قد لا يعدو هذا المقال عن كونه قصاصة ورق تشرح عالما واسعا شديد الخطورة والاهمية من الابحاث العلمية الدقيقة للكشف عن المتفجرات غير انه بلا شك ذو فائدة في بيئة تفتقر للمعلومات في هذا المجال كما تفتقر نتائج البحث في محركات البحث المختلفة الى نتائج مفيدة ومغنية في هذا المجال. ولعل هذا المقال سيكون مغنيا لمن يريد اخذ فكرة اولية عن الموضوع كما سأتبع هذا المقال بالمزيد من المقالات حول التقنيات الخاصة بالكشف كل على حدة بالاضافة الى مقال حول المخاطر الصحية لتقنيات الكشف المعتمدة عالميا والطريقة الاكثر صوابا لاستخدامها.

نحن  نعيش في زمان ومكان صارت التفجيرات فيه من مفردات الحياة اليومية ومثلما تشكو بعض الاماكن في العالم من مخاطر تمرير المخدرات وكشفها فنحن نعاني من هذه المشكلة ولكن مع المتفجرات.

 والاسوء في الامر اننا نشكو من خواء تام باللجوء الى المختصين واعتماد رأي العلم وتتشكل اللجان المعنية بمثل هذه الامور من موظفين اعتياديين لا حول لهم ولا قوة. وبالتأكيد فإن مقالا كهذا لن يعني شيئا بالنسبة لأي جهة علمية مختصة او بالنسبة لجهة تود شراء جهاز خاص بكشف المتفجرات غير انه يساهم في اعطاء فكرة للمجتمع بالشطر المهتم بالاطلاع والدليل العلمي منه وبطبيعة الحال فإن تشرب معلومات كهذه من قبل الطبقة التي تحبذ الاطلاع قد يوصل فكرة ما للجهات التي تحاول شراء هذه الاجهزة.

 ان ما حدث في العراق خلال الفترة الماضية كان احد اكبر المهازل في تاريخ اجهزة كشف المتفجرات إذ اشترى العراق لعبة فارغة من الداخل بمبلغ 85 مليون دولار واستخدمها وما زال يستخدمها حتى يومنا هذا رغم محاكمة بريطانية لمورد هذا الجهاز وقد مات اثناء ذلك ما يقارب الـ 26609 عراقي في الانفجارات التي بلغ تعدادها 33344 منذ وقت توقيع العقد الخاص بالاجهزة الكاذبة حتى الان (وفق ارقام من رويترز ومواقع اخرى).

وبما ان العلوم الانسانية لا تعرف حدودا للدول فإن القلق يحدونا تجاه دول جوارنا وغيرها ممن تعاني وقد تعاني من المشكلات نفسها, ومن الضروري للطبقة المطلعة ان تعرف النزر اليسير عن هذه الاجهزة وكيفية عملها وهو ما استطعت جمعه في هذا المقال وغيره ضمن فترة بحث واطلاع لم تزد على الاسبوع.

الضيائية – Luminescence

الضيائية او اللمعان (Luminescence) هي انبعاث ضوئي من المادة لا يعود الى درجة حرارة المادة بل الى مصدر اخر محرض على انبعاث الضوء مثل التفاعل الكيميائي كما في تأكسد الفسفور والتي توصف بأنها ضيائية كيميائية (Chemiluminescence )

 واحيانا يكون مصدر الضيائية هو نتيجة تأثير طاقة معينة من مصدر خارجي قد يكون قذفا الكترونيا ويسمى عندئذ (cathodoluminescence) او قد يكون مصدرا اشعاعيا مثل اشعة كاما او اشعة اكس ويسمى عندئذ بالضيائية الاشعاعية (radioluminescence or roentgenoluminescence) وقد يأتي نتيجة التعرض للاشعة فوق البنفسجية ويسمى (photoluminescence) او الضيائية الضوئية كما في المواد المستخدمة في منع تزوير الاوراق الرسمية والعملات وايضا هناك الضيائية الكهربائية والليزرية كما ان هناك الضيائية الميكانيكية والضيائية الحرارية حيث تتشرب المادة بالطاقة من اشعاع كهرومغناطيسي او ايوني وتضئ عند تعرضها للحرارة وهنا لا يخالف المعنى مفهوم الضيائية الذي يشترط حدوث الانبعاث الضوئي دون حرارة.

