Sensor spürt schmutzige Bomben aus Ferne auf

Nicht nur in Kernwaffen, auch in schmutzigen Bomben kann radioaktives Material genutzt werden, um ein Anschlags­gebiet zu verseuchen. Um geschmuggelte, radioaktive Substanzen wie etwa Kobalt-60 in Containern oder Lastwagen einfacher aufzuspüren, schlagen nun Physiker der University of Maryland eine neue Nachweis­methode vor. Über die Anregung mit zwei Lasern könnte man durch Gamma-Strahlung ionisierte Sauerstoff­moleküle in der Umgebung des radioaktiven Materials nachweisen. Dieser indirekte Nachweis der Gamma-Strahlung wäre nach dem Vorschlag der Forscher auch aus 300 Metern Entfernung möglich und könnte so ohne ein Gesundheits­risiko für Zollbeamte schnell durchgeführt werden.

Joshua Isaacs und seine Kollegen berechneten, wie mit den Lasern die Radio­aktivität von Kobalt-60 bestimmt werden könnte. Die Gamma-Strahlung des Material hat in Luft etwa eine Reichweite von 130 Metern. Mit einer Energie von einem Mega­elektronen­volt kann ein Gamma-Teilchen bis zu 30.000 freie Elektronen erzeugen, die teils mit dem Sauerstoff der Luft zu negativ geladenen O₂-Ionen rekombinieren. Damit reichen nur zehn Milligramm Co-60 aus, um in einem halben Meter Entfernung für einen Nachweis ausreichend viele O₂-Ionen zu erzeugen.

Mit einem schwachen Nd-YAG-Laser (Wellenlänge 1060 nm) ließen sich die O₂-Ionen ionisieren, um freie Elektronen zu erzeugen. Die Dichte dieser Elektronen wäre ein Maßstab für die Radio­aktivität der verborgenen Substanz. Um diese zu messen, soll ein zweiter Laser zum Einsatz kommen. Geeignet sei laut Joshua Isaacs ein Hochleistungs-CO₂-Laser (10,6 µm Wellenlänge, 10¹⁰ W/cm²), der die freien Elektronen weiter anregen soll. Die Energie dieser Elektronen reicht dann aus, um neutrale Gasmoleküle in der Luft über Kollisionen zu ionisieren. Ab einem kritischen Punkt kommt es zu einer Kettenreaktion, bei dem immer mehr freigesetzte Elektronen weitere Gasmoleküle ionisieren. Ist die Elektronen­dichte groß genug, wird der Strahl des CO₂-Lasers reflektiert und lässt sich ebenfalls aus 300 Metern Entfernung nachweisen. Über den Nachweis dieser Reflexion könnte man so die Radio­aktivität einer Co-60-Probe bestimmen.

Isaacs und Kollegen betonen, dass beide Laser und der Sensor für das reflektierte Laserlicht an einer Position gebündelt werden könnten. Installiert auf einem Fahrzeug sollen sich so etwa Container in einem Terminal quasi im Vorbeifahren auf verstecktes radioaktives Material durchsuchen lassen. Auf der Basis dieser Berechnungen ließen sich nun erste Versuche mit dieser Nachweis­methode durchführen. Sollten sie erfolgreich verlaufen, böten sie eine viel­versprechende Alternative zu anderen Ansätzen, die beispielsweise auf Terahertz­strahlung beruhen.

Jan Oliver Löfken

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