Ядерные методы могут быть использованы для анализа улик, связанных с разными видами преступлений — от торговли наркотиками до убийств или подделки предметов искусства. Рентгеновская спектрометрия, нейтронно-активационный анализ, ионно-пучковый анализ и радиоуглеродное датирование являются одними из наиболее распространенных методов, которые могут дополнять более традиционные методы при расследовании преступлений. За счет анализа химических и физических свойств материалов, подкрепленного другими уликами, такими как ДНК или отпечатки пальцев, эти методы помогают связать полученные на месте преступления улики с преступниками.
Как ядерные методы помогают расследовать преступления?
Что есть что в ядерной сфере
Ядерные методы могут быть использованы для анализа улик, связанных с разными видами преступлений — от торговли наркотиками до убийств или подделки предметов искусства.
Как ядерные методы помогают вести расследования?
Ядерные методы могут помогать специалистам анализировать микроскопические следы в пробах подтверждающих вину улик, таких как химические элементы в краске или единственный волосок. Это может способствовать обнаружению информации, которую нельзя узнать иным способом, такой как, например, истинный возраст поддельных предметов искусства или факт отравления человека. Более того, ядерные методы значительно менее разрушительны по сравнению с другими методами, такими как использование химических веществ для анализа, которые могут изменить первоначальное состояние хрупких улик, например, крошечного осколка стекла. Поэтому хрупкие улики после проведения анализа с помощью ядерных методов остаются пригодными для дальнейшего анализа.
Рентгеноскопия в криминалистике
Использование рентгеновского излучения является одним из наиболее широко применяемых аналитических инструментов в криминалистике. Методы рентгеновского излучения чувствительны и надежны — их можно применять к очень маленьким пробам и в большинстве они случаев не разрушают улики. Рентгеноскопия, как правило, дает результаты за считанные минуты, и поэтому можно быстро провести сразу несколько анализов. Кроме того, портативное рентгеновское оборудование можно легко перевозить, что позволяет использовать эту технологию при проведении исследований на месте.
С помощью рентгеноскопии можно обнаружить присутствие и измерить концентрацию химических элементов практически во всех типах материалов. С ее помощью можно провести анализ вещественного состава почвы, препаратов или минералов и определить их источник. Рентгеновские лучи помогают также при сравнительных исследованиях краски, металлов или порохового следа, а также при медицинских обследованиях.
Ученые используют такие устройства, как рентгенофлуоресцентные спектрометры или синхротроны для «бомбардировки» пробы исследуемого материала пучками рентгеновских лучей. Пучки взаимодействуют с атомами материалов пробы, создавая при этом излучение, которое может быть обнаружено и использовано для идентификации химического элемента, к которому относятся эти атомы.
Рентгеновские лучи помогают раскрывать преступления. В представленном на изображении деле, которое расследовалось в США в конце 1970-х годов, прокуроры сравнили след от укуса на теле жертвы с рентгеновскими снимками зубов обвиняемого, чтобы помочь вынести обвинительный приговор. (Фото: Коллекция фотографий штата Флорида).
Нейтронно-активационный анализ (НАА) в криминалистике
Нейтронно-активационный анализ представляет собой метод использования взаимодействия между потоком нейтронов и исследуемым материалом для определения элементных уникальных характеристик пробы или, иначе говоря, ее точного изотопного состава, что позволяет получить информацию о ее возрасте и происхождении.
В процессе НАА, когда пробы подвергаются бомбардировке нейтронами, их атомы высвобождают частицы и/или излучение, которые могут быть зарегистрированы и проанализированы специализированными детекторами. Это может помочь определить, из какого материала состоит проба, сколько ему лет и каково его происхождение. НАА обычно используется для анализа вещественного состава пуль, чтобы проследить их происхождение, для чего нужна очень маленькая проба. Кроме того, проведение анализа с помощью этого метода позволяет определить элементный состав волос, что может помочь раскрыть новые подробности дела — например, наличие в организме наркотиков или других токсичных веществ.
НАА может также использоваться для установления происхождения продуктов питания высшего качества и выявления поддельных продуктов, например, трюфелей, путем облучения проб трюфеля нейтронами и обнаружения гамма-излучения, испускаемого атомными ядрами химических элементов, содержащихся в этих небольших пробах трюфеля. Зарегистрированное излучение может помочь сопоставить химические элементы в пробе с конкретным местом произрастания грибов. Этот метод может также использоваться для определения подлинности других пищевых продуктов высшего качества.
