Предложен новый тип детектора взрывчатых веществ

Ученые из НИЯУ МИФИ разработали новый вид детектора, отслеживающего нитросоединения (тротил, нитробензол и нитронафталин), которые используются для создания взрывчатки. Новое устройство поможет повысить уровень безопасности в метро, аэропортах, железнодорожных вокзалах и на различных видах производства. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда. О своем изобретении ученые рассказали на страницах журнала Sensors, кратко о нем сообщается в пресс-релизе РНФ.

Для обнаружения взрывчатых веществ на пунктах досмотра устанавливают специальные устройства, которые должны выявлять нитросоединения. Сейчас есть два вида аппаратов, различающихся принципом работы. Первый основан на ионно-подвижной спектрометрии — устройство всасывает в себя окружающий воздух и по скорости движения ионов определяет, какие вещества в нем содержатся и в каком количестве. Подобные аппараты дают быстрый отклик, но они весьма дорогостоящие и сложные в использовании. Второй подход — метод флуоресцентного тушения, который определяет интенсивность свечения ионов при контакте с особым светящимся соединением. Чем меньше уровень свечения, тем больше концентрация взрывчатого вещества. Детекторы, использующие этот метод, нестабильны и менее чувствительны. Несовершенство существующих технологий подтолкнуло ученых МИФИ к поиску нового подхода, который сочетал бы в себе приемлемую стоимость и высокое качество анализа.

В результате удалось разработать прототип принципиально нового детектора взрывчатых веществ. Все начинается с забора воздуха насосом, после этого он попадает в испаритель, где при температуре 80 ℃ из него выделяются пары тротила или других нитросоединений. Затем пары отправляются в реактор и при температуре 450 ℃ происходит разложение вещества на составные элементы, такая реакция называется пиролизом. В результате получается диоксид азота NO₂, концентрацию которого фиксирует специальный датчик. Помимо обнаружения взрывчатых веществ в воздухе, прототип может определять их следы на различных поверхностях. Для этого на аппарат устанавливается специальный модуль, который улавливает не пары, а твердые следы нитросоединений. Весь последующий процесс остается неизменным.

Как показали испытания, детектор определяет концентрацию вещества за 3 секунды, после этого ему потребуется около 3 минут на очистку. Предел обнаружения тротила у аппарата составляет от 10−11 г/см³ до 10–12 г/см³, что ставит его на уровень с дорогостоящими датчиками на основе ионно-подвижной спектрометрии. Однако разработанный в МИФИ прототип дешевле своих конкурентов. Также ученые позаботились о фильтрации фоновых газов и водяного пара, которые приводят к ложным срабатываниям детекторов. Для этого в конструкцию встроены датчики температуры и влажности. Они корректируют получаемый результат, поэтому при плавных и резких изменениях последнего параметра (на 50 % и более) прототип всё равно показывает верный результат.

Но детектор еще нужно дорабатывать: «В первую очередь, необходимо ускорить очистку: мы можем быстро определить концентрацию вещества, но затем приходится ждать перезарядки для следующего забора пробы. Подобным устройствам необходимо укладываться в нормативы служб безопасности, где-то 3–4 секунды. Как в аэропорту на проход через рамку есть определенный норматив, чтобы толпа не скапливалась», — рассказывает руководитель проекта Николай Самотаев, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник кафедры микро- и наноэлектроники, доцент Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ.