Диэлектрическая проницаемость нефрита в диапазоне 100-10000 Гц

Заключение

Результаты данной работы могут быть полезны в солнечных термопарах градиентного типа, так как такая среда поглощает сверхширокий диапазон частот для увеличения удельной термоотдачи на единицу площади, а также может быть использована на термопарах.

Литература

1. Рэлей Дж. Теория звука. Т. 2. - М.: Гостехиздат, 1956. - 217 с.

2. Бреховских Л.Н. Волны в слоистых средах. - М.: Наука, 1973. - 343 с.

3. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. - М.: Физматгиз, 1960. - 552 с.

4. Гантимуров А.Г. Решение Рэлея в случае проводящих и полупроводящих сред // Докл. АН СССР. -

1991. - Т. 321. - №3. - С. 1183-1186.

5. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. - М.: Наука, 1971. - 575 с.

6. Башкуев Ю.Б., Гантимуров А.Г., Ангархаева Л.Х. Решение Рэлея для трехслойной среды для проводящих и полупроводящих сред // Радиотехника и электроника. - 1994. - Т.39. - №7. - С. 1060-1065.

7. Гантимуров А.Г., Башкуев Ю.Б., Ангархаева Л.Х. Решение Рэлея для среды с возрастающей с глубиной диэлектрической проницаемостью и проводимостью // Электромагнитные волны и электронные системы. -2008. - Т.13. - № 6. - С. 12-15.

8. Гантимуров А.Г., Башкуев Ю.Б. Электродинамические свойства некоторых типов полупроводящих сред // Радиотехника и электроника. - 1994. - Т. 39. - №7. - С. 1057-1060.

9. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.П. Электродинамика сплошных сред. - М.: Физматлит, 2003. - 651 с.

Гантимуров Анатолий Геннадьевич, кандидат физико-математических наук, Институт физического материаловедения СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail:Gantimurov-2013@yandex.ru

Gantimurov Anatoly Gennadievich, candidate of physical and mathematical sciences, Institute of Physical Materials Science SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova Str., 6, e-mail:Gantimurov-2013@yandex.ru

УДК 537.226+539.19 © Ю.Б. Башкуев, В.Б. Хаптанов

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ НЕФРИТА В ДИАПАЗОНЕ 100-10000 Гц

Работа подготовлена при частичной финансовой поддержке РФФИ, гранты №12-02-98002 и №12-2-98007

Рассмотрены диэлектрические свойства нефрита в диапазоне низких частот от 100 до 10000 Гц, что дополняет физико-химические характеристики.

Ключевые слова: нефрит, диэлектрическая проницаемость.

Yu.B. Bashkuev, V.B. Khaptanov DIELECTRIC PERMITTIVITY OF NEPHRITE IN THE FREQUENCY RANGE OF 100-10000 HZ

Dielectric properties of nephrite in the range of low frequencies from 100 to 10000 hertz have been considered. They supplement known nowadays physical and chemical characteristics of this interesting stone.

Keywords: nephrite, dielectric permittivity.

Замечательные свойства нефрита - его прочность (в два раза прочнее стали), вязкость, стойкость к истиранию и воздействию кислот, с давних времен привлекали к нему внимание человека [1-3]. Нефрит являлся первым материалом для изготовления орудий труда и охоты у древних народов Центральной Азии, Европы, Америки, Новой Зеландии и Австралии. На заре зарождения культуры он наравне с кремнем был орудием борьбы человека за жизнь. Буряты, монголы, тибетцы, китайцы с древнейших времен и до сих пор относятся к нефриту с трогательной благоговейностью, поразительным трепетом и нежностью, что является как бы образом жизни народа, его философией, мерилом материальной и духовной культуры, частью быта, медицины, самой жизнью. Известно, что Чингисхан с большим почтением относился к нефриту. Его личная печать была исполнена в виде нефритовой фигурки лежащего тигра. Академик В.А. Севергин в «Первых основаниях минералогии» писал: «В восточных странах делают из него болванчики, чашечки и черенки к ножам, саблям... он в сих обработанных вещах чрезвычайную имеет крепость. Он имеет название свое от мнимой прежде лекар-

ственной его силы прогонять камень почечной и мочевой, чего ради его при себе носили». История поисков и находок нефрита на территории России прекрасно описана в работах Ферсмана [1]. К сожалению, не все физико-химические свойства нефрита хорошо изучены.

