DE2851477A1

DE2851477A1 - Vorrichtung und verfahren zur erforschung von bodenschaetzen

Info

Publication number: DE2851477A1
Application number: DE19782851477
Authority: DE
Inventors: Denis John Carson Macourt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1979-09-20
Anticipated expiration: 1998-11-29
Also published as: NL7811663A; ES475466A1; NO151986C; IE782347L; DE2851477C2; NO784006L; IT7830281A0; FR2422968A1; AU527920B2; ZA786684B; AU4204678A; US4338029A; IT1100757B; FR2422968B1; GB1604419A; JPS6259274B2; CA1137557A; NO151986B; GR65323B; IE47593B1

Description

_ *7 —.

285H77

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erforschung von Bodenschätzen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, durch Überqueren des zu erforschenden Gebietes sowie ein Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen wie Erze und Kohlenwasserstoffe. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Überführung von geladenen Molekülen oder Molekülansanimlungen aus einer Luftströmung in ein inertes Gas. Eine Anwendung der Erfindung ist insbesondere zur Erforschung von Öl-Erdgas- und Erzlagern vorgesehen.

Seit einiger Zeit werden Anstrengungen zum Auffinden von Bodenschätzen unternommen, insbesondere von Erdöllagern und Erdgaslagern, indem die zu erforschende Meeres- oder Landfläche mit einem Fahrzeug überquert wird, beispielsweise mit einem Flugzeug, und Teilchen aufgesammelt werden, die in der Atmosphäre schweben. Der Grundgedanke besteht darin, daß über einem Lager oder windabwärts von diesem anomal hohe Konzentrationen von Teilchen auftreten, deren Elemente in dem Lager vorhanden sind oder in Verbindung damit auftreten. Es wird angenommen, daß derartige Anomalien dadurch entstehen, daß die Elemente auf den Teilchen als adsorbierte Überzüge .vorhanden sind; in diesem Zusammenhang ist unter "überzüge" zu verstehen, daß einzelne Atome oder Moleküle oder eine Anzahl davon an der Teilchenoberfläche anhaften und daß eine vollständige oder weitgehende Bedeckung der Teilchen erfolgt. Es wird angenommen, daß die Überzüge die geöchemischen und andere Charakteristika des Bereiches darstellen, und die überzüge, insbesondere von größeren Teilchen, von denen erwartet wird, daß sie weniger weit von ihrer Quelle aus gewandert sind, bevor sie ihre Überzüge verlieren oder

909830/0573

285U77

verändern, können analysiert werden und werden gewöhnlich analysiert, Für die Durchführung einer derartigen Analyse gibt es verschiedene Verfahren zur Prüfung einzelner Mengen, diese Verfahren sind jedoch relativ langsam und unzuverlässig und müssen einige Zeit nach dem Aufsammeln der Teilchen durchgeführt werden. Ein anderes, kontinuierliches Analyseverfahren, das beispielsweise in einem Flugzeug durchgeführt v/erden kann, ist die Spektroskopie, beispielsweise
Emissions-, Absorptions- oder Massenspektroskopie. Es wurde bereits vorgeschlagen, aufgesammelte Teilchen direkt in ein Plasma einzuleiten und das Spektrum des emittierten Lichtes zu untersuchen. Um das Problem der Interferenzen zwischen einzelnen schwachen Spektrallinien, die den Überzügen zugeordnet werden, und starken, den Teilchen zugeordneten Linien und ferner das Problem zu lösen, daß aufgrund der Schwankungen von Anzahl und Größe der aufgesammelten Teilchen eine variable thermische Last in dem Plasma auftreten kann,
und da schließlich größere Teilchen das Sichtfeld stören können,
v/urde ferner vorgeschlagen, die Überzüge in einem ersten Plasma zu verflüchtigen und diese, jedoch nicht die Teilchen, in ein zweites Plasma zu überführen, wo das Lichtspektrum des Überzugs beobachtet wird. Das Sekundärplasma weist eine konstantere thermische Last als das erste auf, ermöglicht ein besseres Sichtfeld, und die emittierte Strahlung kann leichter mit einem Spektroskop beobachtet und einer normalen spektroskopischen Analyse unterzogen werden.

Im -Zusammenhang- mit der Erforschung von Kohlenwasserstofflagern
wurde in jüngster Zeit vorgeschlagen, unter Anwendung dieser Technik zu Untersuchung von Teilchenüberzügen nicht nur nach Kohlenwasserstoffen als solchen zu suchen oder nach diesen zugeordneten
anomalen Spektrallinien, sondern auch oder alternativ nach Anomalien des Gases Radon und/oder nach einem Halogen, insbesondere nach Jod. Ein erster Grund hierfür liegt darin, daß die gewöhnlichen Kohlenwasserstoff-Spektralbänder recht leicht mit den Linien von Verbindungen verwechselt werden können, die nicht von Interesse sind.
Ein zweiter Grund besteht darin, daß Halogene (insbesondere Jod) und Uran stets in anomalem Ausmaß in Kohlenwasserstofflagern enthalten sind. Uran zerfällt zu Radium, das unter anderem zu gasförmigem
Radon zerfällt (Ordnungszahl 88, Atomgewicht 222). Gleichzeitig auf-

909838/0573

~⁹~ 285U77

tretende Anomalien oder Radon und/oder Jod und Kohlenwasserstoffe lassen also zuverlässiger auf ein Kohlenwasserstofflager schließen als eine einfache Kohlenwasserstoffanomalie, die aus anderen Gründen entstehen kann. Bisher sind diese Vorschläge jedoch auf die Untersuchung von Teilchenüberzügen beschränkt, und derzeit werden auf diesem Gebiet alle Anstrengungen auf die Analyse von Teilchenüberzügen >, lichtet.

