science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe millimetergolfscanners werken

Het ondergoed dat in december 2009 de beveiliging van de luchthaven veranderde. Je kunt duidelijk het pakje poeder zien dat uit Abdulmutallabs slipje is gehaald. ABC Nieuws via Getty Images

Op eerste kerstdag 2009 Umar Farouk Abdulmutallab probeerde op een vlucht van Amsterdam naar Detroit explosieven in zijn ondergoed tot ontploffing te brengen. Net als alle andere terroristische daden van na 9/11 met vliegtuigen, De mislukte poging van Abdulmutallab leidde tot nieuwe technieken en technologieën voor het screenen van passagiers.

Tegen december 2010 de Transportation Security Administration (TSA) had 500 scanners voor het hele lichaam geïntroduceerd - wat de Amerikaanse overheidsinstantie noemt als geavanceerde beeldtechnologie-eenheden - op luchthavens in het hele land. Alle scanners doen hetzelfde:detecteren metalen en niet-metalen bedreigingen, inclusief wapens, explosieven en andere voorwerpen, verborgen onder lagen kleding. Maar ze gebruiken totaal andere technologieën.

Eén type scanner is afhankelijk van iets dat bekend staat als backscatter-technologie. Backscatter-machines een apparaat gebruiken dat een collimator wordt genoemd om een ​​parallelle stroom van energiezuinige röntgenstralen te produceren, die door een spleet gaan en een passagier raken die in de machine staat. Een enkele scanner bevat twee stralingsbronnen zodat zowel de voor- als de achterkant van de persoon in beeld kan worden gebracht. De beelden ontstaan ​​wanneer röntgenstralen, die kleding binnendringen, stuiteren op de huid van de persoon en terugkeren naar detectoren die op het oppervlak van de machine zijn gemonteerd. De straling weerkaatst ook op wapens, explosieven of andere bedreigingen die in kleding zijn verborgen of tegen de huid liggen.

Het andere type scanner gebruikt een concurrerende technologie die bekend staat als: millimetergolf ( mmw ) in beeld brengen . Deze machines werken volgens dezelfde principes, behalve dat ze een speciaal type magnetron uitstoten, geen röntgenfoto. Twee roterende zenders produceren de golven terwijl een passagier stilstaat in de machine. De energie gaat door kleding, stuitert op de huid van de persoon -- evenals eventuele bedreigingen -- en keert dan terug naar twee ontvangers, die afbeeldingen verzenden, voor-en achterkant, naar een bedieningspost.

Helaas, wat de zorgen van het publiek moest verlichten, heeft alleen maar voor onrust en angst gezorgd - onder passagiers, piloten en TSA-agenten. Veel mensen hebben hun bezorgdheid geuit over de gezondheidsrisico's van het scanproces voor beide technologieën. Hoeveel straling produceren deze machines? Hoe verhoudt het zich tot medische beeldvormingsapparatuur? En is het voldoende om het aantal kankergevallen in de algemene bevolking te verhogen? Dan zijn er de vragen over privacy. Kunnen TSA-agenten stukjes en beetjes zien die ze niet zouden moeten zien? En slaan of archiveren ze ooit scans in plaats van ze meteen te verwijderen?

De haast om deze vragen te beantwoorden heeft geleid tot een aantal mythen en misvattingen. Het is bijna alsof scanners voor het hele lichaam, machines die diep in onze ziel kunnen kijken (of in ieder geval onder onze kleren), zijn zelf ondoorzichtig. In werkelijkheid, zij zijn niet. Ze profiteren van goed begrepen wetenschappelijke principes die al jaren bestaan. Laten we het gordijn op millimetergolfscanners teruggooien om te begrijpen hoe ze werken en hoe ze worden gebruikt op luchthavens over de hele wereld.

Inhoud
  1. Millimetergolftechnologie
  2. Het MMW-scanproces
  3. Zorgen en bezwaren tegen millimetergolfscanners
  4. Andere toepassingen van millimetergolftechnologie

Millimetergolftechnologie

De positie innemen, de scanpositie van de luchthavenbeveiliging, dat wil zeggen. Deze vrijwilliger staat op 30 december in een millimetergolfscanner bij de TSA's Systems Integration Facility op Ronald Reagan National Airport. 2009. Chip Somodevilla/Getty Images

Voordat we in een millimetergolfscanner klimmen, we moeten een stap terug doen en wat basisinformatie bekijken over: electromagnetische straling , die in de natuur bestaat als energiegolven gemaakt van zowel elektrische als magnetische velden. Deze golven reizen door de ruimte en zijn er in verschillende maten, of golflengten. Gamma stralen, bijvoorbeeld, een golflengte hebben in de orde van grootte van 0.000000000001 meter, of 0,000000001 millimeter. Röntgenstralen, die wat groter vallen, een golflengte hebben in de orde van grootte van 0.0000000001 meter, of 0,00000001 millimeter. En zichtbare lichtgolven meten ongeveer 0.000001 meter, of 0,001 millimeter. De hele verzameling golven, over alle frequenties, staat bekend als de elektromagnetisch spectrum .