Следователи уже несколько десятилетий используют НАА, который помогает определять точное количество химического элемента или конкретных изотопов элемента в пробе улики, такой как пуля. (Инфографика: А. Варгас/МАГАТЭ).
Ионно-пучковый анализ (ИПА) в криминалистике
Ионно-пучковый анализ (ИПА) является еще одним ядерным методом, который все чаще используется для расследования преступлений. При проведении такого рода анализа используются ускорители ионного пучка для ускорения ионов или электронов, в результате чего создается пучок заряженных частиц. Когда пробы улик помещаются в ионный пучок, они испускают излучение, которое может быть зарегистрировано и проанализировано. Использование ионов позволяет следователям понять состав и происхождение пробы, что может помочь при анализе наркотиков, взрывчатых веществ и порохового следа, поддельных исторических артефактов или предметов искусства. Определение возраста и состава проб означает, что они могут быть более эффективно использованы в качестве улик при проведении расследований.
Пороховой след, например, может помочь в расследовании насильственных преступлений с применением огнестрельного оружия. Пороховой след — это облако паров и частиц, появляющееся при воспламенении заряда в гильзе во время использования огнестрельного оружия. Ядерные методы, такие как ионно-пучковый анализ, помогают обнаруживать неорганические компоненты, возникающие в момент выстрела, чтобы выявить мельчайшие частицы на предметах, связанных со стрельбой (например, на руках или одежде подозреваемого), для установления личности стрелка.
ИПА позволяет следователям проводить элементное картирование, которое помогает в анализе конкретных частей улик, а также обнаруживать крошечные следы уличающих в преступлении веществ, такие как микроскопические частицы остатков на особенно маленьких частях одежды.
Ионные пучки используются также для проведения анализа осколков стекла, оставшихся после ДТП, виновники которых скрываются с места происшествия, что может оказаться полезным при расследовании преступлений, совершенных на автомобилях. Исследования показывают, что за счет сочетания ИПА и машинного обучения можно с точностью до 80% установить принадлежность фрагментов стекла из автомобильных окон к различным моделям и производителям автомобилей.
Неразрушающий ионно-пучковый анализ предметов искусства был использован в Институте им. Йожефа Стефана в Словении. Прочитайте эту статью, чтобы узнать больше об использовании ядерных методов для изучения и сохранения объектов культурного наследия и предметов искусства (Фото: ИЙС/Зига Смит)
Радиоуглеродное датирование в криминалистике
Радиоуглеродное датирование — это ядерный метод, в котором используется изотоп углерода (углерод-14) для определения истинного возраста древних предметов, изготовленных из органических материалов, и выявления подделок предметов искусства. С помощью этого метода можно определять возраст предметов до 50 000 лет. Он уже помогал определить подлинность картин, статуй и других ценных исторических предметов при проведении ряда расследований.
Например, в 2019 году эксперты использовали радиоуглеродное датирование для выявления подделок двух известных картин — одной импрессионистской и одной в стиле пуантилизма. Анализ волокон холстов показал, что они были изготовлены после смерти заявленных художников, что помогло установить тот факт, что картины были подделками.
Этот ускорительный масс-спектрометр, установленный в Центре датирования и диагностики Университета Саленто, используется для радиоуглеродного датирования проб. (Фото: Университет Саленто)
Другие методы
В ходе расследований могут также использоваться другие распространенные ядерные методы, например, анализ стабильных изотопов для выявления фальсификации пищевых продуктов.
Анализ стабильных изотопов — это метод, используемый для определения происхождения и подлинности различных пищевых продуктов, который позволяет специалистам обнаруживать и привлекать к ответственности лиц, занимающихся фальсификацией пищевых продуктов (например, продающих продукты питания низкого качества под видом премиальных товаров по высоким ценам). Стабильные изотопы могут быть измерены с помощью специального оборудования, которое способно обнаружить мельчайшие различия в соотношении легких и тяжелых форм химического элемента. Такой анализ может предоставить фактические данные о конкретном типе пищевых продуктов, чтобы убедиться, что они происходят из соответствующего региона и в них используются подлинные ингредиенты, указанные на этикетке (например, обнаружение добавленных в мед сахарных сиропов).
Какую роль играет МАГАТЭ?
