關(guān)鍵詞：太赫茲技術(shù)；鐵路,；安檢,；炸藥；毒品

0 引言

鐵路是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施,，是國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈,，在國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定中具有至關(guān)重要的作用。鐵路安檢是鐵路有關(guān)部門為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,，預(yù)防各類事故的發(fā)生,，而依法對(duì)旅客人身及其攜帶物品和托運(yùn)物品等進(jìn)行的強(qiáng)制性檢查,。它對(duì)于保護(hù)公民人身安全和公私財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)鐵路正常運(yùn)輸秩序,，確保社會(huì)穩(wěn)定具有十分重要的作用,。目前鐵路安檢是以安全門、手持金屬探測(cè)器和X射線安檢儀等儀器檢查為主,，輔助以人工檢查,。這種傳統(tǒng)的安檢方法在一定程度上能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,，對(duì)違法犯罪分子起到一定的震懾作用,。但是由于安全門、手持金屬探測(cè)器和X射線安檢儀的性能以及安檢人員技能的局限性,，鐵路安檢過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏判和錯(cuò)判的情況,，比如無法有效檢測(cè)出人體藏匿的非金屬危險(xiǎn)物品，以及對(duì)鑰匙,、手機(jī)等常用物品的錯(cuò)誤報(bào)警,。另外，由于鐵路車站的人流量很大,，而傳統(tǒng)的安檢方法效率較低,，無法滿足當(dāng)今社會(huì)人員快速流動(dòng)的需要。因此,，為了提高安檢的準(zhǔn)確性和效率,，各種各樣的安檢技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，太赫茲技術(shù)就是其中一種安全,、有效的新型安檢技術(shù),。太赫茲安檢技術(shù)不僅對(duì)人體更加安全，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)被檢對(duì)象的智能化識(shí)別,，它對(duì)塑料,、紙片、紡織品等材料具有極好的穿透力,，可以迅速發(fā)現(xiàn)藏在衣服或箱包中的違禁物品,，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景，甚至有美國物理學(xué)家把太赫茲技術(shù)視為反恐的終極防御手段,。

1 太赫茲波簡(jiǎn)介

1.1 太赫茲波

太赫茲波通常指的是頻率在0.1THz~10THz范圍內(nèi)的電磁輻射（1THz=10¹²Hz）,。從頻率上看，這一波段位于微波和紅外線之間,，在不同的研究領(lǐng)域,，該段頻率的電磁波又被稱作亞毫米波或遠(yuǎn)紅外射線。太赫茲波段在電磁波譜中的位置如圖1所示,。在20世紀(jì)80年代中期以前,，由于缺乏有效的太赫茲發(fā)射源和靈敏的探測(cè)器,，這一波段的電磁輻射并沒有得到深入的研究，人們對(duì)該波段電磁輻射的了解非常有限,，從而形成了科學(xué)家們通常所說的太赫茲空隙（THzGap）,。在近二十年中，超快激光技術(shù)和低尺度半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,，為太赫茲波段提供了合適的光源和探測(cè)手段,，太赫茲波的產(chǎn)生和應(yīng)用才得到了迅速的發(fā)展。

圖1.太赫茲波段在電磁波譜中的位置示意圖

1.2 太赫茲波的特性

與其他波段的電磁波相比,，太赫茲波具有如下一些基本特性,，正是這些特性使得太赫茲波在通信、雷達(dá),、醫(yī)學(xué)成像,、無損檢測(cè)和安全檢查等多個(gè)領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

（1）透視性,。太赫茲波對(duì)于很多非極性物質(zhì),，如紙箱、塑料,、皮革,、布料等包裝材料有很強(qiáng)的穿透力，可以對(duì)不透明的物體進(jìn)行透視成像,，用于對(duì)已經(jīng)包裝的物品或藏匿物品進(jìn)行質(zhì)檢或安全檢查,。由于太赫茲波的波長遠(yuǎn)大于空氣中懸浮灰塵或煙塵的尺度，這些懸浮顆粒對(duì)太赫茲波的散射損耗非常小,，因此太赫茲波可以在濃煙或風(fēng)塵環(huán)境中進(jìn)行成像,，用于火災(zāi)救護(hù)或復(fù)雜環(huán)境下尋敵等。

（2）安全性,。太赫茲波的光子能量只有毫電子伏（meV）的數(shù)量級(jí),，與X射線千電子伏（keV）的光子能量相比，它不會(huì)引起有害的光致電離,，另外,，由于水對(duì)太赫茲波有極強(qiáng)的吸收，因此太赫茲波不會(huì)穿透人體的皮膚,，對(duì)人體是非常安全的,，非常適合于針對(duì)旅客身體的安全檢查。