Beschouw nu een golf die valt in een bereik precies tussen 0,001 meter (1 millimeter) en 0,01 meter (10 millimeter). Wetenschappers verwijzen naar de energie in dit kleine stukje van het elektromagnetische spectrum als: millimeter golf straling . Millimetergolven kunnen op verschillende manieren worden gebruikt, maar zijn vooral belangrijk bij radio-uitzendingen en uitzendingen van mobiele telefoons. En, omdat de golflengten van millimetergolven groot zijn ten opzichte van natuurlijke en synthetische vezels, ze hebben de neiging om door de meeste materialen te gaan, zoals kleding, waardoor ze een ideale kandidaat zijn voor scantechnologieën.

Millimetergolfscanners produceren hun golven met een reeks kleine, schijfachtige zenders op elkaar gestapeld als wervels in een ruggengraat. Een enkele machine bevat twee van deze stapels, elk omgeven door een gebogen beschermende schaal die bekend staat als a koepel , verbonden door een staaf die om een ​​centraal punt draait. Elke zender zendt een energiepuls uit, die zich als een golf voortbeweegt naar een persoon die in de machine staat, gaat door de kleding van de persoon, weerkaatst op de huid van de persoon of verborgen vaste en vloeibare voorwerpen en reist dan terug, waar de zender, gedraagt ​​zich nu als een ontvanger, detecteert het signaal. Omdat er meerdere zender/ontvangerschijven verticaal gestapeld zijn en omdat deze stapels rond de persoon draaien, het apparaat kan een compleet beeld vormen, van kop tot teen en van voor naar achter.

Het is de taak van software in het scannersysteem om de gegevens te interpreteren en een afbeelding te presenteren aan de TSA-operator. De software maakt een 3D, zwart en wit, volledige lichaamssilhouet van het onderwerp. Het maakt ook gebruik van een functie die bekend staat als: geautomatiseerde doelherkenning , of ATR , wat betekent dat het bedreigingen kan detecteren en markeren voor gemakkelijke identificatie. ATR-technologie kan vloeistoffen detecteren, gels, kunststoffen, poeders, metalen en keramiek, evenals standaard en zelfgemaakte explosieven, drugs en geld.

De ATR-software doet ook nog iets anders. Een scanner zonder deze software vormt afbeeldingen die iemands unieke topografie onthullen, maar op een manier die eruitziet als een ruw gevormd grafietprototype. Met andere woorden, je kunt enkele fysieke kenmerken zien, maar niet met hetzelfde detail als Superman of backscatter-scanners, die beide beschikken over röntgenzicht. Een millimetergolfscanner met ATR-software produceert een generieke omtrek van een persoon - precies hetzelfde voor iedereen - en markeert alle gebieden die mogelijk extra screening vereisen.

Het MMW-scanproces

Deze monitor op de luchthaven van Las Vegas in februari 2011 toont de geautomatiseerde doelherkenningssoftware die verantwoordelijk is voor het creëren van een algemene weergave van het lichaam van een persoon. Vergelijk die visuele met het meer gedetailleerde mmw-beeld van het lichaam op de volgende pagina. Ethan Miller/Getty Images

Millimetergolfscanners zijn geen metaaldetectoren. Ze turen eigenlijk door kleding om te zoeken naar metalen en niet-metalen voorwerpen die een persoon misschien probeert te verbergen. Om goed zicht te krijgen, moeten passagiers die de scanner betreden bepaalde procedures volgen. Dit is wat u kunt verwachten als u een van de ongeveer 600 mmw-scanners betreedt die in 2012 op luchthavens in de VS werden gebruikt:

  1. Eerst, je moet alles uit je zakken halen, evenals uw riem, sieraden, lanyards en mobiele telefoon. Dit zorgt ervoor dat de scanner deze items niet ziet en ze als verdacht markeert -- en voorkomt dat u extra moet worden gescreend nadat u de machine hebt verlaten.
  2. Volgende, je loopt een korte oprit op en gaat het beeldportaal binnen, die veel lijkt op een extra grote telefooncel.
  3. Stilstaan, je zult je armen opheffen, gebogen bij de ellebogen, terwijl de dubbele antennes rond uw lichaam draaien.
  4. Dan ga je weg, podium links, terwijl een TSA-agent de resultaten van uw scan bekijkt op een monitor die aan de machine is bevestigd.
  5. De TSA-agent ziet een van twee dingen. Als de scanner iets verdachts detecteert, het toont een algemene omtrek van een menselijke figuur met het verdachte item aangegeven door een geel vak. Als de scanner niets vindt, het zal het woord "OK" weergeven zonder afbeelding.

