ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Является результатом научно-исследовательской работы.

Установка, функциональная схема которой представлена на рис. 1, содержит блок разрушения образцов, эталонный источник свечения - ртутную лампу ПРК-2, универсальный монохроматор УМ-2, фотоэлектронные умножители ФЭУ-79 с областью максимальной чувствительности 300-830 нм и ФЭУ-140 с диапазоном максимальной чувствительности 200-650 нм, осциллограф С8-13, высоковольтный источник постоянного тока ВС-22 для питания ФЭУ и самописец КСП.

В установке для исследований спектральных характеристик фотонной эмиссии (ФЭ) горных пород использовался способ трения, позволяющий получить постоянное свечение в точке касания трущихся поверхностей образцов горных пород.

Блок разрушения представляет приспособление для получения постоянного свечения при трении соприкасающихся поверхностей керновых образцов пород. Приспособление состоит из электродвигателя, цилиндрического патрона для закрепления образца, суппорта и цилиндрического держателя с автоматической подачей. В соприкосновение приводятся однородные поверхности, получаемые при одной распиловке.

Рис. 1. Установка для исследования спектров горных пород:

Рис. 2. Градуировочный график длин волн, полученный с помощью
ртутной лампы ПРК-2 и универсального монохроматора УМ-2

Для определения спектров полос свечения образцов с помощью монохроматора УМ-2 и ртутной лампы ПРК-2 выполняют градуировку и строят график, приведенный на рис. 2.

При исследовании характеристик полос в спектре образцов горных пород свечение регистрируется с помощью ФЭУ через монохроматор УМ-2, выходной ток с ФЭУ подается на вход осциллографа С8-13 или на самописец КСП.

Исследование спектральных характеристик свечения исследуемых образцов выполняют методом сравнения по данным градуировочного графика со свечением эталонного источника. На рис. 3, б, в, г показаны спектральные характеристики горных пород, полученные с помощью монохроматора УМ-2 и образцовых светофильтров.

В спектрах видимого диапазона указанных горных пород наблюдаются три основных максимума: первый максимум в области 430-450 нм, второй - в области 540-555 нм и третий - в области 590-610 нм. Максимумы характеризуют соответственно распределение энергии в спектрах сиенитов, скарнов и железной руды. Спектры мало отличаются друг от друга по частоте, но значительно отличаются по мощности излучения.

Характер распределения энергий в спектрах указанных пород объясняется количественным составом окислов и их прочностными свойствамиsio₂,al₂o₃,fe₃o₄,fe₂o₃,feo,mgo,cao,na₂o, К ₂О, СО ₃, а также в незначительном количестве включенийti,mn,co,pиzn.

Свечение, наблюдаемое также визуально, происходит вследствие разогревания трущихся поверхностей и разрыва атомных связей, образования плазмы, возбуждения окружающей атмосферы за счет бомбардировки молекул воздуха электронами, заряженными ионами и другими частицами.

Расчетные значения характерных длин волн оптического диапазона (6240-45 нм) спектра основных химических элементов, составляющие горные породы, равны:
h- 6240 нм, О - 760 нм,na- 567 нм,mq- 520 нм, Аl- 480 нм,si- 446 нм, Р - 416 нм, К - 328 нм, Са - 284 нм,ti- 312,fe- 240 нм,zn- 210 нм,u- 67 нм.

Для сравнения исследованы оптические свойства ЩГК, графики которых представлены на рис. 3, а. Установка (на рисунке не показана) содержит средства получения сигнала - источник ионизирующего излучения (х- илиg- лучи, лазер, электронная пушка), фильтры или поглотители излучения, коллимирующую щель, образец, средства выделения сигнала - раздвижная щель - кювета, светофильтр и световод, средства регистрации и обработки сигнала - спектрограф ДФС-12, ФЭУ, усилитель УШ-10, блок питания ВС-22, усилитель постоянного тока и потенциометр ФЭП-1, дискриминатор, анализатор импульсов АИ-256, прибор цифровой обработки УНО-10, измеритель скорости счета УИМ-1, регистратор аналогового выхода ЭПП-09.

Получены значения положений максимумов полос в спектре люминесценции кристаллов: дляnacl440-460 нм,kcl540-560 нм иki460- 420 нм, которые на рис. 3, а представлены графиками 1, 2 и 3.

Рис. 3. Спектральные характеристики ЩГК и горных пород:

a- спектры кристаллов: 1 -nacl; 2 -kcl; 3 -kj; б - спектры горных пород:
1 - магнетитовой руды, 2 - скарнов и 3 - сиенитов, полученные с помощью монохроматора УМ-2; в - спектры: 1 - магнетитовой руды и 2 - скарнов, полученные с помощью светофильтров; г - сравнение спектров горных пород, полученных различными методами.

Основная доля энергии излучения приходится на сплошной спектр видимого диапазона. Спектральный состав свечения кристаллов также зависит от состава газовой атмосферы, окружающей испытываемые образцы, и от их химического состава.

Исследования люминесценции кристаллов при их механическом разрушении показали линейную зависимость роста интенсивности свечения от повышения давления и температуры.

В зоне, совпадающих по длине волны чувствительностей ФЭУ (300-600 нм), были получены одинаковые значения положений максимумов полос в спектре люминесценции кристаллов.