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23.10.09 Prototyp eines Flüssigkeits-Kontrollgeräts nutzt Terahertz-Strahlung

Neuer Detektor für gefährliche Flüssigkeiten

Jülicher Physiker entwickeln Kontrollgerät, mit dem sich gefährliche Flüssigkeiten identifizieren lassen

Erfrischungsgetränke, Kosmetika, Medikamente und mehr - seit einem gerade noch rechtzeitig vereitelten Terroranschlag auf ein Linienflugzeug 2006 dürfen Fluggäste Flüssigkeiten und Gele nur noch begrenzt im Handgepäck mit sich führen. Es gibt inzwischen verschiedene Ansätze für Kontrollgeräte, mit denen sich gefährliche Flüssigkeiten identifizieren lassen, aber noch hat sich keines davon an den Flughäfen der Welt durchsetzen können. Jülicher Physiker stellen nun den Prototypen eines neuen Detektors vor, der zuverlässig und blitzschnell zwischen Flüssigsprengstoff und harmlosen Substanzen unterscheiden kann.

Abb. 1: Der experimentelle Aufbau zeigt den Prototypen des Detektors links im Bild, rechts die Lichtquelle und in der Mitte die untersuchte Flüssigkeit in einer Flasche.
Quelle: Forschungszentrum Jülich

"Explosive Flüssigkeiten oder flüssige Komponenten, aus denen sich an Bord eines Flugzeugs Sprengstoff herstellen lässt, können mit unserer Methode in Bruchteilen einer Sekunde identifiziert werden. Unser Verfahren der Flüssigkeitskontrolle ist somit nicht nur weit schneller als andere, es ist auch viel zuverlässiger. Schließlich wird man die Mitnahme von Flüssigkeiten im Handgepäck erst dann wieder erlauben können, wenn gefährliche Stoffe sicher erkannt werden, ohne dass sich durch lange Nachweiszeiten und Fehlalarme lange Warteschlangen bilden", erklärt Prof. Knut Urban, Institutsleiter am Forschungszentrum Jülich.

Urban und seine Mitarbeiter am Institut für Festkörperforschung nutzen für ihren Detektor Terahertz-Strahlung, mit der man Substanzen analysieren kann. Jede Flüssigkeit absorbiert und reflektiert Strahlung verschiedener Wellenlängen auf unterschiedliche Weise und kann so anhand ihres spezifischen "Fingerabdrucks" identifiziert werden.

Die Idee, elektromagnetische Strahlung zu verwenden, um gefährliche Flüssigkeiten aufzuspüren, ist nicht neu. Die bisherigen Systeme nutzen aber nur einen sehr engen Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung und identifizieren dadurch nur einen kleinen Ausschnitt des Fingerabdrucks. Damit lassen sich gefährliche Substanzen nicht zuverlässig von harmlosen Flüssigkeiten trennen, und bei Mischungen verschiedener Flüssigkeiten besteht die Gefahr falscher Ergebnisse.

Die Jülicher Forscher entwickelten ein System, das innerhalb von nur 200 Millisekunden über einen breiten Frequenzbereich von wenigen Gigahertz bis zu einigen Terahertz messen kann. So kann bei jeder Messung ein detaillierter molekularer Fingerabdruck erstellt werden, der einen zuverlässigen Vergleich mit Referenzdaten gefährlicher Flüssigkeiten ermöglicht. Das Herz des so genannten Hilbert-Spektrometers ist ein neuartiges nanoelektronisches Bauelement, ein sogenannter Josephson-Kontakt. Er fungiert als hochempfindlicher, ultraschneller und breitbandiger Sensor und wandelt computergesteuert das aufgenommene Spektrum in ein elektrisches Signal um, mit dem verdächtige Flüssigkeiten angezeigt werden können.

Die Jülicher Forscher demonstrierten erfolgreich, dass ihr System schnell und zuverlässig so unterschiedliche Flüssigkeiten wie Wasser, Ethanol, Methanol, Propanol und Aceton erkennen kann. Dr. Yuri Divin, federführender Wissenschaftler dieses Projekts: "Die Funktionsfähigkeit unserer Methode haben wir damit bewiesen. Nun arbeiten wir daran, das Gerät zu verkleinern und Details zu optimieren und auch andere Anwendungen zu untersuchen. Wir sind uns sicher, dass sich die Industrie interessiert zeigen wird, mit unserer Unterstützung ein marktfähiges Produkt zu entwickeln".

Quelle:

Liquid indentification by Hilbert spectroscopy
M. Lyatti, et. al., Supercond. Sci. Technol. 2009, DOI: 10.1088/0953-2048/22/11/114005

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Prototyp eines Flüssigkeits-Kontrollgeräts nutzt Terahertz-Strahlung
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2009/okt/terahertz.shtm)

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