Terahertz Teknolojisi

4
12256
terahertz-teknolojisi

Elektromanyetik dalga spektrumunun 0,1 ile 10 THz frekans aralığındaki ışımalar Terahertz dalgaları veya T-ışını olarak adlandırılmaktadır. Terahertz teknolojisi algılama, görüntüleme ve yüksek hızlı veri iletimi yetenekleri ile son yılların üzerinde en çok çalışılan araştırma konularından birisi olmuş ve Massachusetts Institute of Technology University tarafından geleceğin insan yaşamını etkileyecek 10 teknolojiden birisi olarak rapor edilmiştir. [1]

Terahertz dalgalarıyla haberleşme son yıllarda rağbet görmeye başladığından, IEEE tarafından bir standardizasyon çalışması başlatılmıştır. Bu kapsamda “THz Interest Group for Wireless System Operating at 300 GHz and beyond” isimli bir çalışma grubu kurulmuş ve IEEE 802.15 standardının geliştirilmesi çalışmalarına başlanmıştır.

THz ışıma su ve metal dışında çoğu maddeye (deri, kumaş, karton, kağıt vb.) yaklaşık 0,5 cm kadar nüfuz edebilmektedir. Bu özellik istenmeyen maddelerin hiçbir şekilde gizlenemeyeceği anlamını da taşıyor. Doktorların özellikle deri ve göğüs kanseri vakalarında kanser teşhisini koymada ve kanser tipini belirlemede daha doğru karar vermelerini sağlamaktadır. Dişçiler ise hastalarının dişlerini bu yöntem sayesinde görüntüleyerek daha iyi muayene edebildiklerini ifade etmektedirler.

Yukarıda da belirtildiği gibi THz dalgaları ile çok hassas algılama ve görüntüleme yapılabilmektedir. Yüksek hassasiyetle kazandırdığı bu yetenekler ile kısa sürede tüm dünyanın ilgisini çekmiş ve başta savunma sanayi olmak üzere pek çok alanda araştırmalara konu olmuştur.

Terahertz Kullanım Alanları

Havaalanı güvenliğinde

Havaalanlarında ki güvenlik çemberinden çanta, eşya veya giysiler X-ışını kameralarından geçerken, yolcular üzerinde metal bulunup bulunmadığını manyetik algılayıcılarla tespit etmektedir.  Dolayısıyla yolcuların taşıdıkları tüm metal nesneleri üzerlerinden çıkarıp, hatta ayakkabılarını, X-ışını cihazına koymaları gerekmektedir ki bu da havaalanlarında uzun kuyrukların oluşmasına neden olmaktadır.  Biyolojik dokulara zarar vermeyen T-ışınları ile yolcuların eşyalarını bırakmadan taramadan geçirilmeleri mümkün olacaktır.[2]

terahertz-havalaninda-kullanimiTehlikeli maddelerin tanımlanmasında

İstenmeyen maddelerin tanımlanmasına da imkân verebilen bu teknolojinin X-ray cihazlarından daha kullanışlı olduğunu söylemek mümkündür. Tek tip denetleme yapmak yerine aranılan maddeye yönelik çok yönlü bir denetleme imkânını da bu teknoloji ile kazanmış oluyoruz.

tehlikeli-maddelerin-tanimlanmasiYüksek hızda kablosuz iletişimde

Bu teknolojinin yüksek hızlarda güvenli haberleşme için gelecekte daha fazla kullanılacağı öngörülmektedir. Bağlantı hızı doğal koşullardan (sis, bulut, yağmur vb.) etkilenmez. Geniş bant özelliğine sahip olması ve jammer (sinyal bozucu)’lardan etkilenmemesi de ayrıca tercih sebebidir.