Die Erfindung geht von dem Gedanke aus, daß es nicht unbedingt erforderlich und sogar unerwünscht ist, in der Luft schwebende Teilchen zu sammeln und ihre Überzüge zu untersuchen. Vielmehr wird davon ausgegangen, daß Gründe für die Annahme bestehen, daß Moleküle, die ein Lager darstellen, in der Atmosphäre über dem Lager vorhanden sind und nicht an Teilchen haften sondern wahrscheinlich in Form von Ansammlungen von bis zu 30 Molekülen oder mehr vorliegen. Es wird nun angenommen, daß diese Moleküle bzw. Molekülansammlungen geladen sind, die Ladung jedoch nur kurzzeitig festhalten, weil Stöße mit Ionen entgegengesetzter Ladung oder Adsorption an Staubteilchen erfolgen. Es wird angenommen, daß diese Moleküle oder Ansammlungen durch aufsteigende Luftströmungen und vorwiegend durch die Kraft des elektrischen Erdfeldes nach oben in die Atmosphäre verstreut werden. Zwar kann nicht behauptet werden, daß diese Moleküle nicht als Überzüge auf in der Atmosphäre befindlichen Teilchen vorhanden sind, beispielsweise Staub- oder Salzteilchen, es wird jedoch angenommen, daß sie auch losgelöst vorhanden sind. Ferner wird angenommen, daß zumindest bei Kohlenwasserstofflagern die Moleküle oder Molekülansammlungen negativ geladen sind. Die Gründe hierfür sind unbekannt, es ist jedoch möglich, daß beim Zerfall des Urans in dem Lager -Λ -Teilchen Moleküle ionisieren, die im Laufe ihrer Bewegung Gruppen oder Ansammlungen bilden, die negativ geladen sind. Diese gelangen als negative Ionen zur Erdoberfläche und durch diese hindurch.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen durch Überqueren eines zu erforschenden Gebietes geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß bestimmt wird, ob Substanzen, die ein Bodenschatzlager angeben, in anomalem Ausmaß in der Atmo-

909838/0573

285U77

Sphäre in Form von geladenen Molekülen oder geladenen Molekülansammlungen vorhanden sind.

Insbesondere kann die Erfindung zur Aufspürung von Kohlenwasserstofflagern eingesetzt werden.

Bei der Erforschung bzw. beim Aufspüren von Kohlenwasserstofflagern sind die aufzuspürenden Substanzen Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise aber auch Halogene , insbesondere Jod, und/oder Uran bzw. ein Zerfallsprodukt des Urans, insbesondere gasförmiges Radon. Die Erforschung wird vorzugsweise in einem Flugzeug durchgeführt, und die Detektion wird vorzugsweise mittels Spektroskopie durchgeführt, vorzugsweise Emissionsspektroskopie, und dies geschieht vorzugsweise in einem Flugzeug, so daß eine kontinuierliche überwachung ermöglicht wird.

Bo i der Durchführung dieses Verfahrens können Luftproben in dem Fahrzeug gesammelt werden, beispielsweise durch einen speziellen Einlaß an der Vorderseite eines Flugzeuges, und vorzugsweise wird die Luft durch eine oder mehrere Vorrichtungen gesammelt und/oder geleitet, welche die Moleküle konzentriert und vorzugsweise auch Fremdstoffe wie Staub und Insekten abscheidet. Hierfür kann die Luft in einem elektrostatischen Fokussierrohr oder in einem Luftfahrzeug-Rohr gesammelt werden, das isoliert und derart ausgebildet ist, daß ein Fokussiereffekt entsteht; vorzugsweise wird die Luft dann durch eine Zentrifuge geleitet, beispielsweise durch einen Zyklon, um Fremdstoffe zu konzentrieren und auszustoßen. Beispielsweise können Teilchen abgeschieden werden, die größer sind als 0, 5 bis 1 μ in. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zwar zumindest ein Luftfahrzeug-Rohr oder eine Zentrifuge verwendet, unter manchen Umständen ist jedoch keine dieser Einrichtungen unbedingt erforderlich. Die Luft kann zur späteren Analyse gespeichert werden, da aber Radon recht schnell zerfällt (es besitzt eine Halbswertszeit von etv/a 3,7 Tagen) v/erden gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Moleküle sofort analysiert, vorzugsweise durch spektroskopische Analyse. Es sind Ausführungsformen vorgesehen, bei denen die Ergebnisse der Analyse mit der besonderen geographischen Lage, wo die betroffene Probe entnommen wurde, in Beziehung gebracht werden, wie dies zuvor

909838/0573

" ¹¹ " 285U77

bei der Analyse von Teilchenüberzügen erfolgte. Da jedoch angenommen wird, daß die Ladungen relativ schnell abgeführt werden, sind die erhaltenen Ergebnisse charakteristisch für den unmittelbaren Bereich, wo Proben gesammelt wurden, im Gegensatz zu bekannten Verfahren, die auf dem Aufsammeln von Teilchen beruhen, wonach eine Schätzung der Verschiebung erforderlich ist.

