בדיקת הרחה לזיהוי חומרי נפץ ממרחק מוגדל

זיהוי אדים היא שיטת דגימה ללא מגע, שהיא אמצעי פחות פולשני לאיתור חומרי נפץ מאשר בדיקת משטח ("מריחה"). זיהוי אדים של חומרי נפץ מהווה אתגר בשל הרמות הנמוכות של אדים, הזמינים לגילוי.

המעבדה הלאומית של משרד האנרגיה האמריקאי בצפון מערב האוקיינוס השקט (Pacific Northwest National Laboratory - PNNL) הודיעה לאחרונה (06/08/2024) על שיטה חדשה לזיהוי באוויר של חומרים מסוכנים עם לחץ אדים נמוך ממרחק של למעלה מ-2 מטרים.

מדענים פיתחו דרך לזהות באוויר ממרחק של למעלה מ-2 מטרים (8 רגל) כמויות זעירות של חומרי נפץ, מה שמפחית את הצורך בבדיקה פיזית קרובה. השיטה, שתוארה במאמר, שפורסם באפריל השנה בכתב העת לכימיה Talanta, מזהה כמויות זעירות של חומרי נפץ כמו ניטרוגליצרין ו-RDX (חומר הנפץ ב-C4) באוויר ברמות נמוכות במיוחד ותוך שניות.

חומרים כאלה משחררים לאוויר מולקולות בודדות, אך החוקרים בכל זאת יצרו דרכים לזהות אותן. ציוד זיהוי חומרי הנפץ, שבו השתמשו, כל כך רגיש, שהוא מזהה את הכמות הקטנה ביותר של חומר הנפץ בתוך האוויר שמלא במולקולות חנקן וחמצן.

בשיטה זו ניתן לזהות חומרי נפץ ברמה, השקולה לזיהוי מחט אורן בודדת מתוך כלל עצי האורן במדינת וושינגטון, או היכולת להוציא מטבע בודד מערימת מטבעות, הגבוהה מגובהו של הר האוורסט.

המחקר נערך במעבדה הלאומית בצפון מערב האוקיינוס השקט של משרד האנרגיה, והתבסס על יותר מעשור של מחקרים בזיהוי אדים מחומרים נפיצים ומחומרים אחרים. בעבר, הצוות פיתח שיטות לאיתור חומרי נפץ באוויר אבל רק ממרחק של כחצי סנטימטר.

הטכנולוגיה העדכנית לזיהוי חומרי נפץ מזהה אותם ממרחק בטווח של 0.6-2.4 מטרים, תלוי בסוג חומר הנפץ. BaySpec Inc., חברה בעמק הסיליקון, המתמחה בייצור מכשירי חישה ספקטרלית ליישומים החל ממוליכים למחצה ותרופות וכלה בהגנה וביטחון, קיבלה את הרישיון לייצור והיא מתכננת להשיק מוצר מסחרי, המבוסס על השיטה החדשה כבר בשנת 2025.

לחץ אדים
חומרים עם לחץ אדים גבוה כמו בנזין, הם נדיפים והמולקולות שלהם מועברות באוויר במהירות, מה שמקל על איתורם. לעומתם חומרים בעלי לחץ אדים נמוך מתאדים באיטיות, והם משחררים כל כך מעט מולקולות לאוויר, שקשה ללכוד ולנתח אותן.

במחקר זה הצליחו לזהות חומרי נפץ בעלי לחץ אדים נמוך כמו RDX באוויר ממרחק של כ-2 מטרים ממקור האדים המשתחררים לאוויר הסביבה לאחר 10 שניות של דגימה, ולזהות אדים משאריות RDX וניטרוגליצרין ממרחק של כ-0.5 מטר.בעבודות קודמות, הצוות זיהה באוויר חומרי נפץ כמו טטריל, PETN ו-TNT. 

חלק מהשיפור במרחק נובע ממכשיר ידני עוצמתי לדיגום אוויר, שפותח באוניברסיטת וושינגטון השואב כ-300 ליטר אוויר לדקה. כך מתאפשר לאסוף את כל נפח דיגום האוויר הנדרש תוך 5 עד 10 שניות בלבד כדי לזהות חומרים עם לחץ אדים נמוך יותר.

בשיטה זו האוויר נשאב באמצעות מכשיר יניקת האוויר הידני, עובר דרך מסנן, והאדים מועברים לצינור זרימה אטמוספרי ומזוהים על ידי ספקטרומטר מסה ((Mass Spectrometer. המפתח לגילוי הרגיש הוא אותו צינור זרימה אטמוספרי (Atmospheric flow tube-mass spectrometry - AFT-MS) באורך של כשני מטרים, שבו המולקולות מיוננות לפני שהן נשלחות לזיהוי בספקטרומטר המסה.

אורך הצינור מאפשר זמן רב יותר (שניות לעומת אלפיות השנייה) ליינון מולקולות המטרה, מה שמגביר את רגישות הגילוי.

המסקנה היא, שזרמי אוויר משפיעים על ההסתברות לגילוי אדי חומרי נפץ, ושילוב של AFT-MS עם דגימת אוויר בנפח גבוה מאפשר להגדיל את מרחקי הזיהוי. ניתן לבצע אופטימיזציה של הדגימה על ידי התחשבות בתנועת האוויר בחדר או בסביבה, מה שעשוי להגדיל עוד יותר את מרחקי הזיהוי.

שימוש ב- AFT-MS עם דגימה בנפח גבוה יכול להיות יעיל גם לזיהוי אדים של סמים ואיומים כימיים נוספים ויכול להיות שימושי עבור יישומי בדיקה אבטחה כגון במתקני דואר, מעברי גבול ונקודות בידוק ביטחוניות.

המחקר הנוכחי התבסס על מחקר קודם של החוקרים, שאף זכה בפרס חדשנות במסגרת R&D 100. צוות המחקר השתתף בסדנה בנושא איתור עקבות חומרי נפץ וסמים, שהתקיימה ביוני השנה באירלנד כדי לדון בעבודות קשורות.

העבודה היא חלק מתוכנית PNNL רחבה לאיתור חומרי נפץ, והמחקר מומן על ידי מינהלת המדע והטכנולוגיה במחלקה לביטחון המולדת בארה"ב.

המידע מסתמך על פרסומים, שהופיעו בקבוצות ה-LinkedIn, שאני מנהל Explosives / Blasting (Energetic Materials) OSH, ו-Fireworks and Pyrotechnics OSH.