Hoe dan ook, de scan duurt minder dan 10 seconden en vereist niets pijnlijks of gênants. Maar als je sterk het gevoel hebt dat de scan van het hele lichaam van een millimetergolfmachine je privacy schendt, u kunt zich afmelden voor het screeningproces. Jij zal, echter, alternatieve screening krijgen, inclusief een fysieke pat-down.

Volgens de TS de meeste mensen geven de voorkeur aan het scanproces boven een lichamelijk onderzoek. In feite, meer dan 99 procent van de passagiers kiest ervoor om door deze technologie te worden gescreend in plaats van alternatieve screeningprocedures [bronnen:TSA]. En mensen met kunstmatige gewrichten of andere geïmplanteerde medische apparaten waarderen mmw-scanners nog meer omdat ze zich geen zorgen hoeven te maken over de valse positieven die gepaard gaan met ouderwetse metaaldetectoren.

Zorgen en bezwaren tegen millimetergolfscanners

Vergeleken met de algemene lichaamscontour die je net zag, deze afbeelding die is gemaakt met de introductie van mmw-scanners in december 2009 geeft veel meer details. Chip Somodevilla/Getty Images

Zodra de TSA begon met het installeren van millimetergolfscanners, het publiek begon vragen te stellen, vooral gerelateerd aan privacy en veiligheid. In de eerste categorie, mensen maakten bezwaar tegen het idee dat vreemden onder hun kleren tuurden om intieme details te zien of bewijzen van borstamputaties te onthullen, colostomie apparaten, penisimplantaten en katheterbuizen. Een vertegenwoordiger van de American Civil Liberties Union beschreef beeldvorming van het hele lichaam als "niets meer dan een elektronische stripzoektocht".

Om het tumult te onderdrukken, de TSA introduceerde verschillende voorzorgsmaatregelen op mmw-scanners. Een van die, zoals we al hebben besproken, omvat het installeren van geautomatiseerde doelherkenningssoftware op een aantal van de machines. De software geeft elk onderwerp weer als een algemene schets, met verdachte gebieden gemarkeerd. En als het niets verdachts detecteert in een scan, het geeft het woord "OK" weer zonder helemaal geen afbeelding. Voor scanners zonder ATR-software, de beveiligingsmedewerker die het resulterende beeld bekijkt, zit op een externe locatie en communiceert draadloos met de agent die de machine bedient. En geen enkele machine kan afbeeldingen opslaan. Elke afbeelding wordt automatisch verwijderd zodra de beveiligingsfunctionaris op afstand zijn of haar inspectie heeft voltooid. Dat gezegd hebbende, wat is een regel zonder uitzondering? De U.S. Marshals Service slaagde er niet in om duizenden afbeeldingen te verwijderen die met een millimetergolfsysteem in een gerechtsgebouw in Florida zijn gemaakt. Ja, duizenden [bron:McCullagh].

Natuurlijk, geen van deze maatregelen beschermt een passagier tegen schadelijke effecten van de golven zelf. Gelukkig, verschillende onderzoeken hebben uitgewezen dat millimetergolfscanners weinig risico vormen voor passagiers, piloten of de TSA-agenten die de machines bedienen. De golven die door deze scanners worden geproduceerd, zijn veel groter dan röntgenstralen en zijn van de niet-ioniserende variëteit. Ioniserende straling heeft genoeg energie om elektronen uit atomen te verwijderen, maar radiogolven, zichtbaar licht en microgolven hebben dit vermogen niet. Als resultaat, ze veranderen de structuur van biologische moleculen niet, zoals eiwitten en nucleïnezuren.

Het grotere probleem met millimetergolfscanners lijkt het hoge aantal valse alarmen te zijn. Ze kunnen voor de gek gehouden worden door objecten met afmetingen die dicht bij de golflengte van de energie liggen. Met andere woorden, plooien in kleding, knoppen en zelfs zweetdruppels kunnen de machine in de war brengen en ervoor zorgen dat deze detecteert wat hij denkt dat een verdacht object is. Toen Duitsland mmw-scanners testte, veiligheidsfunctionarissen daar rapporteerden een fout-positief percentage van 54 procent, wat betekent dat elke andere persoon die door de machine ging een pat-down nodig had die geen wapen of verborgen object vond [bron:Grabell en Salewski]. Door deze teleurstellende resultaten Frankrijk en Duitsland stoppen met het gebruik van millimetergolfscanners, waardoor ze geen goed alternatief zijn voor het scannen van folders.

