Цикл из двух работ «Исследование диэлектрических свойств рудных минералов в микроволновом диапазоне для задач дистанционного зондирования».

Состав авторов - сотрудников ИКИ РАН:

Тихонов В.В, Боярский Д.А., отдел 55.

Аннотация

Дистанционные методы исследования поверхности Земли и планет находят практическое применение в разнообразных областях хозяйствования и научных исследований. В последнее время, аэрокосмическое зондирование широко используется в поисковой и инженерной геологии: поиск полезных ископаемых, исследование состояния дамб и подземных объектов и т.п. Одной из проблем, препятствующих развитию этого направления, является недостаточная исследованность диэлектрических характеристик горных пород и слагающих их минералов.

Составной частью горных пород являются минералы, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам (цвету, блеску, твердости и т.п.). С электродинамической точки зрения горные породы представляют собой сложную среду, состоящую из частиц (кристаллов, зерен) различных минералов, имеющих разные диэлектрические свойства. По своим диэлектрическим характеристикам эти минералы можно условно разделить на три группы: диэлектрики (кварц, полевые шпаты и др.), полупроводники (сульфиды, некоторые окислы) и металлы (медь, золото).

Минералы второй группы являются рудными минералами, т.е. в их составе присутствуют один или несколько металлов. Эти минералы непрозрачные, с металлическим или полуметаллическим блеском, относительно хорошо проводят тепло и электричество. Диэлектрические свойства таких минералов до настоящего времени практически не исследовались.

Определение диэлектрических свойств рудных минералов в микроволновом диапазоне является технически сложной задачей из-за сильного поглощения электромагнитного излучения в среде, а также потому, что размеры кристаллов минералов, как правило, меньше или сравнимы с длинной волны излучения (~ 0.1 см), вследствие чего получить мономинеральный образец практически невозможно.

В ходе исследований был разработан метод определения комплексной диэлектрической проницаемости рудных минералов в диапазоне частот 10–40 ГГц и 77–300 ГГц. Метод основан на измерении частотных зависимостей отражательной и пропускательной способности плоскопараллельных образцов минералов. В диапазоне частот 10–40 ГГц измерения проводились стандартной методикой на панорамном измерителе коэффициента стоячей волны и ослабления. В диапазоне частот 77–300 ГГц частотные зависимости отражательной и пропускательной способности были получены на установке миллиметрового спектрометра, собранного на лампах обратной волны. Действительная и мнимая части комплексной диэлектрической проницаемости минералов определялись путем решения системы уравнений для отражательной и пропускательной способности поглощающего слоя, находящегося между двумя диэлектрическими средами. В ходе работы были исследованы минералы, являющиеся основными рудами при добыче железа, цинка, меди и титана: магнетит, гематит, сфалерит, халькопирит, пирит и ильменит.

Основные результаты:

1. Разработан метод определения диэлектрических свойств рудных минералов в микроволновом диапазоне электромагнитных волн.

2. Получены спектральные зависимости отражательной и пропускательной способности плоскопараллельных образцов рудных минералов (халькопирита, магнетита, сфалерита, пирита, гематита, ильменита) в диапазоне частот 10–40 ГГц и 77–300 ГГц.

3. Предложен метод расчета комплексной диэлектрической проницаемости минералов из полученных экспериментальных данных.

4. Получены аппроксимационные выражения для расчета комплексной диэлектрической проницаемости исследуемых минералов в диапазоне частот 10–300 ГГц.

Список публикаций:

1. О.Н.Полякова, В.В.Тихонов, А.Л.Дзарданов, Д.А.Боярский, Г.Н.Гольцман. Диэлектрические характеристики рудных минералов в диапазоне частот 10-40 GHz. // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34, вып. 22, с. 36-43.

2. В.В.Тихонов, О.Н.Полякова, Г.Н.Гольцман, А.Л.Дзарданов, Д.А.Боярский. Определение диэлектрических характеристик рудных минералов в микроволновом диапазоне. // Известия ВУЗов, Радиофизика. 2008. Т. 51, № 12, с. 1071-1080.