對於這位經常光顧這座毫不起眼的政府大樓的訪客來說,開車進入停車場是一個非常熟悉的例行程式。司機搖下車窗,按下一個紅色按鈕,立刻吐出一張停車票。但紅色按鈕啟動的不僅僅是票據印表機。在汽車下方,一個裝置迅速用隱形中子照射汽車的後備箱,這個過程會使後備箱內的物質發射伽馬射線。某些伽馬射線頻率對應於爆炸物的化學特徵。如果存在匹配,安保部隊將攔截該車輛。
我們的訪客停好車,走進大樓的大門,沒有注意到突然爆發的氣流,這股氣流將他衣服和皮膚上的分子推進到頭頂上的一系列微型電子嗅探器中,這些嗅探器可以識別出微量爆炸物,即使是隱藏在他身上的微型炸彈也能被檢測出來。前方是X光機和金屬探測器,它們已成為機場和其他關鍵設施的固定裝置。他的公文包被掃描,由於習慣了高誤報率,他等待著它不可避免地被開啟。但是,這臺X光機已經用X射線衍射技術進行了增強,提高了機器的準確性。因此,公文包繼續透過,沒有被人手觸碰。然而,這還不是終點。我們的訪客隨後穿過一個門戶,該門戶採用了一種名為四極共振(QR)的技術。QR裝置發射低強度無線電波,暫時擾亂他口袋裡攜帶的各種物質的原子核。當原子核自行恢復時,它們會發出自己的無線電訊號——稱之為回波。接收器會接收到這個回波,並立即將其特徵與爆炸物資料庫進行比較。透過檢查後,我們的訪客繼續他的預約,安全檢查只耽誤了幾分鐘。
在後9/11時代,尤其是在西班牙馬德里3月11日恐怖分子火車爆炸事件之後,炸彈探測的優先順序比以往任何時候都高。機場使用X光機和經過專門訓練的犬隻進行安檢已很常見;現在,其他交通方式的脆弱性也在被審查。例如,馬里蘭州郊外的一個火車站目前正在作為運輸安全管理局(TSA)的試驗場,該局將研究哪些炸彈探測方法和技術對於鐵路最有效。
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但正如上述情景所表明的那樣,沒有一種萬能的方法可以用來查詢炸彈。人們在透過各種探測器時將被掃描、嗅探和照射。“所有技術都有弱點,”新墨西哥州阿爾伯克基市桑迪亞國家實驗室的炸彈探測專家約翰·帕米特說。“未來理想的系統可能將包括多種探測技術。”
無論採用何種技術,炸彈探測都是一項細緻而危險的業務,主要是因為爆炸性蒸汽難以辨別,而且裝置的靈敏度範圍有限。這些技術還有另一個共同點:它們都很昂貴。目前機場使用的X光機每臺可能高達150萬美元,而像舊金山國際機場這樣繁忙的機場,根據InVision Technologies的執行長塞爾吉奧·馬吉斯特里的說法,可能使用多達40臺。InVision Technologies 與 L3 Communications 一起製造 TSA 認證的裝置。這些機器可以使用一種稱為計算機斷層掃描的過程生成行李內容的 3D 影像,使操作員能夠識別可疑物體。不幸的是,像一罐花生醬或一塊水果蛋糕這樣的無害物品也顯得可疑,產生兩位數的誤報率,並導致旅客經歷長時間的延誤。(InVision 最近被通用電氣收購,這項交易將使通用電氣成為安全領域的巨頭,這要歸功於在該領域的相關收購。)
更順暢的檢查可能即將到來:美國機場正在採用歐洲已經使用的補充性 X 射線衍射技術,該技術更準確,可以檢測到更小量的潛在爆炸性物質。與現有的 X 光裝置一起,它應該將誤報率降低到個位數,從而減少所需的干預。“人是安全鏈中最薄弱的環節,”馬吉斯特里觀察到。“我們希望將人從其中移除。” 雖然每臺額外的 X 射線衍射機花費 100 萬美元,但馬吉斯特里表示,由於需要的操作員較少,該機器將在兩年內收回成本。憑藉低誤報率,他設想這些 X 射線行李檢查機連線在一個由單個操作員操控的網路中。他報告說,第一批 X 射線衍射裝置將於今年年底開始出現在美國機場。在其他地方,尤其是在邊境口岸,安全專家正在試驗更高功率的背散射 X 射線來檢查貨物。