Andere toepassingen van millimetergolftechnologie

Millimetergolfscanners hebben voor opschudding gezorgd, maar soortgelijke golven omringen ons elke dag en helpen ons dingen te doen die we nu als vanzelfsprekend beschouwen. Bijvoorbeeld, uw mobiele telefoon vertrouwt op millimetergolftechnologie om gegevens en oproepen te verzenden en ontvangen. Die smartphone-activiteit vindt plaats via communicatiesatellieten, die microgolfsignalen van grondstations ontvangen en deze vervolgens richten, als downlink-uitzendingen, naar meerdere bestemmingen. Onthoud dat elektromagnetische golven in verschillende golflengten voorkomen. Ze komen ook in een reeks van frequenties, wat een maat is voor hoeveel golftoppen elke seconde een bepaald punt passeren. Microgolven die in satellietcommunicatie worden gebruikt, hebben een superhoge frequentie, of SHF, golven in het bereik van 3 gigahertz tot 30 gigahertz (GHz).

NEXRAD, of weerradar van de volgende generatie, gebruikt ook golven in het 3 GHz-bereik om meteorologen te helpen bij het maken van weersvoorspellingen. NEXRAD vertrouwt op het Doppler-effect om de positie en snelheid van regen te berekenen, sneeuw- en weerfronten. Eerst, een radareenheid zendt een energiepuls uit, die door de lucht reist totdat hij een object tegenkomt, zoals een regendruppel. Vervolgens luistert het apparaat naar een echo - energie die door het object wordt teruggekaatst. Door een constante stroom pulsen te sturen en te luisteren naar echo's, het systeem is in staat om een ​​kleurgecodeerd beeld te creëren van het weer in een bepaald gebied.

Astronomen maken gebruik van extreem hoge frequentie (EHF) golven in het bereik van 30 tot 300 GHz om de vorming van sterren en sterrenstelsels op miljoenen lichtjaren van de aarde te bestuderen. In plaats van traditionele telescopen die licht voelen, deze wetenschappers gebruiken radiotelescopen om energie te "zien" met millimeter- en submillimetergolflengten. Omdat structuren op de grond deze golven kunnen verstoren, radiotelescopen worden meestal op zeer hoge locaties geplaatst. Bijvoorbeeld, de Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA) omvat 23 radioschotels in de Inyo Mountains bij Big Pine, Californië

Dus, millimetergolven zijn goed begrepen en vrij gebruikelijk in een aantal toepassingen die we regelmatig gebruiken. Zelfs de magnetron in uw keuken zapt voedsel met een vorm van energie uit deze smalle band van het elektromagnetische spectrum. De toepassing ervan in luchthavenbeveiliging is een natuurlijke -- en onschadelijke -- uitbreiding van de technologie, vooral als je kijkt naar het soort ramp dat het probeert te voorkomen. Met ingang van november 2012 de TSA heeft honderden mmw-scanners geïnstalleerd op luchthavens in de VS en internationaal, ze worden gebruikt op luchthavens en in massatransportsystemen in verschillende landen, inclusief Canada, Nederland, Italië, Australië en het Verenigd Koninkrijk.

Veel meer informatie

Opmerking van de auteur:Hoe millimetergolfscanners werken

Gezien de lange stamboom van millimetergolven en de vooruitgang die ze hebben mogelijk gemaakt in de geneeskunde, astronomie en meteorologie, Het verbaast me dat zo weinig mensen mmw-scanners hebben geprezen als een praktisch, levensreddend hulpmiddel. Persoonlijk, Ik ben bereid om de machines onder mijn kleren te laten kijken, zolang ze de potentiële terrorist pakken die in hetzelfde vliegtuig probeert te stappen.

gerelateerde artikelen

  • Wat is het verschil tussen backscatter-machines en millimetergolfscanners?
  • Hoe backscatter-röntgensystemen werken
  • Vormen backscatter-röntgensystemen een risico voor frequent flyers?
  • Hoe luchthavenbeveiliging werkt
  • Hoe werken vloeibare explosieven, en wat zouden terroristen ermee doen in een vliegtuig?
  • Hoe metaaldetectoren werken
  • Zijn er geen machines die vloeibare explosieven kunnen detecteren?

