核四重極共鳴を用いた爆発物遠隔探知のための感度向上技術の開発

科研費による研究【新規】

海上技術安全研究所

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若手研究B「核四重極共鳴を用いた爆発物遠隔探知のための感度向上技術の開発」

研究代表者:近内 亜紀子

期 間   H20 〜 H21

要 旨

 現在、空港等における手荷物検査は、X線検査装置を用いて行われています。X線検査は物質の形状が判別できるため刃物・武器等、特徴的な形状の危険物の検知には適しており、爆発物も特徴的な起爆装置を伴うものに関しては検知が可能です。しかしながら、通常爆薬は起爆装置を併用して使用されますが、手荷物であればそれらを別々に機内に持ち込むことが可能であるため爆薬は単独で所有されている恐れがあります。X線検査においては、X線の透過画像から物質の形状と密度は判断できますが、爆薬と近い密度の食品や日用品との区別が困難です。したがって、爆薬を化学的に特定し単体で検知する方法が求められています。
 その一つとして、核四重極共鳴(NQR)を用いた方法が注目されています。NQRとは、電気的に偏りがあり四極子モーメントをもつ原子核とその周辺の電場勾配との相互作用により分裂したエネルギー準位間の共鳴です。その共鳴周波数は物質固有であるため、物質の結晶構造を特定することが可能です。多くの爆薬には窒素が含まれており、この窒素原子核も四極子モーメントを持つため、NQRを爆薬検知に適用する試みがなされていますが、未だ実用化には至っておりません。研究代表者は現在、NQRを用いた爆発物探知技術の開発に関する研究に従事しており、一部の爆薬の遠隔探知に成功していますが、現行の検出方式は周波数が低いほど感度が低下するため、低周波数にNQR共鳴を持つ爆薬の検知に課題が残ります。
 本研究はこの問題を解決するため、NQR信号強度の増強および低周波数領域での受信感度の向上の両方面から、NQRを用いた爆発物検知の高度化を図ることで、現行の計測方法では検知の難しい1MHz以下にNQR共鳴周波数を持つ爆薬の検知を可能とする要素技術の開発を目的としています。具体的には、爆発物中に含まれる他の元素の核磁気共鳴を利用した二重共鳴法等によるNQR信号強度の増強および低周波磁場にも感度が高いとされる原子磁力計のNQR計測への適用を目指しています。これらの高度化は、現在検知が困難な爆薬の検知を可能とするだけでなく、検査時間の短縮にもつながると期待されます。

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窒素原子核に起こる核四重極共鳴。原子核エネルギー準位の分裂幅が周辺電場勾配に依存するためNQR共鳴周波数が物質固有となり、物質の特定が可能となる。

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