yuksek-hizli-kablosuz-iletisimTıbbi görüntülemede

THz ışımasını X-ışınından ayıran en önemli özelliğinin, insan DNA sına zararlı hiçbir etki bırakmaması olarak gösterilebilir. Dolayısıyla kanser riski oluşturmadığını da söyleyebiliriz. THz ışıması için gerekli olan güç seviyesinin hâlihazırda evlerimizde bulunan TV kumandalarının kızılötesi ışını yayarken ki güç seviyesinden daha düşük olması, biyolojik dokuları iyonize etmemesi bu teknolojinin ne kadar zararsız olduğunun da göstergesidir. Tıbbi görüntülemede canlılar üzerinde dozaj sınırı olmadan kullanılabilir.

terahertz-goruntulemeKara mayınlarının uzaktan algılanmasında ve herhangi bir bombalı saldırılarının önceden tespitinde

THz spektroskopisi kullanılarak kara mayınlarının 30 m kadar uzaktan tespitini de yapmanın mümkün olduğu yapılan araştırmalarla da gösterilmiştir.

THz spektroskopisini kullanarak kara mayınlarını tespit etmek savunma sanayii için önemli bir ilerleme olacaktır. Dünya çapında 100 milyona yakın kara mayını olduğu tahmin edilmektedir. Diğer görüntüleme ve tespit sistemlerine nazaran THz teknolojisinin özellikle anti-personel mayınlarını küçük kaya parçalarından daha iyi ayırıp tespit edebileceği değerlendirilmektedir. Metal olmayan bir kara mayının kuru toprak altında görüntülenmesine konsept teşkil edebilecek bir görüntüleme [3] THz teknolojisi ile geçekleştirilmiştir.[4]

THz görüntüleme ile uzak ve kısa mesafeden intihar bombacısını tespit edebilme, silah sistemlerinin fark edilebilmesi ile kritik paket ve mektupların kimyasal ve biyolojik denetiminin yapılabilmesi de mümkün olabilecektir. [5]

kara-mayinlarinin-uzaktan-algilanmasiTHz Dalgalarının Önemli 4 Temel Özelliği

  1. Çeşitli materyaller için THz ışınımı teklik gösterir. Bu özellik parmak izinin tekliği gibidir.[6]
  2. THz ışınları plastik, karton, kumaş gibi çoğu malzemeden geçerek su ve su buharında soğrulup metallerden yansır.[7] Çoğu patlayıcı maddenin THz bandında, diğerlerinden ayırt etmeye yarayacak olan kendine özgü bir yapıya sahip olduğu spektroskopik ölçüm sayesinde ortaya çıkarılmıştır. TNT, RDX, HMX, PETN, Tetril vb. birçok patlayıcı madde THz dalga spektroskopi ile tespit edilebilmiştir. Patlayıcının üzerinde kâğıt, plastik, kumaş vb. materyallerden kaplı olmasına rağmen tespiti sağlanmıştır.[6]

Aşağıdaki şekilde patlayıcıların farklı spektral yapıda oldukları ve çeşitli örtülerin THz frekansı gösterilmiştir.[8]

  1. THz, çok düşük enerji seviyelerini içermektedir. Bu sayede biyolojik dokulara zararlı değildir, dolayısıyla insan sağlığına zarar vermez. Bu özelliği ile sağlık ve güvenlik alanlarında kullanılabilir.
  2. Oda sıcaklığındaki bir cisim THz bölgesinde olan bir enerji yayar.[9] Bu da kullanım alanını artırmaktadır.

Ülkemizdeki Gelişmeler

Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanı Fikri Işık; insan üzerinde gizlenmiş tabanca, bıçak, tüfek gibi tehlikeli maddelerin uzaktan tespitini sağlayacak görüntüleme sisteminin çalışmalarının tamamlanmak üzere olduğunu belirtirken, “Bu sistem uzaktan bomba tespiti de yapabilecek” dedi.