Zur Durchführung der spektroskopischen Analyse zur Detektion von Anomalien beim Auftreten derartiger Moleküle oder Ansammlungen müssen die Moleküle aus der Luft, aus der sie aufgesammelt werden, in ein inertes Gas überführt werden, durch welches sie in eine Zone geleitet werden, wo das Plasma gebildet wird.

Bei den erwähnten früheren Erforschungstechniken mit spektroskopischer Analyse von Teilchenüberzügen besteht ein Verfahren zur Durchführung einer derartigen überführung darin, daß die eingesammelte Luft nach Konzentration des Teilchengehaltes in einem Zyklon zu einer Vorrichtung geleitet wird, die dafür sorgt, daß die Luftströmung auf eine entgegengesetzte Strömung aus inertem Gas trifft, wobei die Luft zu einer Seite fortgeführt wird und einige Teilchen aufgrund ihres Impulses durch die "Sperre" aus inertem Gas in eine zweite Strömung aus inertem Gas gelangen, die in derselben Richtung wie die ursprüngliche Luftströmung verläuft. Durch die zweite Strömung werden die Teilchen in die Plasmazone getragen. Während ihres Durchgangs können die Teilchen gewünschtenfalls mit einem Teilchenzähler gezählt werden. Zu diesem Zweck wird das inerte Gas einem Rohr zugeführt, das koaxial zu dem Luftrohr ist und in dem das inerte Gas einerseits zu dem Luftrohr strömt, so daß es die Sperre bildet, und andererseits in einer weiteren Strömung von dem Luftrohr fort, um die überführten Teilchen zur Plasmazone zu befördern. Die verschiedenen Strömungen werden so eingestellt, daß nur größere Teilchen, von denen angenommen wird, daß sie die Gegend besser repräsentieren, beispielsweise Teilchen mit mehr als 30 Mikron oder sogar 10 oder 15 Mikron Durchmesser, durch die Plasmazone befördert werden, während der Rest an der Sperre zurückgestoßen und mit der Luft fortgeführt wird.

909838/0573

" ¹² " 285U77

Diese Technik kann für die Überführung von Molekülen oder Ansammlungen aus Luft in ein inertes Gas nicht direkt angewandt werden, weil die Moleküle einen unzureichenden Impuls zum Durchdringen der Sperre aufweisen, die wenigstens einige Zentimeter Länge haben muß, um zu gewährleisten, daß die Luft nicht in die Plasmazone eintritt. Ferner verbleiben natürlich einige Teilchen selbst nach Behandlung mit der Zentrifuge in dem Luftstrom, und diese Teilchen müssen an der Sperre zurückgestoßen werden, damit die Erfindung in die Praxis umgesetzt wird.

Es wird vorgeschlagen, diese Schwierigkeit dadurch zu überwinden, daß die Ladung der Moleküle oder Molekülansammlungen ausgenutzt wird. Gemäß der Erfindung werden also die geladenen Moleküle aus der Luft, mit der sie aufgesammelt werden, in ein inertes Gas überführt, indem die Luft und das inerte Gas an einer Grenzstelle zusammmengeführt werden, wo eine Grenzfläche zwischen der Luft und dem inerten Gas besteht, und indem die geladenen Moleküle veranlaßt werden, die Grenzfläche zu durchstoßen und in das inerte Gas hinein zu gelangen, indem elektrische oder magnetische Felder angelegt werden.

Die Luft wird aus dem Bereich der Grenzfläche fortgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens läuft eine erste Strömung aus inertem Gas zur Grenzfläche entgegengesetzt zu der Luftströmung, und eine zweite Strömung aus inertem Gas ist weiter von der Grenzfläche entfernt vorgesehen und strömt von dieser fort in derselben Richtung wie die Luftströmung.

Die erste Strömung aus inertem Gas "dichtet" also die anschließenden Teile der Vorrichtung gegenüber dem Eintritt von Luft und Teilchen ab, und die Moleküle werden veranlaßt, diese Dichtung zu durchqueren, um von der zweiten Strömung in eine Plasmazone befördert zu werden.

