爆炸危險(xiǎn)品檢測技術(shù)淺探

當(dāng)今世界，恐怖主義對社會發(fā)展、國家安定和人類進(jìn)步構(gòu)成了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。“恐怖主義、政治腐敗、環(huán)境污染”被稱為２１世紀(jì)人類面臨的三大威脅 ［１］。而爆炸又是恐怖襲擊最常用造成后果最嚴(yán)重的手段之一。近年來，我國的各種爆炸襲擊案件也時(shí)有發(fā)生。因此，研究對爆炸危險(xiǎn)物品的安全檢測技術(shù)有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

１ 爆炸危險(xiǎn)品的分類

１．１ 爆炸危險(xiǎn)品的概念BR>概括地說，爆炸危險(xiǎn)品是指：在發(fā)生迅速的物理和化學(xué)的變化時(shí)，系統(tǒng)本身的能量借助于氣體的急劇膨脹而轉(zhuǎn)化為對周圍介質(zhì)做機(jī)械功，同時(shí)伴隨有強(qiáng)烈放熱、發(fā)光和聲響等效應(yīng)的物質(zhì)系統(tǒng) ［２］。爆炸危險(xiǎn)品不僅僅指的是炸藥，同時(shí)還包括用于爆炸襲擊的液化氣罐、燃燒瓶甚至核燃料等。

凡是能用于物理爆炸、化學(xué)爆炸及核爆炸的物品，都可稱為爆炸危險(xiǎn)品。這里我們所要研究的是爆炸危險(xiǎn)品炸藥的檢測技術(shù)。

１．２ 炸藥的分類BR>炸藥分類方法很多，目前還沒有建立起統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。按炸藥的組成可分為單質(zhì)炸藥和混合炸藥。按用途可分為起爆藥、猛炸藥、發(fā)射藥、煙火劑。從恐怖分子的使用情況可分為 ［３］：

（１）準(zhǔn)軍事炸藥。這類物質(zhì)由于威力、安全性不能滿足軍用炸藥的要求，偶爾才被用作炸藥，但它們是恐怖分子作案的很好的工具。例如，硝基甲烷ＣＨ３ＮＯ２是少數(shù)硝基烷的一種，它是傳統(tǒng)的工業(yè)溶劑，可作火箭和跑車的能源原料，偶然用來做炸藥。

（ ２）含氮物質(zhì)。例如硝酸銨、高氯酸銨、雷汞、疊氮化物、三碘化物以及尿素的硝化物、汽油等，這些物質(zhì)在生產(chǎn)中很容易得到。

（３）其他物質(zhì)。主要包括推進(jìn)劑、煙火劑和燃料氣體等，它們大都可用作爆炸的原料，如液體氧化劑、氯的氧化物、金屬、鋁熱劑、乙炔化合物等。它們還可利用這些物質(zhì)相互作用，而不需要雷管或電池就可以引起爆炸。

２ 爆炸危險(xiǎn)品常用檢測技術(shù)

當(dāng)前最常用最有效的探測危險(xiǎn)物品的方法是使用警犬。從長遠(yuǎn)看，依靠科技進(jìn)步，改進(jìn)現(xiàn)有探測手段，發(fā)展新的探測技術(shù)則是主要途徑。檢測炸藥的方法主要有３種：Ｘ射線成像、氣相分析探測系統(tǒng)和分子分析探測技術(shù)。

２．１ Ｘ射線成像技術(shù)

Ｘ射線探測已被廣泛應(yīng)用于港口、機(jī)場、車站的行包檢查。其探測原理是：射線穿越物體時(shí)，由于產(chǎn)生光電子及光子散射等物理過程，相當(dāng)部分的入射光子被物質(zhì)吸收，一束初始強(qiáng)度為Ｉ０的Ｘ射線（或γ射線）穿越厚度為ｄ的均勻物質(zhì)后，其強(qiáng)度減弱為：

Ｉ＝Ｉ０ｅ－μｄ BR>式中，μ是物質(zhì)吸收系數(shù)，與物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)及其密度等因素有關(guān)［３］。