但加利福尼亞州爾灣市 HiEnergy Technologies 的執行長兼首席科學家博格丹·馬格利奇表示,從醫學影像研究中借用的 X 射線技術並不是最終答案。“X 射線探測器在化學上是盲目的,”馬格利奇評論道。“它們無法檢測到爆炸物。它們不是化學特異性的。它們只能檢測可能的爆炸物。”
HiEnergy 正在開發一種汽車炸彈探測器,它希望在今年年底前以每臺約 165,000 美元的價格提供給西班牙和美國陸軍等客戶。當安裝在檢查站時——例如,停車場入口——該裝置用快中子照射汽車後備箱,這會導致後備箱內的物體發射伽馬射線。某些伽馬射線的特徵對應於各種爆炸物的化學特徵。馬格利奇說,伽馬射線探測器在技術上可行地開發僅在過去幾年才實現。即便如此,HiEnergy CarBomb Finder 的範圍僅限於幾英尺,其靈敏度水平使其最有效地對抗車輛中運輸的大型炸彈,而不是自殺式炸彈襲擊者可能攜帶的較小爆炸物包。進一步限制該裝置實用性的是,水可以減慢快中子的速度,將分析所需的時間從幾秒鐘延長到幾分鐘。HiEnergy 還製造了其汽車炸彈探測器的車載版本,可用於根據需要檢查可疑車輛。
另一種比 X 射線更具化學智慧的替代方案是四極共振技術,該技術用低頻無線電波照射人體。QR 技術仍在開發中,最值得注意的是 Invision 的一家子公司正在開發。QR 技術主要用於掃描乘客和隨身行李。但與其他技術一樣,QR 技術也有其侷限性:它可能對某些爆炸物(例如軍方使用的爆炸物)比對其他爆炸物更敏感。
任何型別的炸彈探測技術的探測範圍受限是田納西州橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 電子嗅探器研究背後的驅動力。現有的痕量檢測有效地限於離子遷移譜儀 (IMS),該譜儀隔離並識別與爆炸物相關的負離子顆粒,這些顆粒可能從透過門戶的人或物體中散發出來。(運輸安全管理局現在正在測試一種“票據舔拭器”,它將對機票執行相同的操作。)ORNL 的科學家正在開發一種基於 MEMS 的電子鼻,它比針頭還小,其工作原理很像狗的鼻子來嗅探爆炸物。根據 ORNL 從事該專案的科學家之一 Panos Datskos 的說法,該感測器實際上是由微型懸臂陣列組成的,每個懸臂由不同的材料製成,並且每個懸臂都經過獨特的塗層處理。當少至六個分子與懸臂接觸時,每個懸臂會以不同的方式變形以建立可識別的模式,同時還會產生獨特的共振頻率。計算機分析結果資料,並將其與爆炸物資料庫進行匹配以進行識別。這種方法還可以感應非爆炸性化學、生物或放射性武器,所有這些都可以組合在一個單一的、廉價的裝置上。此外,懸臂可以響應物理刺激,例如溫度和聲音,因此它們可以用作火災警報器或入侵警報器。Datskos 報告說,目前 20 到 30 個懸臂陣列的範圍是 3 到 10 英尺,但如果開發更大的陣列,範圍可能會增加。ORNL 希望在一年內準備好原型,因為諸如誤報等“困難”問題的研究正在進行中。
另一種可能在一年內準備好的原型裝置是使用太赫茲成像來檢測遠至 50 米外釐米大小的物體的裝置。在新澤西理工學院 (NJIT) 開發的太赫茲成像利用剛好低於可見光譜的頻率,對於掃描人體而言比 X 射線更安全,因為它不會損害組織,NJIT 物理學教授約翰·費德里奇說,並且它適合用作行動式裝置。它還可以為不同型別的爆炸物分配顏色,以便快速識別。然而,太赫茲成像也有其侷限性,因為它無法穿透金屬或水,並且需要在光線充足的環境中使用。
但即使是費德里奇也承認,在炸彈探測方面“並不存在神奇的子彈”。費德里奇和像他這樣的科學家所能希望做的就是注入足夠的探測層,使炸彈儘可能難以溜過。