Bakan Işık, TÜBİTAK SAVTAG tarafından desteklenen “Terahertz Teknolojisinin Kazanımı Projesi” (TEKAP) için de , MSB ile TÜBİTAK MAM, Uluslararası Yüksek Teknoloji Laboratuvarları ve Bilkent Üniversitesi NANOTAM işbirliğinde geliştirildiğini anlattı.  Ulusal güvenlik uygulamaları için kritik olan THz teknolojisini milli imkânlarla geliştirmek için yola çıktıklarını belirten Işık, geliştirilen teknolojiyle savunma uygulamalarına yönelik prototipler oluşturmayı hedeflediklerini söyledi.  Proje kapsamında THz görüntüleme ve THz spektroskopi prototiplerinin hazırlandığını kaydeden Işık, “TÜBİTAK öncülüğünde Türkiye’de ilk kez geliştirilen THz görüntüleme sistemiyle sivil ve askeri tesislerin girişlerinde insan üzerinde gizlenmiş tabanca, bıçak, tüfek gibi tehlikeli maddeler 10 metre uzaklıktan tespit edilebilecek. Dünyadaki muadillerine göre mesafe ve çözünürlük açısından daha üstün kalitede görüntü sunabilen THz görüntüleme prototipi, tehlikeli metal cisimleri 3 cm çözünürlükte, 5 sn’den kısa sürede 2 boyutlu olarak görüntüleme yeteneğine sahip olacak” ifadelerini kullandı.  Geliştirilen ikinci prototip THz spektroskopi hakkında da bilgi veren Işık, sistemin 10 metreye kadar uzaktan bomba tespitinde kullanılabileceğini aktardı. Işık, sistemin, X-ray cihazlarından daha üstün özelliklere sahip olduğunu vurgulayarak, “Proje, uzaktan güvenlik kontrolü için adeta devrim niteliğinde” dedi.

Ülkemizde THz teknolojisi alanında Bilkent Üniversitesinde MMIC yongaları üzerine ve TÜBİTAK MAM Başkanlığının Milimetre Dalga ve Terahertz Teknolojileri Araştırma Laboratuarlarında THz üreteç ve alıcılarına ait anten ve kontrol devrelerine ilişkin çalışmalar halen sürdürülmektedir.

Sonuç

THz ışınımının zararsız oluşu, insan vücudu üzerindeki olumsuz etkilerinin X-ışını gibi benzerlerine oranla yok denecek kadar az oluşu ve nesnelerin içinden geçmesi suretiyle gizli maddeleri göstermesi gibi özellikleri, bu teknolojiyi eşsiz kılmaktadır. Özellikle nesne arkası cisimlerin görüntülenebilmesi, THz ışınımının güvenlik alanındaki uygulamalarına olan ilgiyi de artırmaktadır. Örneğin; İnsansız Hava Araçları’nda (İHA) THz teknolojisini kullanarak, insan faktörü olmadan teröristlerin sıklıkla kullandığı EYP (El Yapımı Patlayıcı)’ların tespiti yapılabilir ve imha edilebilir.

Bu teknolojinin savunma faaliyetlerinde sık kullanılacağı düşünülüp olup, ülke güvenliğine çok büyük faydalar getireceği de şüphesizdir. Ülke güvenliğinin söz konusu olduğu bu durumda THz teknolojisinin milli değerlerle üretilmesi gerektiği kanaatindeyim. Ayrıca, THz ışınlarını radyo dalgaları gibi kullanarak sinyallerin cep telefonlarına taşınmasında ve kablosuz iletişime yeni metodların kazandırılması da öngörülmektedir.

Kaynakça

[1] technologyreview.com/magazine/2004/10/

[2] H. B. Liu et al. Proceedings of the IEEE 95, 1514 (2007).

[3] Fitch M. J., Schauki D., Kelly C. A., Osiander, R. (2004). Terahertz Imaging and Spectroscopy For Landmine Detection Proc. SPIE 5354 (45-54)

[4] Federici, F.J., Schulkin B., Huang F., Gary D., Barat R., Oliveria F., Zimdars D., (2005). THz Imaging and Sensing For Security Applications Explosives, Weapons and Drugs, Semiconductor Science and Technology, 20 (270)

[5] Cummins H., (2006). Challenges To Terahertz Counter-Terrorism And Securıty-Related Applications, NATO Science For Peace and Security Series, Springer, Spiez, (285)

[6] Zomega Terahertz Corporation,The Teahertz Band, (2012). The Terahertz Ebook, Techical Overview. (3)

[7] Dobroiu A., Yamashita M., Ohshima Y. N., Morita Y., Otani C., and Kawase K., (2004). Terahertz Imaging System Based on a Backward-wave Oscillator, Applied Optics Vol. 43, (30) (5637).

