Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Zastosowanie magnetycznego rezonansu do wykrywania materiałów wybuchowych i narkotyków Mikołaj Siergiejew Zakład Fizyki Ciała Stałego, IF USz.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Zastosowanie magnetycznego rezonansu do wykrywania materiałów wybuchowych i narkotyków Mikołaj Siergiejew Zakład Fizyki Ciała Stałego, IF USz."— Zapis prezentacji:

1 Zastosowanie magnetycznego rezonansu do wykrywania materiałów wybuchowych i narkotyków Mikołaj Siergiejew Zakład Fizyki Ciała Stałego, IF USz

2 Wstęp Po pamiętnych atakach terrorystycznych, które zdarzyły się w ostatnich latach na całym świecie, znów wzrosło zainteresowanie poszukiwaniem nowych fizycznych metod do wykrywania materiałów wybuchowych ukrytych 1. w bagażu podręcznym; 2. w przesyłkach pocztowych; 3. w ubraniu pasażerów itp.

3 Aktualnymi pozostają również zagadnienia, związane z wykrywaniem narkotyków oraz min przeciwpiechotnych w obudowach niemetalicznych. Szacuje się, że obecnie ponad 150 mln takich min pozostało w różnych rejonach świata, co powoduje, że rocznie ginie ponad kilkadziesiąt osób (głównie dzieci).

4 Przykłady min przeciwpiechotnych Masa – 200 g ÷ 10 kg Masa wybuchowego materiału - 10 g ÷ 500 g Wybuch następuje przy nacisku albo pociągnięciu za sznurek – 1,5 kg ÷ 25 kg

5 Niektóre wybuchowe materiały TrotylHeksogen C 7 H 5 (NO 2 ) 3 C 3 H 6 N 3 (NO 2 ) 3

6 Wzory chemiczne niektórych narkotyków KokainaHeroina C 17 H 21 NO 4 C 21 H 22 NO 5

7 Metody wykrywania 1.Promieniowanie jonizujące: gamma, alfa, beta, neutrony. Najszersze zastosowanie uzyskała metoda aktywacji neutronami termicznymi (TNA) 14 N + n 15 N * 15 N + (10.08 MeV) Jednak ta metoda wymaga bardzo kosztownej aparatury jądrowej i wymaga dość dużo czasu.

8 Metody wykrywania 2. Metody oparte na analizie obecności śladowych ilości pewnych substancji w oparach wydzielanych przez narkotyki i materiały wybuchowe. Te metody są dobre do wykrycia starych narkotyków i materiałów wybuchowych (dynamit). Nowoczesne narkotyki i plastyczne materiały wybuchowe nie wydzielają takich substancji w wystarczającym stężeniu.

9 Metody wykrywania 3. Metody radiospektroskopowe : Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR) Magnetyczny Rezonans Kwadrupolowy (NQR ) Elektronowy Rezonans Paramagnetyczny (EPR)

10 Podstawy radiospektroskopii

11

12 Właściwości magnetyczne jąder wchodzących w skład WM i N JądroSpin% 14 N C1/ H1H1/ O5/

13 NMR i EPR metody 1.NMR 1 H nie jest dość informacyjną metodą, ponieważ jądra 1 H istnieją prawie wszędzie. 2. NMR 14 N wymaga wykorzystania dość wysokiego i jednorodnego pola magnetycznego. 3. EPR na paramagnetycznych centrach jest mało informacyjny. Oprócz tego centra paramagnetycznie również są wszędzie (nawet w zabawkach, kosmetykach itd.)

14 Jądro 14 N

15 Poziomy energetyczne 14 N m = + 1 m = - 1 m = 0 0 – + =(3eQq/4h)(1 /3) 0 = (3eQq/2h)

16 Trudności w obserwacji NQR jąder 14 N Energia absorbowana Częstości rezonansowe NQR ±, 0 jąder azotu 14 N grup NO 2 są < 1 MHz. Częstość NMR protonów ( 1 H) 100 MHz, a zatem sygnał NQR 14 N ma amplitudę w ~ razy mniejszą niż sygnał NMR 1 H.

