要许多片段图像来进行图像重构。

而该技术只需要通过一对透射图像问的几何关系就能再现三维图像数据。

介电泳成像技术。

该成像技术使用低能微波照射物体，测量物体的电介质和损失系数，物体的介电性能与其物理、化学性质有关。

该系统将测得的电介质与已知的电介质（如人体电介质）相比较从而辨别出异常区域。

低能Ｘ射线反散射成像技术。

该技术利用低能Ｘ射线反向散射来检查人体和找出藏在人体上的炸药等违禁物品。

４．２ｙ射线成像技术７射线成像技术的基本原理与ｘ射线相似，由于７射线的穿透力更强，照射在被检物上时生成的图像质量更好。

目前国外研制了一种名为“车辆与集装箱检查系统”（ＶＡＣＩＳ）的７射线探测系统，据称，该系统可以探测到集装箱中的汽车［１“］。

４．３核四极矩共振（ＮＱＲ）ＮＱＲ是一种新兴的爆炸物探测技术。

原子核总是处于周围带电粒子所形成的电磁场中，如果电场梯度不为零，原子核的四极体（相应于原子核体积中具有对称轴的旋转椭球体部分）与电场相互作用而呈现一定的电四极矩，屯四极矩的存在，使得原子核具有相应的能量，表现为一系列分立的能级。

如果从外部施加一射频场，原子核就会发生能级跃迁，即发生原子核电四极矩共振。

产生共振的条件满足下列方程式：△Ｅ＝＾口。

式中△Ｅ——原子核能级的能量之差；＾一普朗克常量；口。

——共振吸收的频率。

由于原子核周围的电场是由其周围的带电粒子所决定的，故不仅不同原子核的电四极矩共振频率不同，即使同一种原子核处在不同的分子中时，也会因分子内部结构的不同而使得电四极矩共振频率不同。

可见，一旦检测到电四极矩共振信号，则不但可以判定是哪种原子核，而且可以判定是哪种分子，核万方数据２００７年６月国外爆炸物探测与识别技术综述黄魁等四极矩共振技术的这一特性使其应用到炸药探测中成为可能［６１。