DE2851477C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erforschung von Bodenschätzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 14.

Seit einiger Zeit werden Anstrengungen zum Auffinden von Boden­ schätzen unternommen, insbesondere von Erdöllagern und Erdgaslagern, indem die zu erforschende Meeres- oder Landfläche mit einem Fahr­ zeug überquert wird, beispielsweise mit einem Flugzeug, und Teil­ chen aufgesammelt werden, die in der Atmosphäre schweben. Der Grund­ gedanke 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 auf­ treten. Es wird angenommen, daß derartige Anomalien dadurch ent­ stehen, daß die Elemente auf den Teilchen als adsorbierte Über­ züge 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 geochemischen und andere Charakteristika des Be­ reiches 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 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, konti­ nuierliches Analyseverfahren, das beispielsweise in einem Flugzeug durchgeführt werden kann, ist die Spektroskopie, beispielsweise Emissions-, Absorptions- oder Massenspektroskopie. Es ist bekannt, aufgesammelte Teilchen direkt in ein Plasma einzu­ leiten und das Spektrum des emittierten Lichtes zu untersuchen. Um das Problem der Interferenzen zwischen einzelnen schwachen Spektral­ linien, die den Überzügen zugeordnet werden, und starken, den Teil­ chen zugeordneten Linien und ferner das Problem zu lösen, daß auf­ grund der Schwankungen von Anzahl und Größe der aufgesammelten Teil­ chen eine variable thermische Last in dem Plasma auftreten kann, und da schließlich größere Teilchen das Sichtfeld stören können, wurde 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 Tech­ nik zur Untersuchung von Teilchenüberzügen nicht nur nach Kohlen­ wasserstoffen 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 Kohlen­ wasserstoff-Spektralbänder recht leicht mit den Linien von Verbin­ dungen 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 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 Unter­ suchung von Teilchenüberzügen beschränkt, und derzeit werden auf diesem Gebiet alle Anstrengungen auf die Analyse von Teilchenüber­ zügen gerichtet.

Bei den erwähnten bekannten Techniken mit spektroskopischer Analyse von Teilchenüberzügen besteht, wie sie aus der DE-OS 22 22 331 oder der US-PS-38 68 222 sowie der US-PS 39 70 428 bekannt sind, besteht das Verfahren zur Durchführung einer derartigen Überführung darin, daß die eingesammelte Luft nach Konzentration des Teilchengehaltes in einem Zyklon zu einer Vorrich­ tung 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 ur­ sprüngliche Luftströmung verläuft. Durch die zweite Strömung werden die Teilchen in die Plasmazone getragen. Während ihres Durchgangs können die Teilchen gewünschtenfalls mit einem Teilchenzähler ge­ zählt werden. Zu diesem Zweck wird das inerte Gas einem Rohr zuge­ führt, 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 verschie­ denen 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.

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 das Verfahren in die Praxis umgesetzt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen die vorgenannten Nachteile beseitigt werden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung und das Verfahren so auszubilden, daß die Bestimmung, ob in der Luft ein Bodenschatzlager anzeigende Stoffe vorhanden sind, unmittelbar am Entnahmeort der Luftprobe erfolgt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 14.

Die Vorrichtung und das Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen gehen von dem Gedanken aus, daß es nicht unbedingt er­ forderlich und sogar unerwünscht ist, in der Luft schwebende Teil­ chen zu sammeln und ihre Überzüge zu untersuchen. Vielmehr wird davon ausgegangen, daß Gründe für die Annahme bestehen, daß Mole­ küle, die ein Lager darstellen, in der Atmosphäre über dem Lager vorhanden sind und nicht an Teilchen hätten sondern wahrscheinlich ins Form von Ansammlungen von bis zu 30 Molekülen oder mehr vorliegen. Es wird nun angenommen, daß diese Moleküle bzw. Molekülansammlun­ gen 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 Mo­ leküle nicht als Überzüge auf in der Atmosphäre befindlichen Teil­ chen vorhanden sind, beispielsweise Staub- oder Salzteilchen, es wird jedoch angenommen, daß sie auch losgelöst vorhanden sind. Ferner wird angenommen, daß zumindest bei Kohlenwasserstofflagern die Mo­ leküle oder Molekülansammlungen negativ geladen sind. Die Gründe hierfür sind unbekannt, es ist jedoch möglich, daß beim Zerfall des Urans in dem Lager α-Teilchen Moleküle ionisieren, die im Laufe ihrer Bewegung Gruppen oder Ansammlungen bilden, die negativ ge­ laden sind. Diese gelangen als negative Ionen zur Erdoberfläche und durch diese hindurch.