（3）指紋譜性,。太赫茲波段包含了豐富的光譜信息,，大多數(shù)極性分子和生物大分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷都處于太赫茲波段。根據(jù)這些指紋譜，利用太赫茲光譜成像技術(shù),，不僅能夠辨識(shí)物體的形貌,，而且能夠鑒別物體的組分，可以有效地排查出毒品和炸藥等違禁物品,，用于緝毒和反恐等領(lǐng)域,。

1.3 太赫茲波的研究現(xiàn)狀

從20世紀(jì)90年代中期開始，美國,、歐盟等國家和地區(qū)對(duì)太赫茲波的科技研究進(jìn)行了大規(guī)模的投入,。2005年，日本政府更是把太赫茲科技列為“國家支柱技術(shù)十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”之首,，舉全國之力進(jìn)行研究開發(fā),。2005年11月22日，由科技部,、中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委聯(lián)合召開的以“太赫茲科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展”為主題的第270次學(xué)術(shù)討論會(huì)在北京香山飯店舉行,，標(biāo)志著我國太赫茲科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)研究的開始,。目前,，國內(nèi)已有清華大學(xué)、首都師范大學(xué)等30多家單位從事太赫茲科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的研究工作,，并且取得了一些重要成果,。

2 太赫茲技術(shù)在鐵路安檢中的應(yīng)用

2.1 太赫茲安檢技術(shù)

鐵路安檢的范圍主要包括槍支彈藥、管制器具,、易燃易爆物品,、劇毒品、腐蝕品,、放射性物品,、感染性物質(zhì)等可造成人身傷亡的危險(xiǎn)物品。除了查危防爆以外,，毒品也是鐵路安檢的一個(gè)重要目標(biāo),。對(duì)于槍支彈藥、管制器具和起爆裝置等具有形狀特征的違禁物品,，可以根據(jù)形狀信息加以識(shí)別,；而對(duì)于炸藥、毒品和生化戰(zhàn)劑等沒有固定形狀的違禁物品,，則需要鑒別出物質(zhì)的成分或種類,。太赫茲安檢技術(shù)是包含了太赫茲成像技術(shù)和光譜技術(shù)這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的綜合應(yīng)用，能夠滿足上述兩方面的需求,。

與其他成像信號(hào)源（如X射線,、電子束、超聲波等）相比，太赫茲波可以穿透大多數(shù)非極性的電介質(zhì),，因此可以作為一種光源對(duì)物體進(jìn)行成像,。太赫茲成像技術(shù)的原理是，太赫茲波由聚焦元件聚焦到物品的某一點(diǎn)上,，從該點(diǎn)透射或反射的太赫茲波被收集聚焦到探測(cè)元件上,，探測(cè)元件把含有位置信息的太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過圖像處理后就形成了該物品的太赫茲像,。由于不同的物質(zhì)在太赫茲波段都有其特定的光譜特征,，因此可以利用太赫茲光譜技術(shù)將它們辨認(rèn)出來。太赫茲光譜技術(shù)就是利用不同物質(zhì)對(duì)太赫茲波段的不同特征吸收譜來分析研究物質(zhì)成分,、結(jié)構(gòu)及其相互作用關(guān)系的一種技術(shù),。將太赫茲波成像技術(shù)和太赫茲波的光譜分辨本領(lǐng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)太赫茲波的光譜成像,。在太赫茲光譜成像中,，不但可以顯示出被檢測(cè)物體的形狀，還能夠根據(jù)其光譜特性鑒別被檢測(cè)物體的組分,。

2.2 太赫茲安檢技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

X射線安檢儀是鐵路安檢中廣泛使用的設(shè)備,，然而，由于X射線對(duì)人體健康會(huì)有一定程度的影響,，因此,，X射線安檢儀只能用于對(duì)箱包行李的檢查，而不能用于對(duì)旅客的普遍檢查,。安全門和手持金屬探測(cè)器主要用于對(duì)旅客的人身檢查,，其具有對(duì)金屬物品敏感的特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)旅客隨身攜帶的槍支,、刀具等金屬危險(xiǎn)物品,。但是，現(xiàn)在很多非金屬材料也具有很高的硬度,，如果這些非金屬材料被做成兇器,，那么安全門和手持金屬探測(cè)器就無能為力了。太赫茲波由于其透視性和安全性,，既可以用于對(duì)箱包行李的安全檢查,，又可以用于對(duì)普通旅客的安全檢查。在對(duì)箱包行李進(jìn)行安檢時(shí),，和X射線安檢儀類似,，可以采用太赫茲波透射成像的方式。在對(duì)旅客進(jìn)行安檢時(shí),，太赫茲波能夠穿透一般的衣物,，不能透過旅客的身體，只能探測(cè)旅客身體反射回來的太赫茲波對(duì)人體進(jìn)行成像，從而發(fā)現(xiàn)隱藏于衣服下面的違禁物品,。由于太赫茲安檢儀可以對(duì)旅客進(jìn)行全身成像檢查,，減少了手檢的步驟，因此提高了安檢的效率,。

