Mit Laserstrahlen Sprengstoff entdecken

In diesem Beitrag wird ein neuartiges Konzept zur Detek­tion von verborgenen Explosiv- und Gefahrstoffen vorgestellt, zum Beispiel in verlassenen Gepäckstücken an öffentlichen Orten. Ein mobiles, intelligentes und sensorgesteuertes Laserbohrverfahren ist das Kernelement der aktuellen Forschung des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „Lasertechniken zur Beurteilung von Gefahrenlagen mit Objekten mit chemischen und explosiven Gefahrstoffen (LAGEF)“.

Bedrohungsszenario

Unkonventionelle Spreng- oder Brandvorrichtungen (USBV) werden häufig getarnt, sind oft innerhalb von alltäglichen Gegenständen verborgen und stellen ein großes Sicherheitsrisiko an öffentlichen Plätzen wie Bahn- oder Flughäfen dar. Bei einem herrenlosen Koffer auf dem Bahnsteig besteht so zum Beispiel das Problem, dass mit den derzeit verfügbaren Detektionstechnologien keine ausreichend schnelle und eindeutige Erkennung der Materialien im Inneren der Objekte vorgenommen werden kann. 

Bekannte, vor Ort eingesetzte Detektionsverfahren zur Untersuchung von verdächtigen Gegenständen nutzen überwiegend Röntgengeräte für eine bildgebende Darstellung des Inhalts oder mobile chemische Detektoren zur Identifizierung von Spuren auf den Objektoberflächen. Das letztgenannte Verfahren beruht auf der Annahme, dass zum Beispiel beim Bau einer Kofferbombe Reste des Explosivstoffs auch an von außen zugängliche Stellen gelangen und somit über eine Wischprobe einem Spurendetektor zugeführt werden können. 

Liefern zweidimensionale Röntgenbilder keine eindeutigen Hinweise auf eine USBV und finden sich keine Spuren von Gefahrstoffen auf der Oberfläche des verdächtigen Objektes, so bleiben dem Entschärferteam nur noch wenige Optionen. Durch das Projekt ­LAGEF sollen hier neue Handlungsfähigkeiten geschaffen werden. 

Das vom BMBF geförderte Projekt LAGEF

Das Projekt „Lasertechniken zur Beurteilung von Gefahrenlagen mit Objekten mit chemischen und explosiven Gefahrstoffen (LAGEF)“ ist ein durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Verbundvorhaben zum Themenkomplex „Zivile Sicherheit - Schutz vor Explosionsgefahren und Chemieunfällen“. Beteiligte Unternehmen und Forschungseinrichtungen sind neben dem Institut für Detektionstechnologien (IDT) der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH), die Firma ExploTech GmbH sowie die assoziierten Partnerfirmen ELP GmbH und neoLASE GmbH. Als Vertreter aus der Gruppe der Sicherheitsbehörden und Anwender ist die Forschungs- und Erprobungsstelle der Bundespolizei (BPol) Lübeck eingebunden. 

Szenario und Technik

Das Projekt LAGEF beschäftigt sich mit der Realisierung eines neuartigen Laserbohr- und Detektionssystems. Mit Hilfe miniaturisierter fasergekoppelter Laserstrahlquellen sollen gezielt Mikrobohrungen durch die Außenhülle von verdächtigen Gegenständen durchgeführt werden, um Inhaltsstoffe – so auch Explosivstoffe – mit einem speziellen Probenahmesystem zu sammeln und marktverfügbaren Detektionstechnologien zu analysieren. 

Die Untersuchung eines verdächtigen Objektes mit einer Laserstrahlquelle wird in Abbildung 1 gezeigt und kann in verschiedene Abschnitte unterteilt werden. Zunächst wird mittels eines gepulsten Lasersystems die äußere Umhüllung bzw. Verpackung des Objektes durchdrungen (1). Daraufhin findet die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und dem eigentlichen Zielstoff statt, bei dem ein Austrag von Material erfolgt (2). Der zu identifizierende Stoff wird anschließend durch das Probenahmesystem aufgenommen und kann mit verschiedenen chemischen Detektoren untersucht werden (3). 

Das zu Forschungszwecken vom Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) angepasste und optimierte Lasersystem der Firma ExploTech kann eine breite Palette an Materialien bearbeiten. Die Durchmesser typischer Bohrlöcher liegen im Bereich von 150 μm (siehe mikroskopische Aufnahme in Abbildung 2). 