Durch die Erfindung wird ferner eine Vorrichtung geschaffen, mit der geladene Moleküle aus Luft in ein inertes Gas überführt werden können. Die Vorrichtung enthält ein erstes Rohr zur Luftführung, durch

909838/0573

285U77

das die im Betrieb gesammelte Luft geleitet wird, ein zweites Rohr für inertes Gas, durch das dieses inerte Gas zugeführt werden kann, um mit der Luft an einer Grenzstelle zusammen zu treffen, wo eine Grenzfläche zwischen der Luft und dem inerten Gas besteht, sowie eine elektrische oder magnetische Einrichtung, die die geladenen Moleküle in der Luft veranlaßt, die Grenzfläche zu durchstoßen und in das inerte Gas einzutreten.

Vorzugsweise sind die Rohre derart ausgebildet, daß die Luft und eine erste Strömung aus inertem Gas an der Grenzfläche aufeinander stoßen, und es ist ein Vorrat an inertem Gas vorgesehen, um die erste Strömung und eine zweite Strömung zu bilden, die in derselben Richtung wie die Luft strömt, ausgehend von einer Stellung stromabwärts von der Grenzfläche und in der ursprünglichen Richtung der Luftströmung. Das inerte Gas kann also dem zweiten Rohr durch einen Einlaß zugeführt werden, der von dem an das Luftrohr angrenzenden Ende des Rohres beabstandet ist, und zwar in den zwei Strömungen, die voneinander fort laufen. Im Betrieb befördert die zweite Strömung aus inertem Gas die geladenen Moleküle zu einer Plasmazone, wo ein Plasma behandelt werden kann und eine spektroskopische Analyse durchgeführt werden kann.

Bei einer anderen Ausführungsform liegen die Rohre Seite an Seite, mit einer vom einen zum anderen verlaufenden öffnung zur Bildung der Grenzfläche·.

Die Einrichtung für die Überführung von geladenen Molekülen durch die Sperre hindurch kann sehr unterschiedlich ausgebildet werden; z.B. können geeignet angeordnete Magnetspulen mit ortsfesten oder oszilliernden Magnetfeldern vorgesehen sein, oder es werden Elektroden mit einer Einrichtung zum Aufladen derselben an geeigneten Stellen angeordnet. Besonders zweckmäßig ist es, für die Überführung die durch das Luftrohr verlaufende Luftströmung als solche zu verwenden, um eine negative elektrostatische Ladung an dem Rohr zu erzeugen; dies kann dadurch geschehen, daß in dem Rohr, das sonst aus Isoliermaterial ist, ein Teil vorgesehen wird, das leitend ist und isoliert angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform der Er-

909838/0573

2Θ5Η77

firidung ist dieses Teil am Ende des Rohres zu einer scharfen Kante hin konvergierend ausgebildet, und die durch Reibung entstehende Ladung neigt zu einer Konzentration an diesem Ende; die erzeugten Felder können die geladenen Moleküle veranlassen, in der Mitte des Rohres konzentriert zu werden und durch die Grenzfläche in das inerte Gas geschleudert zu werden, statt weiter in der Luftströmung mitgeführt zu werden. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist ein Teil des Rohres für das inerte Gas, das von der Sperre entfernt ist, ebenfalls aus leitendem Material und ist vorzugsweise geerdet, z.B. mit dem Aufbau, wenn ein Flugzeug verwendet wird.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß nur Moleküle oder Molekülansammlungen, die auf natürliche Weise ionisiert sind, die anscheinend auf natürliche Weise aufgeladen wurden, hauptsächlich eingefangen werden.

Durch die Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Erforschung von Mineralien bzw. Erzen geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der zu erforschende Bereich überquert wird und bestimmt wird, ob Substanzen, die ein Mineralien- bzw. Erzlager anzeigen, in anomalem Ausmaß in der Atmosphäre in Form von geladenen Molekülen oder Molekülansammlungen vorhanden sind, wobei Luft gesammelt wird und die geladenen Moleküle aus der Luft in eir inertes Gas überführt werden, um eine spektroskopische Analyse durchzuführen, indem die Luft und das inerte Gas an eine Grenzstelle zusammengeführt werden, wo eine Grenzfläche zwischen der Luft und den inertem Gas vorhanden ist, und indem die geladenen Moleküle veranlaßt werden, die Grenzfläche zu durchstoßen und in das inerte Gas einzutreten, indem ein elektrisches oder magnetisches Feld angelegt wird.

Ferner wird durch die Erfindung eine Vorrichtung für die Verwendung bei dem obigen Verfahren geschaffen, mit einer Einrichtung, die zur Montage auf einem Fahrzeug und zum Sammeln von Luft geeignet ist, wobei diese Einrichtung mit einem ersten Rohr zur Führung der Luft verbunden ist, durch welches im Betrieb die gesammelte Luft geleitet wird, mit einem zweiten Rohr für inertes Gas, durch welches das inerte Gas zugeführt werden kann, um mit der Luft an einer Grenz-

909838/0573

285H77

stelle zusammen zu treffen, wo eine Grenzfläche zwischen der Luft und dem inerten Gas vorhanden ist, und mit einer elektrischen oder magnetischen Einrichtung, durch die die geladenen Moleküle in der Luft veranlaßt werden, die Grenzfläche zu durchstoßen und in das inerte Gas zu gelangen. Diese Vorrichtung kann eine Einrichtung zur Bildung eines Plasmas und zur Durchführung einer spektroskopischen Analyse enthalten; ferner kann sie ein Luftfahrzeug-Rohr zum Einsammeln der Luft und eine Zentrifuge zur Reinigung der Luft von Teilchen und Fremdstoffen enthalten.

