Es ist eine Situation, die täglich tausendfach passiert: Ein junger Mann mit kurzen Haaren und Lederjacke nähert sich einer Sicherheitsschleuse. Doch was dann passiert, ist untypisch. Noch bevor der Mann den Metalldetektor durchschritten hat oder von Beamten abgetastet wurde, schrillen Alarmglocken. Ein neuartiges Überwachungssystem, das verborgene Waffen bereits im Abstand einiger Meter aufspüren kann, hat den Mann verraten. Auf ihren Monitoren sehen die Sicherheitsleute, dass er unter seiner Lederjacke ein Messer und eine Pistole versteckt hat. Beide Waffen heben sich als klar konturierte blaue Flecken von der roten Silhouette des Verdächtigen ab. Geschossen hat die Bilder Panu Helistö, vom Sensorlabor des technischen Forschungszentrums Finnland, VTT Sensors.
"Das Prinzip ist dasselbe wie bei einer Wärmebildkamera. Wir detektieren einfach die Wärmestrahlung, die ein Objekt aussendet oder reflektiert."
Allerdings ist es ziemlich energiearme Wärmestrahlung, die die finnischen Experten registrieren. Sie detektieren langwellige Infrarot-Strahlung mit Frequenzen im Terahertz-Bereich – Frequenzen also, die gut 500 Mal kleiner sind, als die von rotem Licht.
"Zum Aufspüren verborgener Waffen ist diese Terahertz-Strahlung ideal. Elektromagnetische Wellen dieser Frequenz durchdringen alle gängigen Textilien. Wir können damit also einen Blick unter die Kleider werfen."
Verborgene Objekte unter der Kleidung verringern die abgestrahlte Körperwärme an dieser Stelle. Bei Personenkontrollen in Innenräumen führt das zu lokalen Temperaturschwankungen von einem Grad. Der Terahertz-Detektor aus Finnland soll solche Schwankungen noch auf zehn Meter Entfernung präzise abbilden - und zwar im Vorbeilaufen, was die Routinekontrolle an Gangways möglich machen würde. Da der Detektor passiv arbeitet, emittiert er keine Strahlung. Mögliche Gesundheitsgefahren sind deshalb kein Thema. Weil die Bilder nur Silhouetten zeigen, sind darauf auch keine nackten körperlichen Details zu erkennen.
"Wir benutzen einen besonders empfindlichen Wärmefühler. Er basiert auf einer Drahtbrücke, die bei Schwankungen der einfallenden Wärmestrahlung ihren elektrischen Widerstand ändert. Wir kühlen diese Drahtbrücke soweit, dass sie teils supraleitend ist. Dadurch bewirken selbst winzigste Temperaturschwankungen große Widerstandsänderungen, die wir leicht messen können."
Die haaresbreite Drahtbrücke auf einem Siliziumchip besteht aus einer speziellen Niobverbindung. Eine Infrarotoptik und eine spiralförmige Antenne leiten die einfallende Strahlung auf den winzigen Wärmefühler. Dessen trickreiches Design bietet zwei Vorteile: Zum einen lassen sich die Detektoren mit gängiger Halbleitertechnologie leicht zu Dutzenden auf einem Kamerachip integrieren und in großen Stückzahlen produzieren. Das zweite Plus: Sie reagieren extrem empfindlich.
"Die entscheidende Größe für einen passiven Terahertz-Detektor ist: Was ist die kleinste Temperaturdifferenz, die wir noch erkennen können? Wir haben kürzlich gezeigt, dass wir Auflösungen von 40 Tausendstel Grad erreichen. Und das bei 30 Bildern pro Sekunde."
Einziger Haken: Damit der supraleitende Wärmefühler funktioniert, muss er mit flüssigem Helium auf vier Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Dank kommerzieller verfügbarer Heliumkühler, sagt Panu Helistö, sei das aber kein Hindernis für den Einsatz außerhalb des Labors. In gut einem Jahr wollen die Entwickler ein komplettes Detektionssystem präsentieren, das dann zunächst am Eingang militärischer Sicherheitsbereiche nach verborgenen Waffen Ausschau halten soll.
"Das Prinzip ist dasselbe wie bei einer Wärmebildkamera. Wir detektieren einfach die Wärmestrahlung, die ein Objekt aussendet oder reflektiert."
Allerdings ist es ziemlich energiearme Wärmestrahlung, die die finnischen Experten registrieren. Sie detektieren langwellige Infrarot-Strahlung mit Frequenzen im Terahertz-Bereich – Frequenzen also, die gut 500 Mal kleiner sind, als die von rotem Licht.
"Zum Aufspüren verborgener Waffen ist diese Terahertz-Strahlung ideal. Elektromagnetische Wellen dieser Frequenz durchdringen alle gängigen Textilien. Wir können damit also einen Blick unter die Kleider werfen."
Verborgene Objekte unter der Kleidung verringern die abgestrahlte Körperwärme an dieser Stelle. Bei Personenkontrollen in Innenräumen führt das zu lokalen Temperaturschwankungen von einem Grad. Der Terahertz-Detektor aus Finnland soll solche Schwankungen noch auf zehn Meter Entfernung präzise abbilden - und zwar im Vorbeilaufen, was die Routinekontrolle an Gangways möglich machen würde. Da der Detektor passiv arbeitet, emittiert er keine Strahlung. Mögliche Gesundheitsgefahren sind deshalb kein Thema. Weil die Bilder nur Silhouetten zeigen, sind darauf auch keine nackten körperlichen Details zu erkennen.
"Wir benutzen einen besonders empfindlichen Wärmefühler. Er basiert auf einer Drahtbrücke, die bei Schwankungen der einfallenden Wärmestrahlung ihren elektrischen Widerstand ändert. Wir kühlen diese Drahtbrücke soweit, dass sie teils supraleitend ist. Dadurch bewirken selbst winzigste Temperaturschwankungen große Widerstandsänderungen, die wir leicht messen können."
Die haaresbreite Drahtbrücke auf einem Siliziumchip besteht aus einer speziellen Niobverbindung. Eine Infrarotoptik und eine spiralförmige Antenne leiten die einfallende Strahlung auf den winzigen Wärmefühler. Dessen trickreiches Design bietet zwei Vorteile: Zum einen lassen sich die Detektoren mit gängiger Halbleitertechnologie leicht zu Dutzenden auf einem Kamerachip integrieren und in großen Stückzahlen produzieren. Das zweite Plus: Sie reagieren extrem empfindlich.
"Die entscheidende Größe für einen passiven Terahertz-Detektor ist: Was ist die kleinste Temperaturdifferenz, die wir noch erkennen können? Wir haben kürzlich gezeigt, dass wir Auflösungen von 40 Tausendstel Grad erreichen. Und das bei 30 Bildern pro Sekunde."
Einziger Haken: Damit der supraleitende Wärmefühler funktioniert, muss er mit flüssigem Helium auf vier Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Dank kommerzieller verfügbarer Heliumkühler, sagt Panu Helistö, sei das aber kein Hindernis für den Einsatz außerhalb des Labors. In gut einem Jahr wollen die Entwickler ein komplettes Detektionssystem präsentieren, das dann zunächst am Eingang militärischer Sicherheitsbereiche nach verborgenen Waffen Ausschau halten soll.