Группа российских ученых из НИЯУ МИФИ разработала новый вид детектора, отслеживающего нитросоединения (тротил, нитробензол и нитронафталин), которые используются для создания взрывчатки. Это устройство поможет повысить уровень безопасности в метро, аэропортах, на железнодорожных вокзалах и различных видах производства. О своем изобретении ученые рассказали на страницах журнала Sensors. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.
Схема и фотография прототипа детектора
Samotaev et al / Sensors, 2020.
В результате удалось разработать прототип детектора взрывчатых веществ, принцип работы которого еще не использовался ни в одном другом подобном аппарате. 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 все 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.
Также ученые разрабатывают миниатюрную версию аппарата. Он представляет собой коробку примерно 30×30×30 см. Авторы планируют сделать его меньше ручного пылесоса, что сделает прототип удобнее в эксплуатации.