- МАГАТЭ вносит свой вклад в разработку и применение новых ядерных методов для аналитических целей. Агентство разрабатывает и предоставляет инновационные ядерные аналитические инструменты и соответствующие системы для удовлетворения потребностей различных стран.
- Используя свою всемирную сеть национальных ядерных лабораторий, МАГАТЭ предоставляет экспертам-криминалистам и следователям конкретные инструменты в рамках своей программы технического сотрудничества и проектов координированных исследований.
- МАГАТЭ предлагает курсы электронного обучения, посвященные применению ядерных методов в области культурного наследия и криминалистики.
- В рамках своих проектов координированных исследований (ПКИ) МАГАТЭ изучает, как можно использовать ядерные аналитические методы для получения информации о происхождении и подлинности пищевых продуктов, оценки подлинности предметов искусства и анализа улик на месте преступления.
- МАГАТЭ также оказывает поддержку странам, предоставляя им техническую помощь по созданию потенциала в области криминалистики в виде подготовки кадров, организации командировок, составления научных рекомендаций и проведения консультаций.
- МАГАТЭ работает над устранением разрыва между учеными, правоохранительными органами и сообществом криминалистов, чтобы содействовать предотвращению и противодействию преступной деятельности во всем мире при помощи ядерной науки и технологий.
- МАГАТЭ готовит и публикует материалы для распространения информации об использовании различных ядерных методов и преимуществах, которые они дают при расследовании и выявлении мошенничества.
- МАГАТЭ сотрудничает с другими организациями системы ООН, такими как УНП ООН, ЮНИКРИ, ЮНИДО и ФАО, а также с другими международными партнерами в целях развития методов ядерного анализа для применения в области криминалистики.
How Do Nuclear Techniques Help in Investigations?
Nuclear techniques can help specialists analyse microscopic traces of incriminating evidence samples, such as elements in paint or a single hair. This can help to uncover information which could not be discovered otherwise, for example, the true age of forged art pieces or whether an individual was poisoned. Moreover, nuclear techniques are considerably less destructive compared to other methods, such as the use of chemicals for analysis, which can alter the original condition of fragile evidence, for example a tiny shard of glass. Therefore, after being analysed with nuclear techniques, fragile evidence can still be preserved for further analysis.
X-ray Techniques in Forensics
The use of X-ray radiation is one of the most widely used analytical tools in forensics. X-ray emission techniques are sensitive and reliable — they can be applied to very small samples, and in most cases do not destroy the evidence. X-ray techniques tend to produce results in minutes, and multiple analyses can be carried out quickly. In addition, portable X-ray equipment can be easily transported, which enables this technology to be used in on-site investigations.
X-ray techniques can help to detect the presence of, and measure the concentration of, elements in virtually all types of material. They can help analyse the material composition of soil, drugs or minerals and determine their source. X-rays also help in comparative examinations of paint, metals or gunshot residues, and in medical examinations.
Scientists use devices such as X-ray fluorescence spectrometers or synchrotrons to bombard a sample of the test material with X-ray beams. The beams interact with the atoms of the sample, releasing radiation, which can be detected and used to identify the element from which the atoms originated.
X-rays have helped to uncover crimes throughout history. (Photo: Florida State Photographic Collection).
Neutron Activation Analysis (NAA) in Forensics
Neutron activation analysis is a technique which uses the interaction between a flux of neutrons and the material being studied to determine the “elemental fingerprint” of a sample — in other words the exact isotopic composition that provides information about its age and origin.
During NAA, when samples are bombarded with neutrons, their atoms release particles and/or radiation, which can be picked up and analysed by a specialized detector. This can help to determine what the sample is it made of, how old it is and where it came from. NAA is usually used to analyse the material composition of bullets in order to trace their origin, using very small samples. In addition, analysis using this technique can reveal the elemental composition of hair, which may help to uncover new details about a case — for example, the presence of drugs or other toxic substances in the body.
NAA can also be used to establish the origin of premium foods and identify counterfeit products, for example truffles, by irradiating them with neutrons and detecting the gamma radiation emitted by the atomic nuclei of the chemical elements in a small sample of the truffle. When this radiation is detected, it can help to match the elements in the sample to a particular location. It can also be used to determine the authenticity of other premium food products.
NAA has been used by investigators for decades, helping to determine the precise quantity of a chemical element, or specific isotopes of an element, in a sample of criminal evidence — such as a bullet. This technique was used in forensic investigations of the assassination of US President John F. Kennedy. (Infographics: A. Vargas/IAEA).