Das Luftfahrzeug-Rohr kann die Form eines Einlasses aufweisen, der in Richtung der ankommenden Luftströmung konvergiert; er kann aus einer Mehrzahl von Leitelementen gebildet sein. Derartige Anordnungen wurden bereits vorgeschlagen, gemäß einem besonderem Merkmal der Erfindung wird jedoch weiter vorgeschlagen, daß die Leitelemente leitend sind, jedoch isoliert eingebaut sind. Eine durch Reibung erzeugte negative Ladung auf den Leitelementen bewirkt daher eine Konzentration der geladenen Moleküle in der Mitte des Einlasses, besonders wenn die Vorrichtung ein geerdetes Element stromabwärts von den Leitelementen enthält.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Einlaß ein konisches, isoliertes Drahtgitter auf, das in Einlaßrichtung konvergiert und isoliert mit einem Einlaßrohr verbunden ist. Das Gitter wird durch Reibung mit der-Luft negativ aufgeladen und zwingt kleine Molekülansammlungen, jedoch keine großen und keine Teilchen, zur Mitte, so daß sie in dem Rohr durchlaufen. Andere Stoffe gelangen durch das Gitter hindurch und werden ausgestoßen.

In einem Zyklon oder einer Zentrifuge werden die Innenwandungen durch Luftreibung aufgeladen, so daß sie die geladenen Moleküle in der Mitte konzentrieren; sie werden dann aus dem schmalen Ende eines Zyklons mit Abmessungen in der Größenordnung von Bruchteilen des Lichtes ausgestoßen. Es kann eine Kaskade von Zyklonen verwendet werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus

909838/0573

285U77

der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufsammeln von Luft und zur Durchführung einer Spektrometrie an Molekülen und Ionen, die darin mitgeführt werden; und

Figur 2 eine detaillierte Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung nach Figur 1.

Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung kann in einem Flugzeug angeordnet sein und enthält einen Lufteinlaß 2, der aus dem Flugzeug herausragt, um Luft einzusammeln, und als Luftfahrzeug-Rohr oder vorzugsweise gemäß der Zeichnung als Rohr ausgebildet ist, das ein konisch konvergierendes isoliertes Drahtgitter darin aufweist, welches zu einem Zyklon 3 führt, zur differentiellen Konzentration von teilchenförmigen Stoffen zur Außenseite hin, um diese auszustoßen. Ferner ist ein Rohr 6 vorgesehen, durch das die Luft und die geladenen Moleküle in eine Vorrichtung 7 geführt werden, wo die geladenen Moleküle aus der Luft in ein inertes Gas überführt werden, das einer Einlaßkammer 10 durch ein Rohr mit einem Ventil 11 zugeführt wird und aus der Einlaßkammer 10 in Rohre 8 und 9 eintritt. Das inerte Gas strömt in dem Rohr 8 zur Luftströmung und bildet eine Sperre damit in dem Rohr 8, und die mit seiner ursprünglichen Strömungsrichtung angehaltene Luft wird aus der Vorrichtung 7 durch ein Gebläse 5 ausgestoßen. Geladene Moleküle aus der Luft können jedoch die Sperre aus inertem Gas aufgrund einer elektrischen oder magnetischen Einrichtung durchqueren und treten in das Rohr 9 ein, wo eine Strömung aus inertem Gas in derselben Richtung wie die ursprüngliche Luftströmung in Rohr 6 erfolgt und welches die Moleküle zu einer Plasmazone 10 führt, wo ein Plasma (vorzugsweise Gleichstrom) mittels zwei Elektroden erzeugt wird, wobei das Plasma durch ein Spektrometer oder Monochrometer 17 beobachtet werden kann. Das Ausgangsergebnis wird verarbeitet und in einer elektronischen Vorrichtung 18 aufgezeichnet, die mit einem Navigationssystem 19 verbunden ist, so daß das Ausgangsergebnis des Spektrometers bzw. Mono-

909838/0573

chrometers in Korrelation mit der Position des Flugzeugs über dem Boden gebracht werden kann. Das Plasma muß nicht mit Elektroden erzeugt werden, es kann auch ein Hochfrequenzplasma oder Mikrowellenplasma verwendet werden, und ebenso kann Massenspektroskopie verwendet werden. Mit einer Pumpe 12 wird das inerte Gas durch das Plasma mit einer Durchflußrate gesaugt, die von einem Ventil 16, das eine konstante Strömung bewirken soll, geregelt wird.