Статья посвящена определению важной физической характеристики нефрита - диэлектрической проницаемости е в диапазоне 100-10000 Гц. Знание е может быть полезным при поисках и разведке месторождений нефрита.

Краткая физико-химическая и геологическая характеристика нефрита

Нефрит - скрытокристаллический, спутанно-волокнистый агрегат амфибола тремолит-актино-литового ряда с общей формулой Ca2(Mg,Fe)5[SІ4O11]2(OH)2. Твердость его 5.5-6.5, плотность 2.963.01 г/см3. Цвет преимущественно зеленый, светлый или темный с различными оттенками; реже встречается нефрит белого цвета (непрозрачный или водянисто-белый просвечивающий), желтоватый и серый до черного (голубовато-серый, дымчатый, с черными разводами); окраска зависит от содержания железа и примесей хрома, никеля, марганца [1-3]. Очень вязкий благодаря переплетениям тонких кристаллических волокон и поэтому очень прочный. На изломе поверхность неровная с острыми тонкими краями. Пластинки нефрита толщиной до 10 мм просвечивают. Имеет восковой блеск, в том числе на полированной поверхности при любой степени полировки. Условия образования нефрита изучены недостаточно полно, но в настоящее время наиболее обоснованной считается гипотеза о метасоматическом происхождении нефрита. Большинство месторождений нефрита расположено в местах внедрения интрузивных магматических пород в серпентиниты. Известны редкие месторождения, где нефрит образовался в результате воздействия магмы на богатые магнием доломиты. Все нефриты относятся к двум генетическим типам: апосерпентинитовому и апокарбонатному. Апосер-пентинитовые нефриты пространственно и генетически связаны с ультрабазитовой составляющей офиолитов и образуются в серпентинитах на контакте с алюмосиликатными породами. Отличительной их особенностью являются зеленые тона окраски и постоянное наличие темноцветных минералов (магнетит, хромшпинелиды). Апокарбонатные нефриты пространственно и генетически связаны со скарнированными мраморами и образуются в эндоконтакте скиалитов и ксенолитов доломитовых мраморов на контакте с гранитизированными алюмосиликатными породами. Отличительной их особенностью являются светлые тона окраски (от салатово - и оливково-зеленой до белой) и полное отсутствие темноцветных минералов. Нефрит распространен более чем в 20 странах мира, но самые крупные и промышленно значимые его месторождения известны в России, Китае, Канаде, США, Австралии и Новой Зеландии. В России в настоящее время разведано и оценено 16 месторождений, из которых 13 находится в Бурятии. По качественным характеристикам лучшими из них являются Ка-воктинское, Голюбинское и Оспинское. Месторождения нефрита сосредоточены в пяти районах Бурятии: Муйском, Баунтовском, Закаменском, Тункинском и Окинском (рис. 1). В Муе и Баунте известно три месторождения белого нефрита - наиболее дефицитного в настоящее время. На нефритовых месторождениях Бурятии в 2007 г. добыто 909 т сырца и 272 т сортового нефрита.

Методика, результаты измерений и их анализ

Основы диэлектрического метода исследования вещества рассмотрены в работах [4-6]. Нами использован наиболее распространенный в практике низкочастотных измерений диэлектрической проницаемости е - метод измерения на основе конденсатора. Для прямоугольного конденсатора диэлектрическая проницаемость е определяется по формуле: е = С//е^, где S = аЬ - площадь пластин конденсатора, а и Ь - размеры сторон пластин конденсатора; l - расстояние между обкладками конденсатора, С - измеренная емкость конденсатора с исследуемым материалом, е0 - диэлектрическая постоянная вакуума, 4% 10-12 Ф/м.

