Механизм разупрочнения

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ СВЧ

РАЗУПРОЧНЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД МОЩНЫМ

Снижение прочности или разрушение горных пород мощным электромагнитным полем сверхвысоких частот связано, прежде всего, с их нагревом. Вследствие диэлектрических потерь энергия СВЧ- поля поглощается породой и превращается в тепловую энергию. При этом температура материала повышается на

,

где P - мощность СВЧ, поглощаемая единицей объема породы, рассчитываемая по приведенным соотношениям, - время воздействия поля, С - теплоемкость, - плотность породы.

Если взять поле частотой 2,45 ГГц, напряженностью 1 МВ/м (что близко к предельной для воздуха) и прикладывать его в течение времени = 100 мкс, то нагрев минералов разных классов будет следующим: кварц, галит и др. неполярные ΔТ = 0,005 К; полевые шпаты, асбест и др.полярные - ΔТ = 0,5 К; гетит, лимонит, шеелит (полупроводящие) ΔТ более 5 К; пирит, гематит, магнетит (проводящие) - ΔТ более 500 К.

Значительное повышение времени выдержки  породы в поле СВЧ, которое обычно используется в лабораторных экспериментах, нецелесообразно с энергетической точки зрения. Поэтому приведенные оценки ΔТ близки к предельным.

В ИГТМ предложен оригинальный способ разрушения горных пород путем облучения двумя генераторами СВЧ [9]. Сначала массив породы облучают волнами меньшей энергетической плотности (150_300 Вт/см2) от генератора 1 до образования теплового следа, а затем - волнами большей плотности (300_5000 Вт/см2) от генератора 2, идущими в перпендикулярном направлении. Первое облучение создает в породе 3 нагретую зону 4 с повышенным значением мнимой составляющей диэлектрической проницаемости.

Для излучения генератора 2 эта зона является сильно поглощающей, тогда как ненагретая порода - радиопрозрачной. В результате мощность генератора 2 поглощается в основном в зоне пересечения облучений 5. Резкий нагрев зоны 5 приводит к тепловому расширению, фазовым превращениям, образованию газовой фазы и т.д. в этой области, что ведет к разрушению породы. Перемещая антенну генератора 2 над поверхностью массива вдоль теплового следа 4, можно создавать канал разрушенной породы или резать ее.

Этим способом разрушались кристаллические сланцы, амфибролиты, габбро_диабазы, граниты, песчаники и другие породы с использованием генераторов на частоте 2,4 ГГц. Объем разрушаемой породы в секунду составлял 180 - 250 см3.