THz-Wellen für mehr Sicherheit

THz-Wellen für mehr Sicherheit

Physik Journal - Die vom Menschen ausgehende Terahertz-Strahlung lässt sich für Sicherheitschecks detektieren.

Röntgengeräte und Metalldetektoren bilden heute die Sicherheitshürden beim Check-In am Flughafen. Terahertz-Sensoren könnten diese Kontrollen künftig weiter verbessern. Waffen und Plastiksprengstoffe lassen sich mit THz-Wellen im Spektralbereich zwischen Infrarot- und Radiowellen durch mehrere Textillagen ohne gesundheitliche Gefahren für den Passagier aufspüren. Dazu plant die britische Firma ThruVision – eine Ausgründung des renommierten Rutherford Appleton Laboratory in Didcot – noch dieses Jahr einen Praxistest ihres Prototyps für eine THz-Kamera.

Die vom menschlichen Körper ausgehende Terahertz-Strahlung durchdringt die Kleidung und lässt sich für Sicherheitschecks detektieren. (Quelle: ThruVision)

Bisher verfügten nur einige Fernerkundungssatelliten über Kameras für elektromagnetische Wellen zwischen 0,1 und 30 THz. Wesentlich langwelliger als Röntgenstrahlung reicht die Energie von THz-Wellen nicht zur Ionisation von Molekülen aus. Diese Wellen werden vor allem von Wassermolekülen, Metallen, Keramiken und Kunststoffen absorbiert, können Kleidungsschichten dagegen mühelos durchdringen. Genau diese Eigenschaft nutzen die ThruVision-Entwickler. Technisch basiert der „T-SCAN“-Prototyp auf Halbleiter-Sensoren, vergleichbar mit optischen CCD-Chips für sichtbares Licht. Für ausreichend scharfe Falschfarben-Aufnahmen reicht sogar die Intensität der Strahlen aus, die der menschliche Körper selbst in diesem langwelligen Spektralbereich aussendet. Mit Reaktionszeiten des Detektors unterhalb einer Sekunde und Reichweiten bis zu zwei Metern sind auch effektive Screening-Module denkbar, bei denen Passagieren quasi im Vorbeigehen unter die Kleidung geschaut wird. Falls die anstehenden Versuche erfolgreich verlaufen, könnten marktfähige Produkte in wenigen Jahren möglich sein. Die Anschaffungskosten sollen dabei im Bereich herkömmlicher Röntgenapparate für den Flughafeneinsatz liegen.

Im Rahmen des EU-Projektes Tera­Sec setzen europäische Forscher auf aktive Durchleuchtungs­systeme. Durch die höhere Intensität im Vergleich zur Eigenstrahlung des Körpers lassen sich hiermit Reichweiten von bis zu 20 Metern erreichen. Eine genauere Analyse der reflektierten Strahlen eignet sich auch zur Identifizierung gefährlicher Substanzen, da jedes Material – ob Plastiksprengstoff, TNT oder Anthrax-Sporen – jeweils charakteristische THz-Frequenzen absorbiert. Schließlich könnten THz-Wellen auch zur schnellen und zuverlässigen Hautkrebsdiagnose genutzt werden, da Tumorgewebe verglichen mit gesunden Hautpar­tien eine typische Absorption zeigt.

Primär zur Untersuchung von Halbleiterschichtstrukturen haben Physiker am Forschungszentrum Rossendorf kürzlich eine THz-Quelle entwickelt, die Schwachstellen bisheriger Ansätze umgeht. Die Quelle besteht aus einem speziell strukturierten GaAs-Wafer, der mit ultrakurzen Pulsen eines Ti:Saphir-Lasers bestrahlt wird. Dadurch werden im Halbleiter Elektronen generiert, die zwischen zwei fingerförmig ineinandergreifenden Elektroden beschleunigt werden und dabei THz-Strahlung emittieren. Da das elektrische Feld von Zwischenraum zu Zwischenraum (Abstand der Finger: 5 mm) die Richtung wechselt und somit die Strahlung destruktiv interferieren würde, deckt eine Maske jeden zweiten Finger ab. Die Rückseite der etwa 1 cm ² großen Struktur emittiert dann kohärente THz-Strahlung zwischen 0,5 und 3 THz.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, Mai 2005

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  A. Dreyhaupt et al., Appl. Phys. Lett. 86, 121114