Damit die geladenen Moleküle veranlaßt werden, die Sperre zu durchqueren und aus der Luftströmung in das inerte Gas zu gelangen, kann eine elektromagnetische Anordnung vorgesehen sein, z.B. Spulen, die den Molekülweg umgeben. Statt dessen kann auch eine elektrostatische Anordnung verwendet werden. Figur 2 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Teiles der Vorrichtung nach Figur 1; dort ist eine derartige elektrostatische Anordnung gezeigt.

Bei der Anordnung nach Figur 2 enthält das Lufteinlaßrohr 6 ein Endstück 20, das aus leitendem Material ist und isoliert montiert ist. Dieses Endstück 20 ist umgeben von einer Ummantelung 27 der Vorrichtung 7, die einen Auslaß aufweist, der zu dem in Figur 1 gezeigten Gebläse 5 führt. Nach dem Endstück 20 ist das Rohr 8 ausgerichtet, das wiederum nach dem Rohr 9 ausgerichtet ist, und zwischen den Rohren 8 und 9 befinden sich Öffnungen von Einlaßkanälen 23 für inertes Gas, das aus der Kammer 10 zugeführt wird. Hinter den Einlaßöffnungen befindet sich ein weiteres leitendes Stück 24 des Rohres 9, das elektrisch mit der Ummantelung 26 verbunden ist. Das Endstück 20 ist jedoch das einzige Teil der hier gezeigten Vorrichtung, das aus leitendem Material sein muß. Im Betrieb strömt die Luft durch das Rohr 6, und jegliche darin enthaltenen Teilchen treffen auf eine entgegengesetzt gerichtete Strömung aus inertem Gas in dem Rohr 8, das durch die Leitungen 23 zugeführt wird, und werden davon angehalten. Die Luftströmung soll also nicht so stark sein bzw. die Strömung aus inertem Gas so schwach, daß Teilchen oder Luft überführt werden.

Die Luft wird durch das Gebläse 5 aus der Ummantelung 27 ausgestoßen. Stromabwärts von den Öffnungen der Leitungen 23 erfolgt die Strömung

909838/0573

265U77

des inerten Gases in derselben Richtung wie die ursprüngliche Luftströmung, so daß jegliche geladenen Moleküle, die die Sperre zwischen der Luft und dem inerten Gas durchqueren, zu den darauffolgenden Stufen befördert werden. Durch die Luftströmung über das Endstück 20 und die Ummantelung 27 werden diese negativ durch Reibung aufgeladen, und die am Endstück 20 entstandenen Ladungen wandern größtenteils zu einem Punkt 21, der so scharf wie möglich ausgebildet ist. Wenn also die geladenen Moleküle durch die Luftströmung bis zu dem Punkt 21 befördert werden, so bewirkt die Ladung an diesem Punkt, daß sie auf ihrem Weg fortschreiten, trotz der Umkehrung der Luftströmung. Dieser Effekt wird durch das leitende Stück 24 verstärkt, weshalb ein starkes elektrisches Feld zwischen den Stücken 20 und 24 besteht, das die geladenen Moleküle nicht durchqueren können. Die geladenen Moleküle durchstoßen also die Sperre und gelangen durch den Gegenstrom aus inertem Gas hindurch in die Strömung aus inertem Gas im Rohr 9. Das Endstück 20 ist ferner mit einer zweiten scharfen Kante 22 versehen, und da die Ladung sich dort ansammelt, können ferner die Konstruktion und die Luftströmung leicht so ausgebildet werden, daß die Ladung hier eine Zentrierung der geladenen Moleküle in der Luftströmung bewirkt, statt ihre Strömung durch das Endstück 20 zu verhindern.

Bei der in Figur 2 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine einfache, jedoch automatische Anordnung zur Überführung von geladenen Molekülen aus der Luftströmung in die Strömung aus inertem Gas; eine Verbesserung oder Abwandlung kann durch geeignete Ausbildung der Potentiale erfolgen, die an dem Endstück 20 und gewünschtenfalls an dem Stück 24 angelegt werden.

Das Endstück 20 sollte so auf Vorspannung gelegt werden, daß die Überführungsrate der geladenen Moleküle in das inerte Gas gesteigert oder geschwächt wird; die in Figur 2 gezeigte Ausbildung des Endstücks 20 kann dann möglicherweise entfallen. Auch das Stück 24 kann so auf Vorspannung gelegt werden, daß die Strömung der geladenen Moleküle durch das Rohr 9 beeinflußt wird. Normalerweise ist es erwünscht, in der Luft schwebende Teilchen, die gleichzeitig wie die geladenen Moleküle aufgesammelt werden, daran zu hindern, daß

