Ein Wissenschaftler schraubt an einer Linse auf einer optischen Bank.

Sprengstoffe mit Laserlicht erkennen

Wien (Österreich) – Bomben in Schuhen oder sogar in der Unterhose – die vereitelten Anschläge auf Flügen von Paris nach Miami und über Detroit haben gezeigt, dass Terroristen immer ausgeklügeltere Ideen entwickeln, um die strengen Sicherheitsvorkehrungen an Flughäfen zu überlisten. Doch auch die Wissenschaft schläft nicht. An der TU Wien wurde nun eine Methode entwickelt, Chemikalien auch in geschlossenenen Gefäßen auf eine Entfernung von über hundert Metern genau zu untersuchen.

„Die Methode, die wir verwenden, ist die Ramanspektroskopie“, sagt Bernhard Lendl, Professor am Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien. Sobald der Laserstrahl, den die Forscher verwenden, an den Molekülen der Probe gestreut wird, ändern einige der Photonen ihre Energie. Einzelne Photonen regen Schwingungen in den Molekülen der Probe an. Dadurch gibt der Laserstrahl Energie an die Probe ab. Die Wellenlänge des Lichts verschiebt sich zu längeren Wellen hin, somit verändert sich seine Farbe. Aus dem Spektrum des gestreuten Lichts lässt sich dann ablesen, mit welcher chemischen Substanz es in optischem Kontakt war.

Die Raman-Spektroskopie auf großen Distanzen funktioniert sogar, wenn die untersuchte Probe in einem undurchsichtigen Container versteckt ist. Der Laserstrahl wird zwar am Container gestreut, dringt aber teilweise auch ins Innere ein. Um das Lichtsignal des Behälters vom Lichtsignal der Probe im Inneren zu unterscheiden richten die Forscher ihr Messteleskop nicht genau auf die Laser-Auftreffstelle, sondern ein Stück davon weg. So messen sie das charakteristische Lichtsignal des Inhalts, dass über eine größere Fläche abgegeben wird und nicht das der Verpackung, das hauptsächlich von der fokussierten Auftreffstelle des Lasers zurück strahlt.

Die neue Methode könnte Sicherheitskontrollen auf Flughäfen einfacher machen – doch das mögliche Anwendungsgebiet ist noch größer. Für die Untersuchung von Eisbergen soll die Technik genauso nützlich sein wie für Gesteinsuntersuchungen bei Mars-Missionen, sagen die Forscher.

Weitere berührungslose Charakterisierungsmethoden sind derzeit in der Entwicklung. So wollen Forscher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig Neutronen- und Gammastrahlen kombinieren, um unbekannte Stoffe auf Distanz zu untersuchen – damit sollen auch die Container in Häfen gescannt werden. Einen anderen Ansatz verfolgen unter anderen Forscher vom Rensselaer Polytechnic Institute in New York und von den Fraunhofer Instituten für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg im Breisgau und dem Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal (Baden). Sie setzen Terahertz-Wellen ein, um beispielsweise flüssige Sprengstoffe und Briefbomben zu detektieren. Diese elektromagnetische Strahlung, deren Wellenlänge zwischen der von infrarotem Licht und Mikrowellen liegt, könnte so Anschläge vereiteln – ganz ohne das Briefgeheimnis zu verletzen.