Данное уравнение широко используется на практике [6] при осуществлении стандартизованного метода измерений диэлектрической проницаемости г, в соответствии с которым вакуумная емкость конденсатора рассчитывается на основе данных величин l и S :

С0 = е0 S Л

Методом конденсатора на частотах 100, 120, 1000 и 10000 Гц определена относительная диэлектрическая проницаемость є образцов нефрита (рис.2). Измерения проведены портативным ЯЪС-метром типа АКТАКОМ АМ-3003. Погрешность измерений емкости составляет 1-3%. Относительная диэлектрическая проницаемость в образцов нефрита изменяется в пределах от 8 до 16 Гц и попадает в обычный интервал для кристаллических горных пород. Для контроля правильности измерений протестированы образцы гранита, серпентинита и мрамора (2 образца) с известными характеристиками диэлектрических свойств [7]. Наблюдаемая почти линейная частотная дисперсия є определяется краевыми эффектами на обкладках измерительного конденсатора.

Заключение

Впервые получены данные по диэлектрической проницаемости е трех образцов нефрита. Результаты измерений в низкочастотной области радиодиапазона показывают, что необходимо провести дополнительные измерения е нефрита в более широком диапазоне частот, в частности в диапазоне работы георадара «ОКО-2» (50-1700 МГц). Применение георадаров представляется актуальным при поисках месторождений нефрита и их разработке. Об этом свидетельствуют запросы заинтересованных производственных организаций, занимающихся добычей нефрита (разработкой месторождений нефрита). Мы планируем дальнейшие материаловедческие исследования свойств нефрита в области более высоких частот.

Рис. 1. Выходы нефрита в горной тайге

100

10

Ї г—+

_ вода * О серпентинит

4 —^_^інефрит1 *— гранит

Є ф р ИТ2

х-х — — ZT" — Cj — — — — -

f 7^'"“/ с - мРам°Р1 мрамор2 1 1 1 1 1 1 1 1 ? 1 нефритЗ І І I ¥1111

100

1000

10000

Частота, Гц

Рис. 2. Частотные зависимости относительной диэлектрической проницаемости е образцов нефрита и других горных пород. Масштаб по осям логарифмический.

Литература

1. Ферсман А.Е. Рассказы о самоцветах. - М.: Наука, 1974. - 385 с.

2. URL:http://mindraw.web.ru

3. URL:http://IzNedr.ru

4. Потапов А.А. Молекулярная диэлькометрия. - Новосибирск: Наука, 1994. - 285 с.

5. Потапов А.А. Диэлектрический метод исследования вещества. - Иркутск: Иркутский госуниверситет, 1990. - 256 с.

6. Потапов А.А., Гудков О.И. Метрологическое обеспечение средств измерений диэлектрической проницаемости. - М.: ВНИИКИ, 1979. - 56 с.

7. Пархоменко Э.И. Электрические свойства горных пород. - М.: Наука, 1965. - 164 с.

Башкуев Юрий Буддич, доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией электромагнитной диагностики, Институт физического материаловедения СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail:buddich@mail.ru

Хаптанов Валерий Бажеевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, лаборатория электромагнитной диагностики, Институт физического материаловедения СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail:valery433210@yandex.ru

Bashkuev Yuri Buddich, doctor of technical sciences, professor, Head of the Electromagnetic Diagnostics Laboratory, Institute of Physical Material Sciences SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova Str., 6, e-mail:buddich@mail.ru

Khaptanov Valery Bazheevich, candidate of physical and mathematical sciences, senior researcher, Electromagnetic Diagnostics Laboratory, Institute of Physical Material Sciences SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova Str., 6, e-mail:valery433210@yandex.ru