909838/0573

2951477

sie in das inerte Gas und damit in das Plasma überführt werden. Zu einem großem Teil kann dies durch die bereits beschriebene Zentrifuge erfolgen, die eine Abscheidung bis herab zu 1Rm leisten kann; zusätzlich kann dies jedoch beeinflußt werden durch Einstellung der Luftströmung und der Strömung des inerten Gases in den Rohren 6 und 8 sowie durch geeignete Wahl der Längen der Rohre 8 und 9. Zusätzlich kann ein Teilchenkollektor in dem Rohr 9 angeordnet werden, und gewünschtenfalls kann ein Teilchenzähler in dem Rohr 9 enthalten sein, um die Effizienz der durchgeführten Messungen bei der Fernhaltung von Teilchen aus dem Rohr zu beurteilen. Ein solcher Zähler kann als Unterbrechung in dem Rohr 9 ausgebildet sein, die umgeben ist von einer Kammer, die ein inertes Gas enthält, worin ein Lichtstrahl mit einer photoelektrischen Vorrichtung zum Zählen von Teilchen verwendet wird, die den Spalt durchqueren. Zum weiteren Schutz der Plasmazone vor unerwünschten Teilchen kann eine Filteranordnung zwischem dem Rohr 9 und der Plasmazone angeordnet sein, beispielsweise ein thermostatisch geregelter Ofen, der ein gesintertes poröses Filter enthält, um jegliche Teilchen aufzusammeln, die unbeabsichtigt in das inerte Gas überführt und bis zu diesem Punkt befördert werden. Der Ofen wird beheizt, um die Adsorption der geladenen Moleküle auf den Filter zu verhindern. Dadurch wird auch der Transport der Moleküle zu dem Plasma erleichtert, und die so verursachte Vorerwärmung des Gases unterstützt den Betrieb und die Zündung des Plasmas; diese Maßnahmen sind jedoch nicht notwendig.

An der Grenzfläche zwischen der Luft und dem inerten Gas kann ein Gitter vorgesehn sein, mit einer Vorspannungseinrichtung, so daß der geladene Molekülstrom in geregelter Weise blockiert oder gebremst werden kann.

Die Erfindung beruht auf der Annahme, daß die Moleküle bzw. Molekülansammlungen geladen sind. Wenn dies zutrifft, so wandern bei guten Wetterbedingungen die Moleküle oder Ansammlungen im allgemeinen auf geradem Weg nach oben aufgrund des elektrischen Erdfeldes. Diese Annahme wird durch die Tatsache untermauert, daß unter Bedingungen, wo das elektrische Erdfeld gestört ist, z.B. bei KaIt-

909838/0573

28SU77

fronten, Seenebel und Sturm, die Erfindung nicht wirksam ausgeübt werden kann, weil die Anzahl derartiger aufzusammelnder Moleküle oder Ansammlungen beträchtlich reduziert wird.

909838/0573

Leerseite

Claims

/ ^ 3 -j j KAcI-4v5KR£

p=3

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O

KL 17-1139 P/D/rd

Denis John Carson Macourt, Artarmon, New South Wales, Australien

Vorrichtung und Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen

PATENTANSPRÜCHE

\AJ Vorrichtung zur Erforschung von Bodenschätzen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, durch Überqueren des zu erforschenden Bereichs, gekennzeichnet" durch einen Lufteinlaß (2) und eine Einrichtung (10, 13) zur Bestimmung, ob in der Luft Stoffe, die ein Lager von Bodenschätzen anzeigen, in anomalem Ausmaß in Form von von geladenen Molekülen oder geladenen Molekülansammlungen vorhanden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (2, 3) zur Konzentration der geladenen Moleküle oder Molekülansammlungen und zum Abtrennen von Fremdstoffen aus der Luft. ·
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einlaß ein Luftfahrzeug-Rohr verwendet ist, das isoliert montierte Leitelemente aus leitendem Material enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFE.« ■ D-HOOO MÜNCHEN OO · WILLROIDERSTR. 8 · TEL. (080) 64084O

§09818/0513

ORIGINAL

2S5U77

der Einlaß als Rohr ausgebildet ist, das im Inneren mit einem isolierten, konisch konvergierenden Drahtgitter versehen ist, das zu einem Rohr führt, von dem es isoliert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine stromabwärts von dem Einlaß angeordnete Zentrifuge (3).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Spektrometer (13) zur Durchführung der Bestimmung.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (6, 7, 8, 10) zur Überführung von geladenen Molekülen oder Ansammlungen aus der Luft in ein inertes Gas, wobei diese Einrichtung einen ersten Kanal (6) für die Luftleitung, durch den die im Betrieb gesammelte Luft geleitet wird, einen zweiten Kanal (8) für das inerte Gas, durch welchen im Betrieb das inerte Gas zugeführt werden kann, so daß es an einer Grenzstelle, wo eine Grenzfläche zwischen der Luft und dem inerten Gas besteht, auf die Luft trifft, und eine elektrische oder magnetische Einrichtung enthält, die bewirkt, daß die geladenen Moleküle in der Luft die Grenzfläche durchqueren und in das inerte Gas gelangen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (6, 8) derart angeordnet sind, daß im Betrieb Luft und eine Strömung aus inertem Gas an der Grenzfläche aufeinander zu strömen, und daß ein erster Vorrat (23) des inerten Gases zur Bildung der ersten Strömung und ein zweiter Vorrat aus inertem Gas, das in derselben Richtung wie die Luft ausgehend von einer Stelle stromabwärts von der Grenzfläche in der ursprünglichen Richtung der Luftströmung strömt, vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle Seite an Seite angeordnet sind und eine Öffnung dazwischen vorgesehen ist, wo die Grenzfläche sich befindet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Elektroden bzw. Spulen zur Bildung des elektrischen bzw.

