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Die Detektion von Explosivstoffen stellt ein zentrales Feld der zivilen Sicherheitsforschung dar. Eine besondere Herausforderung liegt hierbei in dem Nachweis verpackter Substanzen, wie es bei Unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtung (USBV) häufig der Fall ist. Derzeit eingesetzte Verfahren arbeiten meist mit bildgebenden Techniken, durch die sich ein Anfangsverdacht ergibt. Der tatsächliche chemische Inhalt der USBV lässt sich jedoch nicht exakt ermitteln. Eine genaue Beurteilung der Gefährdung durch solche Substanzen ist allerdings von großer Bedeutung, insbesondere wenn die Entschärfung des Objekts in bewohntem Gebiet stattfinden muss. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das sich als Verifikationsverfahren bei bestehendem Anfangsverdacht gezielt einsetzen lässt. Hierzu wird mittels Laserbohrtechnik zunächst die äußere Hülle des zu untersuchenden Gegenstandes durchdrungen. Anschließend finden eine lasergestützte Probenahme des Inhalts sowie die Detektion unter Verwendung geeigneter Analysemöglichkeiten statt. Der Bohr- und Probenahmefortschritt wird über verschiedene spektroskopische und sensorische Verfahren begleitend überwacht. Zukünftig soll das System abstandsfähig auf Entschärfungsrobotern eingesetzt werden.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur Echtzeitüberwachung von Laserbohrprozessen vorgestellt. Die Untersuchungen werden an unterschiedlichen Materialien unter Einsatz eines passiv-gütegeschalteten Nd:YAG Lasers durchgeführt. Prozessbegleitend findet eine Aufzeichnung der akustischen Emissionen mit anschließender Analyse durch schnelle Fourier-Transformation statt. Hierdurch lassen sich der Durchbruch beim Bohren durch ein Material sowie der Materialübergang mehrschichtiger Systeme detektieren. Die akustischen Messungen werden durchAuswertung der Pulsfolge des Lasers mittels einer Fotodiode gestützt. Hierbei zeigt sich eine gute Übereinstimmung der im akustischen Spektrum dominanten Frequenz mit der jeweils im Laserburstauftretenden Pulsfrequenz. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine Echtzeitüberwachung beim Laserbohren mittels kostengünstiger und einfacher Hardware. Zudem zeichnet es sich im Gegensatz zu bestehenden Verfahren durch eine hohe Robustheit gegen äußere Störeinflüsse aus, da eine frequenzbasierte Auswertung stattfindet.
Gegenstand dieser Arbeit sind Untersuchungen zur Detektion von verpackten Gefahrstoffen wie beispielsweise Explosivstoffen. Hierzu wird in einem ersten Schritt die Verpackung mittels Laserbohrens durchdrungen, um anschließend den nun freiliegenden Gefahrstoff nachweisen zu können. Dies geschieht einerseits durch eine lasergestützte Probenahme und anschließende Detektion mit gängigen chemisch-analytischen Verfahren sowie direkt bei der Wechselwirkung zwischen Laser und Gefahrstoff mittels Ramanspektroskopie. Zudem werden schnelle in situ-Techniken im Hinblick auf ihre Eignung zur Überwachung des Laserbohrprozesses untersucht. Hier werden kostengünstige und kompakte Sensortechniken (Messung der Prozessgase durch Halbleitergassensoren, Messung des Luftschalls mittels Kondensatormikrofon) mit aufwendigeren und komplexeren spektroskopischen Verfahren (Plasma- und Ramanspektroskopie) bewertend verglichen. Anhand ausgewählter Modellsysteme in verkleinertem Maßstab werden die unterschiedlichen Verfahren unter Verwendung gängiger Verpackungs- und Hüllenmaterialien sowie anhand ausgewählter Explosivstoffe charakterisiert. Für das Laserverfahren kommen gepulste Nd:YAG Laser mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen zum Einsatz.
The identification of energetic materials in containments is an important challenge for analytical methods in the field of safety and security. Opening a package without knowledge of its contents and the resulting hazards is highly involved with risks and should be avoided whenever possible. Therefore, preferable methods work non-destructive with minimal interaction and are capable of identifying target substances in a containment quickly and reliably. Most spectroscopic methods find their limits, if the target substance is shielded by a covering material. To solve this problem, a combined laser drilling method with subsequent identification of the target substance by means of Raman spectroscopic measurements through microscopic bore holes of the covering material is presented. A pulsed laser beam is used for both the drilling process and as an excitation source for Raman measurements in the same optical setup. Results show the ability of this new method to gain high-quality spectra even when performed through microscopic small bore channels. With the laser parameters chosen right, the method can even be performed on highly sensitive explosives like triacetone triperoxide (TATP). Another advantageous effect arises in an observed reduction in unwanted fluorescence signal in the spectral data, resulting from the confocal-like measurement setup with the bore hole acting as aperture.