Die Energieversorgung des Lasers kann über eine Glasfaser erfolgen, wodurch das System in größerer Distanz von der Bedien- und Steuereinheit einsetzbar ist. Als Vorteile des Laserbohrens gegenüber den klassischen Techniken der Materialbearbeitung können genannt werden: eine geringere mechanische Einwirkung und kontaktlose Bearbeitung der Verpackungsmaterialien und die Nutzung von Laserenergie für eine kontrollierte Probenahme. 

Hierdurch ist es möglich, auch schwer nachzuweisende Stoffe, die unter Normalbedingungen nur geringste Spuren hinterlassen, zu identifizieren. Solche Proben können auch als Rückstellproben für weitere forensische Laboruntersuchungen dienen, was im Sinne einer Beweissicherung wie auch bei der Bewertung des Tathergangs zunehmend an Bedeutung gewinnt.

Die Anwendung der LAGEF-Technologie sieht vor, dass im Vorfeld eine Analyse des Bildes vom Objektinneren durch z.B. Röntgentechnik vorgenommen wird. Im Verdachtsfall lässt sich das Laserbohrverfahren dann gezielt an der richtigen Stelle der USBV als Verifikationssensor einsetzen. 

Ein weiterer Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten in LAGEF beschäftigt sich mit der Untersuchung der Laserwechselwirkung mit empfindlichen Explosivstoffen. Auch bei sensiblen Substanzen - wie zum Beispiel Zündstoffen - muss sichergestellt sein, dass die aufgenommene Laserenergie beim Bohren keine Zündung der USBV bewirkt. Hierbei ist es von entscheidender Bedeutung, die richtigen Laser- und Prozessparameter zu finden und zu kontrollieren. 

Im Rahmen der bisherigen Untersuchungen konnte bereits die sichere Bearbeitung von industriell gefertigten und gewerblich genutzten Sprengstoffen erfolgreich demonstriert werden. Empfindliche Selbstlaborate („homemade explosives“) wie TATP (Triacetontriperoxid) und HMTD (Hexamethylentriperoxiddiamin) werden zurzeit untersucht. Hierbei handelt es sich um Substanzen, die aus handelsüblichen und verhältnismäßig leicht erhältlichen Chemikalien hergestellt werden können und bei terroristischen Anschlägen zum Einsatz gelangen können. 

Der spätere Einsatz der LAGEF-Technik ist für die Anwendung auf ferngelenkten Roboterplattformen vorgesehen, wie sie von Entschärfungsdiensten der Polizei zurzeit eingesetzt werden. Das Laserbohrsystem wird hierbei vor Ort am Objekt platziert und ausgerichtet. Anschließend wird in sicherer Distanz die eigentliche Untersuchung gestartet.

Je nach Auslegung des Verfahrens können auch kompakte Analysegeräte auf der Roboterplattform mitgeführt werden und so eine direkte Detektion am Objekt ermöglichen.

Ein weiteres wichtiges Entwicklungsziel dieses Projektes besteht darin, die Detektion der gesammelten Zielstoffe primär mit bereits marktverfügbaren und im Einsatz erprobten Analysegeräten durchführen zu können. Als Beispiel seien hier spektroskopische Techniken (Infrarot- und Raman-Spektroskopie) oder die Ionenmobilitätsspektrometrie genannt. Diese Geräte sind bereits bei Sicherheitskontrollen zum Beispiel an Flughäfen im Einsatz und in der Lage, die chemische Identität unbekannter Substanzen aufzuklären. Bisherige Experimente zur Probenahme in LAGEF zeigen, dass die mit Hilfe der Laserenergie gewonnenen Probenmengen ausreichen, um die genannten Analyseverfahren zur Stofferkennung einsetzen zu können. 

Fazit

Die im Projekt LAGEF erarbeitete Technologie birgt ein großes Potential für die zukünftige Arbeit der Sicherheitskräfte zur Gefahreneinschätzung bei verdächtigen Gegenständen. Der Einsatz des Systems als Verifikationssensor bei unklaren Lagen mit begründetem Anfangsverdacht kann einen deutlichen Mehrwert für eine schnelle und qualifizierte Einschätzung der Gefahrenlage vor Ort aus sicherer Entfernung darstellen und somit für mehr Sicherheit und Schutz der Sicherheitskräfte sowie der Bevölkerung sorgen.