المضياء – scintillator 

اما المضياء (تعريب ارتأيناه لكلمة scintillator ) ويعني المادة التي تمتلك صفة الضيائية والتي تشع ضوءا كالكرستالة التي تضئ في الصورة نتيجة تعرضها للاشعة فوق البنفسجية. او كالفسفور المذكور آنفا. إذا فكثير من المواد يمكن ان تصنف على انها مواد مضياءة او (scintillators ).

كاشف الضيائية (scintillation detector)

وتعمل على اساس وجود الضيائية المتحسسات المختلفة الخاصة بالضيائية والتي تعتمد على امتصاص الضوء المنبعث من المضياء وتحويله الى الكترونات (طاقة كهربائية) ضمن ما يعرف بالـ (photoelectric effect) اي التأثير الالكتروضوئي الذي يتمثل بإعادة بث الضوء الذي تم امتصاصه من مادة معينة بشكل الكترونات ومن تطبيقات التأثير الالكتروضوئي الخلايا الضوئية المعتمدة على هذا التأثير (هناك طريقة اخرى تعتمد على الطاقة الحرارية للاشعة). وايضا من التطبيقات المباشرة للتأثير الالكتروضوئي هو متحسسات الكاميرات ونظارات الرؤية الليلية.

اما تطبيقات كشف الضيائية فأبرزها كاشفات المواد المشعة والكاشفات المستخدمة في التجارب الفيزيائية المتقدمة واجهزة التفتيش المعتمدة على اشعة اكس (X-ray security) والكاميرات النووية (nuclear cameras) وكاميرات اشعة غاما المستخدمة في التشخيص الطبي(gamma cameras in medical diagnostics).

هل المتفجرات مواد مضياءة؟ كيف يتم الكشف عنها؟

بالتأكيد لا, فليست كل المواد تمتلك خصائص الضيائية ولكن هذه الخصائص من الممكن توفيرها في جميع المواد بظروف معينة, كما ان الكثير من المواد تمتلك خاصية الضيائية بشكل غير مرئي بالعين المجردة وليس بالضرورة ان يكون اشعاع المادة اشعاعا ضوئيا.

على سبيل المثال فإن الحبر المستخدم في العملات والذي يستخدم في كشف التزوير لا يمكن ان يظهر ضياءه الا تحت الاشعة فوق البنفسجية, وكذلك الحال مع المتفجرات التي يمكن تمييزها من خلال تسليط اشعة اكس او اشعة كاما عليها. حيث تعد هاتين الاشعتين من الاشعاعات المؤينة للمواد ويمكن بعد تأين هذه المواد ان يتم كشفها بواسطات كاشفات معينة خاصة بأشعة اكس او اشعة كاما, وتستغل هنا خاصية كون اكثر المواد المتفجرة الشائعة يدخل فيها النيتروجين الذي ستتفاعل ذراته على النحو ذاته عندما تمتص اشعة كاما او اشعة اكس. ثم يمكن معرفة المادة المتفجرة من خلال سلوكها تحت التأين.

إذا فإن انظمة الكشف عن المتفجرات تحتاج بصورة عامة الى مرور اي اشعاع او موجات عبر المادة المراد كشفها وترك هذا الاشعاع اثرا على المادة او حدوث تغير به يختلف هذا الاثر او التغير بأختلاف المادة مما يعطي بصمة مختلفة لكل مادة عند التعرض للموجات او الاشعة, فمثلا بعد ان تتعرض المواد للاشعاعات المؤينة مثل النيوترونات او اشعة غاما او اشعة اكس فإن تأثرها بالاشعاعات المختلفة يختلف بأختلاف انواعها وعند رصد الاختلافات بكاشف الضيائية يمكن معرفة ان كانت المواد مواد مشعة ام لا. والرؤية الاخرى في الكشف تتمثل بتغير الموجات او الاشعاعات عند المرور, فمثلا عندما تمر النيوترونات عبر المادة فإن احتساب التغير في حزمة النيوترونات يمكن من معرفة طبيعة المواد المراد كشفها.

نموذج من كاشفات كاما

امتصاص رنين اشعة گاما Gamma-Ray Resonant Absorption (GRA).  هي تقنية تصوير تجمع بين قابلية الاختراق العالية للاشعة والتحسس الشديد والدقيق للمتفجرات النيتروجينية.