將旅客的行包置于樣品檢測臺上，用Ｘ射線對被測行包的某層面進(jìn)行照射，測得衰減后的Ｘ射線強(qiáng)度和其他物理量，可得到該層面各部位的吸收系數(shù)、物質(zhì)密度等信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)快速處理，可使這些信息還原為反映這一層面內(nèi)部情況的圖形，并將所測得的數(shù)據(jù)與預(yù)存的爆炸物有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就可確定行包中是否含有爆炸物。

Ｘ射線透視成像原理已被廣泛用于安全檢測。新型的Ｘ射線探測器，能夠根據(jù)各位置測得的數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)處理后自動地為不同形狀和密度的有機(jī)材料或金屬材料加上不同的“偽彩色”，并對某些有特定密度、尺寸和形狀的物品給予提示，發(fā)出警報(bào)。這種成像系統(tǒng)工作效率高，行包或車輛在經(jīng)過檢測點(diǎn)時(shí)，其中的物品在操作員面前的熒光屏上清晰可見。

２．２ 氣相分析探測技術(shù)

炸藥本身是一種分子結(jié)構(gòu)比較特殊的元素，它們主要都是由Ｎ，Ｃ，Ｏ組成。因此，可以收集可疑物品的氣體組分，然后用現(xiàn)代化學(xué)鑒別方法分別予以確定。

將可疑物品首先通過一個雙柱色譜柱，其出口處是一個高溫?zé)峤庋b置，能把所有含氮化合物轉(zhuǎn)化成氧化氮，然后在化學(xué)發(fā)光室把氧化氮轉(zhuǎn)化成二氧化氮，并由它發(fā)出紅外線，對這種紅外線的檢測不會受到其他化合物的干擾，因此靈敏度很高。檢測結(jié)果經(jīng)過放大后，就可以認(rèn)出某些氮化合物的存在。BR>離子遷移率光譜測量技術(shù)也可用于分子鑒定，這種技術(shù)也已很成熟了。許多化學(xué)物質(zhì)（如炸藥、毒品等違禁物品）發(fā)散的氣化物或粒子會附著在衣服、行包、皮膚、容器和紙張等表面，利用經(jīng)過特殊處理的吸收材料擦拭這些物品表面，能夠收集殘留的化學(xué)物質(zhì)的微粒，經(jīng)過萃取后加熱成氣相，或直接從可疑爆炸物周圍提取氣相樣品，送入離子遷移率光譜儀中，毒品或爆炸物的氣化物被電離而帶電。爆炸性物質(zhì)變成負(fù)離子。當(dāng)這些離子在受控的電場內(nèi)移動時(shí)，由于不同物質(zhì)的分子大小和結(jié)構(gòu)不同，移動的速度也不同。根據(jù)離子移動速度的方向和大小可用于識別物質(zhì)。

２．３ 分子分析探測技術(shù)BR>衣服、塑料、炸藥等都含有Ｃ，Ｎ，Ｏ和Ｈ等成分，雖然炸藥所含的Ｃ/Ｏ和Ｃ/Ｎ的比例與一般物品有顯著不同，但僅看某物質(zhì)含氮量（或含氧量）的多少不能判定其是否為爆炸物。研究表明，若同時(shí)考慮材料中氮、氧原子百分比的相關(guān)性，就會發(fā)現(xiàn)爆炸物都落在一個很確定的范圍內(nèi)（見圖１），而其他物品（衣服、塑料等）無一落在這一區(qū)域，這就為探測爆炸物提供了參考數(shù)據(jù)。

我們可以利用放射源或中子發(fā)生器產(chǎn)生的短脈沖高能中子轟擊被測物質(zhì)，這些中子遇到被測物質(zhì)中的碳、氧、氮等元素時(shí)，能發(fā)射出具有不同特征信號的γ射線，通過編程得到相應(yīng)的γ射線譜，與相應(yīng)的預(yù)存信號對比，就可對特殊的爆炸物發(fā)出告警信號。

分子探測分析系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要在于無需操作人員作分析說明，可直接得到檢查結(jié)果，因此該系統(tǒng)可單獨(dú)檢查大量的行李。該系統(tǒng)的作用過程為：中子從封閉導(dǎo)管中子發(fā)生器中發(fā)射出來，進(jìn)入在傳送帶上移動的物體上，物體里Ｃ，Ｎ，Ｏ元素發(fā)射出的特征γ射線便被放置在傳送帶旁邊的檢測器記錄下來。通過各個檢測器取向的合理設(shè)計(jì)，便可使它們分別面對著物體的一個部隊(duì)，這樣便可使待測物體中其他元素產(chǎn)生的干擾消除到最小，測量更精確。

