Terahertz Teknolojisi ve Terörle Mücadelede Kullanım Alanları

Misafir Yazar – Salih Ergün

| Bölüm 3

Terörle Mücadelede istihbarat elde etme yöntemlerinden görüntü istihbaratı kapsamında İHA’ların kullanımı ve faydalı yük başlıklarına ışık tutmaya çalıştığımız önceki yazılarımızın ardından bu yazıda da Terahertz teknolojisini ve uygulama alanlarını mercek altına almaya çalışacağız.

 Terahertz Nedir?

Terahertz (THz) ışınımı, elektromanyetik spektrumun mikrodalga ile kızılötesi bölgeleri arasında bulunan, elektronik ve fotonik arasında köprü görevi gören ışınımlar olarak adlandırılır. THz bandı genellikle 0,1 ile 10 THz arasında tanımlanır, bazı kaynaklar ise üst sınırı 30 THz’e kadar genişletir. Son zamanlarda elektromanyetik spektrumun Terahertz (THz) bölgesi üzerinde yapılan çalışmalar yoğunlaşmıştır[1].

THz bandı uzun yıllar gerekli kaynak ve tespit cihazı eksikliği nedeni ile yeterince araştırılamamıştır. Elektronik ve fotonik ışınımın tespiti ve üretimi teorik ve teknik çerçevelerde önemli ölçüde farklılık arz etmektedir. Bununla birlikte THz boşluğu olarak adlandırılan elektronik ve fotonik arasında kalan bölge ise her iki alanın birleştiği yer olması münasebetiyle hibrit bir yapıya sahiptir[2]. Şekil-1’de THz bandının elektromanyetik spektrum üzerinde bulunduğu yer gösterilmiştir[3].

Teorik yaklaşımlardan klasik teori; elektronik alanı, elektronu ve onun yayım mekanizmalarını ele alan elektronik manyetizma ve iletişim teorisi üzerinde dururken; fotonik alanı daha çok ışık ile madde arasındaki etkileşimi açıklayan kuantum mekanizmaları üzerinde durur. Her iki alan da milyarlarca dolarlık önemli bir endüstriye sahip alanlardır. Her iki alanın da buluştuğu THz alanında henüz çok çeşitli ve çok sayıda endüstriyel ürün üretilmemiştir.

Bu kapsamda THz bandını kullanan cihazların geliştirilmesi, üretilmesi ve ticaretinin yapılması endüstriyel alanda da önemli bir yer tutmaktadır[4]. THz sistemlerinde iki ana yaklaşım vardır. Bunlar Sürekli (sürekli dalga, continuous wave – CW) THz Işınımı ve Puls (zaman tabanlı, time domain) THz Işınımıdır. Her iki grubun özellikleri Tablo-1’de sunulmuştur.

Terahertz Bandının Özelliği nedir?

THz dalgalarını önemli hale getiren dört temel özellik bulunmaktadır.

• Birincisi, çeşitli materyaller için THz ışınımı teklik gösterir. Bu özellik parmak izinin tekliği gibidir[5].
• İkincisi THz ışınımı metalik olmayan ve kutupsal olmayan materyallerden geçebilir ve kutuplu materyallerle güçlü bir şekilde etkileşime girer. Bu özelliği sayesinde ise birçok materyalin içerisinden geçebilmekte ve THz ışıması vasıtasıyla hava kirliliği, kanser hücreleri ve patlayıcı maddeler tespit edilebilmektedir. Terahertz ışıması su ve metal haricindeki birçok kuru ve metalik olmayan maddeye, malzemenin yapısına ve kalınlığına bağlı olarak belirli bir dereceye kadar nüfuz edebilir ve kimyasal, biyolojik moleküllerin büyük bir kısmının titreşim hareketine uyan frekans aralığındadır. Dobroiu’ya göre[6], THz ışınları plastik, karton, kumaş gibi çoğu malzemeden geçerek su ve su buharında soğrulup metallerden yansır. 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. Şekil-2’de patlayıcıların farklı spektral yapıda oldukları ve çeşitli örtülerin THz frekansı gösterilmiştir[7]. Patlayıcının üzerinde kâğıt, plastik, kumaş vb. materyallerden kaplı olmasına rağmen tespiti sağlanmıştır.[8]

• Üçüncü olarak THz, çok düşük enerji seviyelerini içermektedir. (1 Birimi: meV’dır. 1milielektron volt: 1,6×10⁻²² joule) Bu sayede biyolojik dokuları iyonlaştırmaz ve X-ışınları gibi doğrudan doku hasarına yol açmaz. Yine de güvenli kullanım ışınımın gücüne, frekansına ve maruz kalma süresine bağlıdır. Bu özelliği ile sağlık ve güvenlik alanlarında kullanılabilir.
• Dördüncü olarak, oda sıcaklığındaki bir cisim THz bölgesinde olan bir enerji yayar[9]. Bu da kullanım alanını artırmaktadır.

Terahertz Teknolojisinin Uygulama Alanları

THz teknolojisinin, fotonik ve nanoteknolojik alanlardaki gelişmelere paralel olarak uygulama alanları da gelişmiştir. Günümüzde THz teknolojileri;

• Bilişim ve haberleşme teknolojileri (ICT),
• Biyoloji ve sağlık bilimleri,
• Tahribatsız ölçümlendirme,
• Ulusal güvenlik,
• Gıda ve tarımsal ürünlerin kalite kontrolü,
• Küresel çevre izleme ve
• Ultra hızlı bilgisayarlar gibi alanlarda kullanılmakta, bir kısmında ise araştırma aşamasındadır[10].

THz görüntülemesi patlayıcıların algılanmasında, uyuşturucu ve silahların tespit edilmesinde kullanılmakta, bazal hücre kanserinin sağlıklı dokulardan ayırt edilmesi için de deneysel olarak araştırılmaktadır. THz dalga boyları çoğu kimyasal ve biyolojik malzemenin parmak izi spektrumunu da oluşturduğundan, tehlikeli maddelerin tanımlanmasında kullanılabilir. THz dalgalarının çok hızlı kablosuz iletişimde, tıbbi görüntülemede, kara mayınlarının uzaktan algılanmasında (toprağın ışınımı zayıflatması önemli bir sınır olsa da) yeni avantajlar sağlayacağı değerlendirilmektedir. Bütün bunların yanında T- ışınları (Terahertz) biyolojik dokuları iyonize etmeme özelliğinden dolayı X-ışınlarına göre çok daha düşük risk taşır. Ancak bu, sınırsız maruziyetin güvenli olduğu anlamına gelmez. Canlılar üzerinde tıbbi görüntüleme veya başka amaçlarla kullanılırken ışınımın gücü ve maruz kalma süresi gözetilmelidir. Uygulama alanlarına baktığımızda, genelde Tablo-2’de belirtilen alanlarda kullanılması amaçlanmaktadır[11].

Bu tablodan da anlaşılacağı üzere THz ışınımının iyonlaştırıcı olmayışı, insan vücudu üzerindeki olumsuz etkilerinin güvenlik teknolojilerinde hâlihazırda yaygın olarak kullanılan X-Işını 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 Işınımının güvenlik alanındaki uygulamalarına olan ilgiyi de artırmaktadır.