ولهذه التقنية القابلية على كشف المتفجرات في الاجسام الكبيرة (بواسطة استخدام رنين اشعة كاما ذات الحزمة 9.17 الكترون فولت 9.17 MeV) مثل حاويات الشاحنات والعجلات الكبيرة وسيارات الطرق السيرة وبإستخدام نوعين من الكاشفات التي تم توظيفها في نظام GRA:

1. الانعكاس الرنيني لسوائل النيتروجين الغنية المضيائة (nitrogen-rich liquid scintillators).
2. كاشفات (Bismuth germanium oxide) اوكسيد الجرمانيوم البزموثي (Bi₄Ge₃O₁₂) والذي يمثل مادة مضياءة صلبة ذات درجة انصهار عالية جدا وكثافة عالية ( 7.13 g/cm³)

اما سبب استخدام النيتروجين بكثرة في المتفجرات وكونه عنصر اساسي في اكثر المواد المتفجرة فيعود الى ان تركيبة جزيئتيه تتطلب طاقة انثالبية عالية (Enthalpy) مما يعني انه سيعطي طاقة كبيرة في الانفجار وكلما كثرت الجزيئات الموجودة في المادة المتفجرة ستزداد قوة الانفجار (رابط يتضمن جدولا للانثالبية وغيرها من خصائص العناصر من جامعة اوهايو).

تقنيات أخرى

1. التقنيات المعتمدة على توليد النيوترونات وهنا تزداد نسبة خطورة الكاشف وفعاليته في الوقت نفسه وتجدر الاشارة الى ان الصور الموضوعة انفا والتي تتضمن مستويات متعددة للطاقة مع كشف للمعادن التي تقع ضمن تلك المستويات مستمدة من ورقة بحثية تتكلم عن كاشف (APSTNP – Associated-Particle Sealed-Tube Neutron-Probe) الذي يتضمن آلية لتوليد النيوترونات من احد طرفي الكاشف ثم لتمر عبر المادة المراد تفتيشها ولتنتهي في الطرف الاخر حيث يتم قياس النتيجة حسب امتصاص المادة للنيوترونات.
2. التقنيات المعتمدة على اشعة اكس وهي الاكثر شيوعا في المطارات والمخافر الحدودية في العالم ولها مخاطر كباقي التقنيات المذكورة هنا كما انها لا تكشف عن المتفجرات بشكل مباشر إذ تعرض صورة شاملة للشخص او المركبة يمكن من خلالها الاطلاع على وجود المواد المختلفة ضمن المركبة او بيد الشخص كما تحتوي بعض كاشفات اشعة اكس الحديثة على معادلات احتساب اضافية تعرض المواد الخطرة بألوان مختلفة.
   

   بوابة مرور تتضمن كاشفا بأشعة اكس خاصة بالمركبات الصغيرة والشاحنات

   

   نظام كشف خاص بالحقائب يستخدم في المطارات والابنية

   

   شاشة الكشف الخاصة بنظام اشعة اكس ويظهر هنا استخدام نظام اضافي لكشف المواد المشعة وهذا الامر ممكن مع انظمة اشعة اكس كما يمكن دمج كاشفات اشعة غاما او تقنيات النيوترونات لتكشف عن المتفجرات ضمن النظام نفسه وهو المعتمد في نظام الكشف المستخدم على الحدود الامريكية المكسيكية

   وتجدر الاشارة الى  ان اشعة اكس المستخدمة في التفتيش هي ذاتها التي تستخدم في الاشعة الطبية مع اختلاف في مستويات الطاقة التي تقاس بوحدة الالكترون فولت وبمستويات الاشعاع المستخدمة في كل من الحالتين.

3. التقنيات المستخدمة على موجات التيراهيرتز (مجموعة الموجات التي تقع تردداتها بين ترددات جهاز الموبايل الاعتيادي وترددات تقنية الـ IR التي كنا نستخدمها في نقل البيانات في اجهزة الموبايل القديمة) وما زالت هذه التقنيات في طور التجربة ولم تبلغ الحد الذي يمكن من استخدامها واعتمادها