[8] TeraView, (2010). Technology Update, Ocak 2010, teraview.com.html (2).

[9] Hauser M. G. & Dwek E., (2001). The Cosmetic Infrared Background: Measurement and Implications, Ann. Rev. Astronomy and Astrophysics, 39, (249).

Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikEndüstriyel Homojenize Yoğurt Üretimi
Sonraki İçerikKatı Hal Lazerleri Nedir
Eyüp Özkan
İstanbul Beykent Üniversitesinden Elektronik ve Haberleşme Mühendisi olarak mezun oldu. Yazıları daha çok elektronik, haberleşme, enerji, BT, network alanlarıyla alakalıdır.

4 Yorum

  1. Geleceğimiz elektromanyetik alan akla gelen her şey elektromanyetik ,silahdan tutun ilaçlar her şey geliyor THz çalışmalarında etkisi olucaktır diye düşünüyorum.

    ülkemizin bu konuda daha çok bilgili olsa daha iyi olur.

  2. Sayın @Eyüp Özkan kardeşim, iki konuda hem fikiriz, THz frekansında bir radyasyon elde etmek için en azından femtosecond’lık periyoda sahip bir lazer kaynağı kullanıldığından çok düşük bir ışık şiddeti görülebilir (light intensity). Ayrıca, X-ray ışınlarından daha zararlı olduğunu da söyleyebiliriz çünkü atomik boyutlardaki etkileşimi çok ufak miktarlarda. Fakat, ayrıştığımız noktaya geldiğimiz zaman, henüz yeni bir teknoloji ve biz bu teknolojiye X-ray’de olduğu kadar hakim değiliz. Bahsettiğimiz dalganın frekansı çok yüksek dolayısı ile bu da emisyonu yapılan radyasyonun enerjisinin çok büyük boyutlarda olacağı manasına geliyor, netice olarak bu durumda elde edilen radyasyon X-ray kadar zararlı olmasa da bir miktar zararı var. Diğer bir konu da bahsettiğiniz gibi dozaj sınırı olmadan kullanımı. Her ne kadar düşük intensity’e sahip bir radyasyon olursa olsun, bu kadar yüksek miktarda enerjiye sahip bir radyasyonun dojaz sınırı olmadan kullanımı mümkün değildir. THz radyasyonunu İTÜ’nün hazırladığı ‘Breast cancer detection via ultrahigh frequency’ projesinde meme kanserini algılama için hem de yurtdışında başka bir projede ‘Efficiency Improvement of THz Photoconductive Antenna’ alanlarında çalışma imkanım oldu. Çok güzel ve geleceği çok parlak olan bir konu ve maalesef ülkemizdeki çoğu mühendis bu konuya ‘duvarın arkasındaki cisimleri algılama sistemleri’ piyasaya çıktığında merak edip bakacaklar. Yazın için de ayrıca teşekkür ederim.

    • Haklısınız Mücahit Bey, maalesef Bilkent NANOTAM, TUBİTAK gibi hatırı sayılır kurumlar dışında bu teknolojiye hakim olan veya çalışma yapan başka bir kuruluş yok. Bunun en büyük nedeni ise, bu araştırmaların yapılabilmesi için ciddi maliyetler gerektiren laboratuvarların ve yetişmiş insan gücünün eksik olduğudur. Belli bir zararı olduğu muhakkaktır, yazıda X-ray ile kıyaslandığı için hiç zararı yokmuş gibi bir mana çıkmış olabilir. Dikkatiniz için teşekkür ederim.

      • Değerli yorumunuz ve gelecekte dev bir teknolojik akım olacak olan THz sistemlere olan ilginizden dolayı ben teşekkür ederim.

Düşünceleriniz Nedir?