bronnen

  • Bruin, Stuart F. "Wapens onthuld." Wetenschappelijke Amerikaan. april 2008.
  • brandwonden, Bob. "Wat is het:Millimetergolf of Backscatter?" Het TSA-blog. 27 mei 2008. (30 okt., 2012) http://blog.tsa.gov/2008/05/who-is-it-millimeter-wave-or.html
  • Choi, Charles Q. "Ja, we scannen:hebben screeningtechnologieën na 9/11 ons veiliger gemaakt?" Wetenschappelijke Amerikaan. 6 september 2011. (30 okt., 2012) http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=have-new-airport-screening-technologies-inspired-by-9-11-made-us-safer
  • Grabel, Michaël. "TSA verwijdert X-Ray Body Scanners van grote luchthavens." ProPublica. 19 okt. 2012. (30 okt., 2012) http://www.propublica.org/article/tsa-removes-x-ray-body-scanners-from-major-airports
  • Grabel, Michael en Christian Salewski. "Sweating Bullets:Body Scanners kunnen transpiratie als een potentieel wapen zien." ProPublica. 19 december 2011. (30 okt., 2012) http://www.propublica.org/article/sweating-bullets-body-scanners-can-see-perspiration-as-a-potential-weapon
  • Groeger, lena. "De scanners scannen:een vergelijking naast elkaar." ProPublica. 28 december 2011. (30 okt., 2012) http://www.propublica.org/special/scanning-the-scanners-a-side-by-side-comparison
  • Hasler, Joe P. "De waarheid over TSA Airport Scanning." Populaire mechanica. 18 november, 2010. (30 okt., 2012) http://www.popularmechanics.com/technology/aviation/safety/the-truth-about-tsa-airport-scanning
  • Knox, Richard. "Wetenschappers twijfelen aan de veiligheid van nieuwe luchthavenscanners." NPR. 17 mei 2010. (30 okt., 2012) http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=126833083
  • L-3 Communicatie. "ProVision geavanceerde beeldtechnologie." (30 okt. 2012) http://www.sds.l-3com.com/advancedimaging/provision.htm
  • McCullagh, Declan. "Feds geven toe dat ze bodyscan-afbeeldingen van checkpoints hebben opgeslagen." CNET. 4 augustus 2010. (27 november, 2012) http://news.cnet.com/8301-31921_3-20012583-281.html
  • Moseman, Andreas. "Wat is het echte stralingsrisico van de TSA-röntgenscans van het hele lichaam?" Ontdek Tijdschrift. 17 november 2010. (30 okt., 2012) http://blogs.discovermagazine.com/80beats/2010/11/17/whats-the-real-radiation-risk-of-the-tsas-full-body-x-ray-scans/
  • paddock, Catharina. "Stralingsrisico van full-body luchthavenscanners zeer laag, Nieuwe analyse." Medisch nieuws vandaag. 29 maart 2011. (30 okt., 2012) http://www.medicalnewstoday.com/articles/220470.php
  • Puur, Jason. "Vragen blijven hangen over de veiligheid van bodyscanners op luchthavens." Bedrade. 22 december 2011. (30 okt., 2012) http://www.wired.com/autopia/2011/12/questions-linger-on-safety-of-airport-body-scanners/
  • Rabin, Roni Caryn. "Röntgenscans op luchthavens laten slepende zorgen achter." De New York Times. 6 aug. 2012. (30 okt., 2012) http://well.blogs.nytimes.com/2012/08/06/x-ray-scans-at-airports-leave-lingering-worries/
  • Transportbeveiligingsadministratie (TSA). "Geavanceerde beeldtechnologie:AIT:hoe het werkt." 24 okt. 2012. (30 okt., 2012) http://www.tsa.gov/ait-how-it-works
  • Winter, Michaël. "TSA vervangt röntgenscanners op enkele grote luchthavens." VS vandaag. 19 okt. 2012. (30 okt., 2012) http://www.usatoday.com/story/news/ondeadline/2012/10/19/tsa-x-ray-scanners-replaced-millimeter-wave-airports/1644937/

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Sorry,
  2. Hoe orchideeën werken
  3. De rol van enzymen in chemische reacties
  4. Hoe stuifmeel werkt
  5. Welke drie organellen hebben DNA?
  6. Wat zijn de vier belangrijkste methoden voor het produceren van ATP?
  7. Hoe communiceren de lever en de nieren en welke hormonen worden gebruikt?
  8. Micro-evolutie: definitie, proces, micro versus macro & voorbeelden
  9. Dysmorfologie

Wetenschap