Ion Beam Analysis (IBA) in Forensics
Ion beam analysis (IBA) is another nuclear method gaining ground in criminal investigations. For this kind of analysis, ion beam accelerators are used to speed up ions or electrons, producing a beam of charged particles. When samples of forensic evidence are placed into the ion beam, they emit radiation which can be picked up and analysed. Using ions enables investigators to understand the composition and origin of the sample, which can help to analyse drugs, explosive and gunshot residues, fake historical artifacts or art. Determining the age and composition of samples means they can be more effectively used as evidence in investigations.
Gunshot residues, for example, can help to investigate violent crimes involving firearms. A gunshot residue is a cloud of vapours and particles released from the explosion of a cartridge in a firearm. Nuclear techniques, such as ion beam analysis, help to detect the inorganic components originating from the shot to detect tiny particles on items related to a shooting (e.g. on the suspect’s hands or clothes) in order to confirm the identity of the shooter.
IBA enables investigators to conduct elemental mapping, which helps in the analysis of specific parts of the evidence and detects tiny traces of incriminating substances, such as microscopic particles of residues on particularly small parts of clothing.
Ion beams have also been used to analyse glass shards from hit and run accidents, which could prove useful in investigations of crimes involving vehicles. Studies show that through a combination of IBA and machine learning, glass fragments from car windows can be traced back to various car models and manufacturers with up to 80 per cent accuracy.
Non-destructive ion beam analysis of art objects has been used at the Jožef Stefan Institute in Slovenia. Read this article to learn more about the use of nuclear techniques for studying and preserving objects of cultural heritage and art (Photo: JSI/Ziga Smit)
Radiocarbon Dating in Forensics
Radiocarbon dating is a method which uses an isotope of carbon — carbon-14 — to determine the true age of ancient objects, made of organic materials, and detect forgeries of art pieces. This technique can determine the age of objects up to 50 000 years old and has already helped a number of investigations to determine the authenticity of paintings, statues and other valuable historical objects.
For example, in 2019 experts used radiocarbon dating to identify forgeries of two well-known paintings — one Impressionist and one Pointillist. Analysis of the canvas fibres revealed that they were manufactured after the death of the purported artists, which helped to determine that the paintings were fake.
This accelerator mass spectrometer, installed at the University of Salento's Centre for Dating and Diagnostics (CEDAD), is used for radiocarbon dating of samples. (Photo: University of Salento)
Other methods
Other common nuclear techniques can also be used in investigations, for example the use of stable isotope analysis for food fraud detection.
Stable isotope analysis is a technique used to determine the origin and authenticity of different foods, enabling specialists to detect and prosecute individuals involved in food adulteration (e.g. selling low-quality food under premium labels for high prices). Stable isotopes can be measured with specialized equipment, which can detect the tiniest differences in the ratios of a chemical element’s light and heavy forms. Such analysis can provide evidence about a particular type of food in order to make sure it is coming from the right region and uses authentic ingredients described on the label (e.g. detecting sugar syrups added to honey).
What is the Role of the IAEA?
- The IAEA contributes to the development and application of novel nuclear techniques for analytical purposes. The Agency develops and delivers innovative nuclear analytical tools and related frameworks to support the needs of different countries.
- Using its worldwide network of national nuclear laboratories, the IAEA provides concrete tools to forensic experts and investigators through its Technical Cooperation Programme and Coordinated Research Projects.
- The IAEA provides e-learning courses, focusing on the application of nuclear techniques in the field of Cultural Heritage and Forensic Sciences.
- Through its Coordinated Research Projects (CRP) the IAEA studies how nuclear analytical techniques can be used to obtain information on food origin and authenticity, to assess art authenticity and to analyse evidence in crime scenes.
- The IAEA also supports countries by providing technical assistance on forensics capacity building in the form of trainings, residential assignments, scientific advisories and consultations.
- The IAEA is working to bridge the gap between scientists, law enforcement and the forensic community to improve prevention and countering of criminal activities around the world using nuclear science and technology.
- The IAEA produces published materials to spread awareness about the use of different nuclear techniques and benefits they bring for investigations and detection of fraud.
- The IAEA is working with other UN organizations like UNODC, UNICRI, UNIDO, FAO, and other international partners to foster nuclear analytical techniques for forensic applications.
This article was first published on 21 July, 2023