2&5U77

magnetischen Feldes,
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (6) angrenzend an die Grenzfläche endet und daß wenigstens ein Teil des Kanals aus leitendem, isoliert angeordnetem Material gebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil eines Rohres (9) , da's inertes Gas von der Grenzfläche fortführt, leitend und geerdet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch cin elektrisches Gitter, dessen Potential variiert werden kann und daß in der Nähe der Grenzfläche oder an dieser angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Anordnung auf einem Fahrzeug geeignet ist.
15. Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen wie Erze und Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erforschende Bereich überquert wird und eine Bestimmung erfolgt, ob Substanzen, die ein Bodenschatzlager anzeigen, in der Atmosphäre in anomalem Ausmaß in Form von geladenen Molekülen oder geladenen Molekülansammlungen vorhanden sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung in Bezug auf Kohlenwasserstoffe vorgenommen w'ird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung in Bezug auf ein Halogen vorgenommen wird·.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen Jod ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung in Bezug auf Uran bzw. Zerfallsprodukte des Urans erfolgt.

909838/0513

285U77
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung in Bezug auf Radon erfolgt.

^ f
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einem Flugzeug durchgeführt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15*bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß Luft durch eif.u-n Einlaß eines Fahrzeuges, mit dem die Uberquerung erfolgt, aufgenommen wird, die geladenen Moleküle oder Molekülansammlungen konzentriert werden und Fremdstoffe ausgeschieden werden.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration in einem Luftfahrzeug-Rohr bzw. in einem Rohr durchgeführt wird, das mit einem isolierten, konisch konvergierenden Drahtgitter versehen ist, welches zu einem Einlaßrohr führt, das von dem Drahtgitter isoliert ist.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration und die Abscheidung in einer Zentrifuge erfolgen.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge teilchenförmige Stoffe abscheidet, die größer als 1/^m s in'd.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung durch Spektroskopie erfolgt.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß Emissionsspektroskopie angewandt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Moleküle bzw. Molekülansammlungen aus einem Luftstrom in ein inertes Gas überführt werden, in dem die Luft und das inerte Gas an einer Grenzstelle, wo eine Grenzfläche

909838/0513

285U77

dazwischen besteht, zusanunengeführt werden, wobei teilchenförmige Stoffe in der Luft durch die Grenzfläche nicht hindurch gelangen, und daß die geladenen Moleküle veranlaßt werden, durch die Grenzfläche hindurch in d^s inerifce Gas einzutreten, in dem ein elektrisches oder magnetisches Feld angelegt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft und eine erste Strömung aus inertem Gas in entgegengesetzten Richtungen zur Grenzfläche strömen, daß die Luft von der Grenzfläche fortgeleitet wird und eine zweite Strömung aus inertem Gas von der Grenzfläche ausgehend von einer Stelle, die von der Grenzfläche entfernt ist, fortströmt.
30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas und die Luft durch Kanäle strömen, die Seite an Seite angeordnet sind und zwischen denen eine Öffnung vorhanden ist, an der die Grenzfläche gebildet ist.
31". Verfahren nach Anspruch 28, 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches oder magnetisches Feld durch Elektroden bzw. Spulen erzeugt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft zur Grenzfläche durch ein Rohr befördert wird, das angrenzend an die Grenzfläche endet, und daß wenigstens ein Teil des Rohres aus isoliertem, leitenden Material ist.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß ein

Teil des das inerte Gas führenden Rohres, das von der Grenzfläche entfernt ist, leitend und geerdet ist.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Gitter, dessen Potential variiert werden kann, angrenzend an die Grenzfläche oder in dieser angeordnet ist.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung in Korrelation zur unmittelbaren Po-

909838/Ό513

285U77

sition während der überquerung gebracht wird.
36. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Moleküle aus einem Luftstrom in ein inertes Gas überführt werden, in dem die Luft und das inerte Gas an einer Grenzstelle, wo eine Grenzfläche dazwischen vorhanden ist, durch welche teilchenförmige Stoffe in der Luft nicht hindurchgelangen können, zusammengeführt werden und die geladenen Moleküle durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes veranlaßt werden, durch die Grenzfläche hindurch in das inerte Gas einzutreten.
37. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Rohr (6) zur Luftführung, durch das der Luftstrom geleitet wird, ein zweites Rohr (8) für das inerte Gas, durch welches das inerte Gas hindurchgeleitet wird, damit es auf die Luft an einer Grenzstelle trifft, wo eine Grenzfläche zwischen dem inerten Gas und der Luft vorhanden ist, und durch eine elektrische und magnetische Einrichtung, durch welche die geladenen Moleküle in der Luft veranlaßt werden, durch die Grenzfläche hindurch in das inerte Gas zu gelangen um so die geladenen Moleküle in ein inertes Gas zu überführen.

909838/0573