２．４ 其他檢測技術(shù)BR>采用核磁共振技術(shù)來探測炸藥，在線檢測的靈敏度、可靠性以及特異性方面均較理想。但由于產(chǎn)生探測所需強(qiáng)磁場的磁鐵，造成系統(tǒng)的體積和重量龐大，而且強(qiáng)磁場也會對磁介質(zhì)和磁性物品造成破壞，因此難以應(yīng)用。

毫米波技術(shù)是以人體自然的寬頻譜電磁輻射為基礎(chǔ)進(jìn)行的。由于人體輻射的毫米波強(qiáng)，可使傳感器得到較強(qiáng)的信號，而人員隨身攜帶的隱藏物品在較亮的人體背景襯托下顯示為暗色，以此可用于監(jiān)視、區(qū)分人體和攜帶的物品，可以在一定的距離探測到爆炸危險(xiǎn)物品。BR>３ 探測系統(tǒng)存在的問題及對策

３．１ 各種檢測系統(tǒng)存在的問題BR>利用Ｘ射線探測技術(shù)是目前最廣泛采用的技術(shù)，它是根據(jù)所測物品的密度分布來判斷的。雖然有的儀器還附加上有效原子序數(shù)、體積和形狀以進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度，但由于密度和有效原子序數(shù)不能唯一地表征炸藥，因此，即使采用了三維成像技術(shù)，其漏報(bào)率和誤報(bào)率也較高，在實(shí)際運(yùn)用中對金屬的探測效果較好，對炸藥的探測效果則不理想。

氣相分析的探測系統(tǒng)，采用了質(zhì)譜分析技術(shù)，檢查被測微粒的分子量，因而探測的靈敏度以及可靠性均較高，但這僅局限于硝化甘油和其他易沾染的樣品，對揮發(fā)性差的炸藥，如黑索今、太安等，則可靠性較差。同時(shí)這種方法難以實(shí)現(xiàn)在線檢測。

中子分析技術(shù)的探測系統(tǒng)是根據(jù)爆炸品含氮量豐富的特點(diǎn)來探測行李中的炸藥分布。由于其探測的只是氮的含量，而與氮原子所處的化學(xué)環(huán)境無關(guān)，因此，含氮豐富的物質(zhì)，均易引起誤報(bào)（如尼龍、動物膠、毛制品），即使加上空間分辨技術(shù)，對誤報(bào)率的改善也不大。

３．２ 改善檢測效果的途徑

首先應(yīng)該綜合使用各種探測手段?？偟恼f來，一個有效的方法應(yīng)該是由各種方法結(jié)合才能夠?qū)崿F(xiàn)的，實(shí)際上，在現(xiàn)實(shí)中也是多種檢測手段結(jié)合使用的。

其次要提高檢測技術(shù)的研發(fā)水平。依靠科技進(jìn)步，解決現(xiàn)有探測的問題，提高檢測的范圍和可靠性。

最后要增強(qiáng)安檢人員的素質(zhì)。由于各種檢測設(shè)備檢測出的結(jié)果都不是唯一確定的，因此要我們的安檢人員能夠去偽存真，發(fā)現(xiàn)其中的危險(xiǎn)信號。

參考文獻(xiàn)

［１］ 黃順祥，陳海平，胡非，等．反對恐怖主義化學(xué)襲擊數(shù)值模擬初探［Ｇ］//第六屆全國風(fēng)工程及工業(yè)空氣動力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，２００２（９）：２３－２６．

［２］ 中國力學(xué)學(xué)會工程爆破專業(yè)委員會．爆破工程（上）［Ｍ］．北京：冶金工業(yè)出版社，１９９６：３０－３４．

［３］ 陳心中，徐潤君，吳禮林．反恐怖安全檢測技術(shù)的物理基礎(chǔ)［Ｊ］．物理，２００２，３１（９）：２－３。