ما هو الافضل

كالكثير من المقارنات بين التقنيات ليس هناك افضل بشكل قطعي, والامر هنا اكثر حسما فالتقنيات الاكثر فعالية والتي تستخدم النيوترونات هي الاكثر خطورة والتقنيات التي تستخدم اشعة غاما تليها في الخطورة والفعالية بينما تكون خطورة واهمية تقنيات اشعة اكس اقل. وتشتمل جميع هذه التقنيات على مخاطر لابد من تسليطها على الفرد سواء كان في المركبة او راجلا واحيانا تسلط على البضاعة لوحدها كالحقيبة او حاويات الموانئ وتضم جميع هذه التقنيات الية لتسليط الاشعة ثم اعادة امتصاصها بواسطة كاشف للضيائية من الطرف نفسه او من الطرف الاخر لخط مسار الشخص او العربة او الحقيبة. وبالتأكيد لا يمكن مقارنة كفاءة هذه التقنيات بأي نوع من التقنيات الاخرى كالكلاب او التفتيش اليدوي او الاليات المزورة التي لا تتضمن اي نظرية علمية ولا تمت لتقنيات الكشف بصلة مثل عصا التنبؤ التي اعتمدتها قوات الامن العراقية والافغانية في احدى اكبر الخدع في التاريخ والتي يمكن تشبيهها ببيع حاسبة رقمية صغيرة لرجل من قبائل افريقيا على ان هذه الحاسبة الرقمية هي قمر صناعي. وتبقى المفاضلة في تقنيات الكشف هذه بتأثيرها على الصحة وبالاخص اذا ما استخدمت في نقطة يكثر فيها مرور الاشخاص مثل المعابر داخل المدن ومن ثم بالطاقة المستخدمة فيها وفعالية الكشف, وهل تمارس كشفا فعليا ام مجرد عملية عرض مثل الكثير من كاشفات اشعة اكس.

من هم المخولون لتقييم تقنيات الكشف

 بالدرجة الاساس ان الشخص المخول بتقييم تقنيات الكشف عن المتفجرات هو مهندس الليزر والبصريات او الاختصاصي في الفيزياء بهذا المجال, يليه في الاهمية او يتساوى معه اللجنة المكونة من اطباء مختصين بالسرطان او بمعالجة اثار الاشعاع. ثم يأتي بعدهم العسكريون او الخبراء الامنيون مع خزينة المتفجرات المراد فحصها.

اما ما يجب فحصه وتأكيده بشكل موضعي ومن قبل مختبر خارجي هو التأكد من نسبة الاشعاع بوحدة الزيفرت للكشف الواحد الذي يجريه الجهاز وتأكيد الطاقة التي يستخدمها الجهاز بوحدة الالكترون فولت بالاضافة للتأكد من الموجات المستخدمة  بالدرجة الاولى هل تستخدم اشعة غاما بالفعل؟ هل تعمل الية اطلاق النيوترونات بالشكل الصحيح؟ هل تعمل الوان شاشة الكشف كما تم الاخبار عنها بالمنشأ؟

الدخول في الاختصاص

للاطلاع الوافي على كافة تقنيات كشف المتفجرات هناك كتب تشرح ابجدية هذه التقنيات واساسيات عملها من الناحية البصرية والالكترونية ومن ناحية الاشعاع وكفاءة العمل. وقد يتطلب اتقان احد هذه المصادر الشهر او الشهرين كما يمكن لكورس دراسي مكثف في جهة تخصصية معتمدة عالميا ان يغطي الامر بالكامل ليتعلم مهندس البصريات المتخرج او مهندس الالكترونيات او الاتصالات مبادئ عمل اجهزة الكشف عن المتفجرات:

• Detection and Disposal of Improvised Explosives –  Hiltmar Schuber
• ASPECTS OF EXPLOSIVES DETECTION  – MAURICE MARSHALL – Defence Science and Technology Laboratory Fort Halstead, Sevenoaks Kent TN147BP United Kingdom – JIMMIE C. OXLEY – Chemistry Department University of Rhode Island USA

مصادر:

Detectors for the Gamma-Ray Resonant Absorption (GRA) Method of Explosives Detection in Cargo: A Comparative Study David Vartsky [a], Mark B. Goldberg [a], Gideon Engler [a], Asher Shora, Aharon Goldschmidt [a],

Gennady Feldman [a], Doron Bar [a], Itzhak Orion [b] and Lucian Wielopolskic

[a] Soreq NRC, Yavne 81800, Israel

[b] Ben Gurion University, Beer Sheba 84105, Israel

[c] Brookhaven National Laboratory, Upton N.Y. 11973, USA

Associated-Particles Sealed-Tube Neutron Probe: Detection of explosives, Contraband, and nuclear materials.

DR. ED RHODES

          Argonne National Laboratory, RE Building 208

          Arpanet e-mail: rhodes@nutron.re.anl.gov

DR. CHARLES E. DICKERMAN

          Argonne National Laboratory, RE Building 208

          Arpanet e-mail: dickerma@ proton.anl.gov

Terahertz Spectroscopy: An investigation into the use of terahertz radiation to detect/sense drugs, pharmaceuticals and polymorphs

Alex Grange, School of Electronic and Electrical Engineering, Faculty of

Engineering