大多數(shù)有機(jī)大分子（包括炸藥和毒品等）的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)譜處于太赫茲波段,，因此，利用它們各自的光譜特征進(jìn)行成像,，就可以從相應(yīng)的太赫茲像中將不同的違禁物品（如陶瓷手槍,、塑膠炸彈、毒品等）區(qū)分出來,，而這是常規(guī)的安檢方法很難有效探測(cè)出來的,。此外，利用太赫茲波譜還可以對(duì)遠(yuǎn)距離的毒氣戰(zhàn)劑（如沙林毒氣）和生物戰(zhàn)劑（如炭疽）進(jìn)行有效感測(cè),。目前,，在公安部門的支持與配合下，首都師范大學(xué)已經(jīng)建立了常見毒品,、爆炸物和生物大分子的太赫茲譜庫,，便于利用太赫茲技術(shù)對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別。

由于太赫茲波在空氣中可以進(jìn)行中遠(yuǎn)距離（100m以上）的傳播,，所以太赫茲波可以用于對(duì)危險(xiǎn)物品的站開檢測(cè),，即它可以使檢測(cè)者位于安全距離以外來檢測(cè)危險(xiǎn)物品,，這對(duì)保證檢測(cè)者的人身安全是非常重要的,。因此，太赫茲安檢技術(shù)可以在鐵路車站等地對(duì)炸藥,、武器,、毒品等違禁物品實(shí)施遠(yuǎn)距離、大范圍的預(yù)警,。

2.3 太赫茲安檢技術(shù)的局限

與X射線安檢儀和金屬探測(cè)器相比,，太赫茲安檢技術(shù)的確具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是在應(yīng)用上也存在著一定的局限,。首先,，太赫茲波無法穿透金屬材料，如果有人在常見的金屬容器里面放入違禁物品的話,，只靠太赫茲安檢儀是沒有辦法發(fā)現(xiàn)的,，所以X射線安檢儀和人工檢查還是不可缺少的。其次,，由于極性液體（如水）中分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)太赫茲波有很強(qiáng)的吸收,，所以太赫茲波不能穿透人體。如果有人在身體內(nèi)部藏有毒品或者危險(xiǎn)物品的話，太赫茲安檢儀就無法識(shí)別了,，恐怕還得借助于人體藏毒檢查儀等設(shè)備做進(jìn)一步的檢查了,。

最近幾年，太赫茲技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,，但是還不夠成熟,，特別是在實(shí)用方面還有待進(jìn)一步的完善。在國內(nèi),，可用于安檢領(lǐng)域的便攜式太赫茲光譜儀樣機(jī)已經(jīng)研制成功,。不過，太赫茲安檢儀要真正商品化,，還有很多工作要做,。比如，要在車站等地對(duì)旅客和行李進(jìn)行遠(yuǎn)距離,、大范圍的安檢,，還要克服空氣中水分子對(duì)太赫茲波的吸收和復(fù)雜環(huán)境的影響等。另外,，炸藥和毒品的種類很多,，其成分和配方也在不斷變化，所以要不斷加強(qiáng)對(duì)炸藥和毒品等違禁品的光譜研究,，完善相應(yīng)的太赫茲譜庫,。當(dāng)然，降低儀器成本,，提高儀器性能等都是需要考慮的現(xiàn)實(shí)因素,。

3 結(jié)語

太赫茲技術(shù)作為一門新興的前沿學(xué)科，為鐵路安檢提供了一種全新的探測(cè)和識(shí)別方法,。太赫茲光譜成像不但可以顯示出被檢測(cè)物體的形狀,，而且還能夠鑒別違禁物品的組分，可以有效地分辨槍支刀具,、炸藥,、毒品等違禁物品。由于其安全性,，還可以用于對(duì)旅客的人身安檢,。雖然太赫茲安檢技術(shù)在應(yīng)用時(shí)存在著一定的局限，作為一門前沿學(xué)科,，在實(shí)現(xiàn)具體的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用之前還需要克服諸多的困難,，但是我們可以預(yù)見，太赫茲安檢儀很快就會(huì)在鐵路安檢領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用并發(fā)揮重要的作用,。