17 Podwójny rezonans Jądra 1 HJądra 14 N 1.Zmniejsza się temperatura spinowa jąder 1 H. 2. Temperatura spinowa jąder 14 N zwiększa się. 3. Cieplny kontakt między jądrami 1 H i 14 N pro- wadzi do wyrównania spinowych temperatur. 4. Rejestrują się zmiany w sygnale jąder 1 H.

18 Temperatura spinowa n-n- n+n+ n-n- n+n+

19 Metody zmiany T S n-n- n+n+ n-n- n+n+

20 n-n- n+n+ n-n- n+n+ Adiabatyczne zmiany pola

21 Metody zmiany T S Sekwencja ujarzmiająca spiny – spin locking t > T 2 B 1Y 90 X

22 Cieplny kontakt 1 H – 14 N Jądra 1 H (A)Jądra 14 N (B) T IS Warunek Hartmanna- Hahna

23 Cieplny kontakt 1 H – 14 N Warunek Hartmanna- Hahna E A = E B flip-flop term – ( I A+ I B- + I B- I A+ )

24 Podwójny spin-echo rezonans Gdy częstość B pokrywa się z rezonansową częstością jąder B, maleje amplituda echa jąder A. Metoda ta jest efektywna w przypadku silnego sprężenia dipolowego jąder A i B. Jądra A – protony ( 1 H), jądra B – jądra 14 N

25 Podwójny NMR - NQR w układzie laboratoryjnym

26 Podwójny NMR-NQR w wirującym układzie

27 Widmo 14 N kokainy

28 Widmo 14 N kodeiny

29 Widmo 14 N heksogenu

30 Impulsowa sekwencja rejestracji czterech WM

31 Widma NQR 14 N

32 Rysunek z

33 Zależność natężenia sygnału NQR od l cewka l = B

34 Sekwencje impulsowe a widma dwuwymiarowe NQR 14 N

35 Widmo dwuwymiarowe NQR 14 N heksogenu

36 Podsumowanie 1. Stosowanie różnych metod podwójnego rezonansu daje możliwość wykryć w bagażu podręcznym, w przesyłkach pocztowych, w ubraniu pasażerów itp. wybuchowe materiały oraz narkotyki masą rzędu 10 g w ciągu czasu około 10 s. 2. Stosowanie metod rejestracji NQR na odległości daje możliwość wykryć z prawdopodobieństwem 0.97 na polu o powierzchni 1 m 2 w ciągu 10 s wybuchowy materiał o wadze > 10 g, który znajduje się na odległość 25 cm od cewki rejestracyjnej.

37 Podsumowanie 3. Obecnie szereg firm produkuje urządzenia do wykrycia wybuchowych materiałów i narkotyków pracujących na podstawie rezonansu magnetycznego. Na przykład firma Quantum Magnetics (USA) produkuje urządzenie do wykrycia narkotyków w zamrożonych przetworach z ryb. Objętość cewki w tym urządzeniu wynosi 170 litrów ! Są również urządzenia do wykrycia min przeciwpiechotnych na odległości do 20 cm od powierzchni ziemi. Niestety dostęp do informacji o tej produkcji jest silnie ograniczony.

38

39 Na każdy wynalazek jest...

40 Literatura 1.V.S.Grechishkin et al.(zespół z Kaliningradu). UFN (Postępy nauk fizycznych) 167 (1997); 166 (1996) 2. J.Nogaj et al. Zespół z zakładu kwadrupolowego rezonansu Instytutu Fizyki, UAM, Poland 3. I.A.Safin, D.Ja.Osokin, Zespół z Instytutu fizyko- technicznego AN, Kazań. 4. S.P.Gabuda, Yu.Kriger et al., Zespół z Instytutu chemii nieorganicznej AN, Novosibirsk 5. N.A.Sergeev, A.V.Yatcenko, A.V.Sapiga, et al., Raporty z badań statutowych Uniwersytet Simferopolski. V.N. Shcherbakov

41 Skrośna relaksacja 14 N – 1 H H = N T1T1

42 Wspomnienia


Pobierz ppt "Zastosowanie magnetycznego rezonansu do wykrywania materiałów wybuchowych i narkotyków Mikołaj Siergiejew Zakład Fizyki Ciała Stałego, IF USz."

Podobne prezentacje


Reklamy Google