Das Verfahren zur Erforschung von Boden­ schätzen durch überqueren eines zu erforschenden Gebietes ist dadurch gekennzeichnet, daß bestimmt wird, ob Substanzen, die ein Bodenschatzlager angeben, in anomalem Ausmaß in der Atmos­ phäre in Form von geladenen Molekülen oder geladenen Molekülan­ sammlungen vorhanden sind.

Insbesondere können die Vorrichtung und das Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 14 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 Zer­ fallsprodukt des Urans, insbesondere gasförmiges Radon. Die Erfor­ schung wird vorzugsweise in einem Flugzeug durchgeführt, und die Detektion wird vorzugsweise mittels Spektroskopie durchgeführt, vor­ zugsweise Emissionsspektroskopie, und dies geschieht vorzugsweise in einem Flugzeug, so daß eine kontinuierliche Überwachung ermöglicht wird.

Bei 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 Luftfahr­ zeug-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 µm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zwar zumindest ein Luftfahrzeug-Rohr oder eine Zentrifuge verwendet, unter manchen Umständen ist jedoch keine dieser Einrichtungen unbedingt erforder­ lich. Die Luft kann zur späteren Analyse gespeichert werden; da aber Radon recht schnell zerfällt (es besitzt eine Halbwertszeit von etwa 3,7 Tagen), werden gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Mo­ leküle sofort analysiert, vorzugsweise durch spektroskopische Ana­ lyse. 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 bei der Analyse von Teilchenüberzügen erfolgte. Da jedoch ange­ nommen wird, daß die Ladungen relativ schnell abgeführt werden, sind die erhaltenen Ergebnisse charakteristisch für den unmittel­ baren 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.

Gemäß der Erfindung werden also die geladenen Moleküle aus der Luft, mit der sie aufgesammelt werden, in ein inertes Gas über­ führt, indem die Luft und das inerte Gas an einer Grenzstelle zu­ sammengeführt werden, wo eine Grenzfläche zwischen der Luft und dem inerten Gas besteht, und indem die geladenen Moleküle veran­ laßt werden, die Grenzfläche zu durchstoßen und in das inerte Gas hinein zu gelangen, indem elektrische oder magnetische Felder ange­ legt werden.

Die Luft wird aus dem Bereich der Grenzfläche fortgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 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 Sperre zu durch­ queren, um von der zweiten Strömung in eine Plasmazone befördert zu werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält ein erstes Rohr zur Luftführung, durch 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 Mo­ leküle 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 stromab­ wärts 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 fortlaufen. 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 oszillierenden Magnetfeldern vorgesehen sein, oder es werden Elek­ troden 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 ver­ wenden, 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 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 iner­ te Gas geschleudert zu werden, statt weiter in der Luftströmung mit­ geführt zu werden. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist ein Teil des Rohres für das inerte Gas, das von der Sperre ent­ fernt ist, ebenfalls aus leitendem Material und ist vorzugsweise geerdet, z. B. mit dem Aufbau, wenn ein Flugzeug verwendet wird.

Durch die Vorrichtung und durch das Verfahren wird erreicht, daß nur Moleküle oder Molekül­ ansammlungen, die auf natürliche Weise ionisiert sind, die anschei­ nend auf natürliche Weise aufgeladen wurden, hauptsächlich einge­ fangen werden.

In einer weiteren Ausführungsform 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 ano­ malem 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 ein 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 dem inerten Gas vor­ handen 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 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 ge­ leitet wird, mit einem zweiten Rohr für inertes Gas, durch welches das inerte Gas zugeführt werden kann, um mit der Luft an einer Grenz­ 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 spektrosko­ pischen 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 An­ ordnungen wurden bereits vorgeschlagen, gemäß einem besonderen Merk­ mal der Erfindung wird jedoch weiter vorgeschlagen, daß die Leit­ elemente leitend sind, jedoch isoliert eingebaut sind. Eine durch Reibung erzeugte negative Ladung auf den Leitelementen bewirkt da­ her eine Konzentration der geladenen Moleküle in der Mitte des Ein­ lasses, besonders wenn die Vorrichtung ein geerdetes Element strom­ abwärts 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 Molekül­ ansammlungen, jedoch keine großen 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 engen Auslaß für die leichten Fraktionen des Zyklons ausgestoßen. Es kann auch eine Kaskade von Zyklonen verwendet werden.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Auf­ sammeln von Luft und zur Durchführung einer Spektrometrie an Mole­ külen und Ionen, die darin mitgeführt werden; und

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

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung kann in einem Flugzeug ange­ ordnet 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 auszu­ stoßen. 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, daß einer Einlaßkammer 10 durch ein Rohr mit einem Ventil 11 zuge­ führt wird und in der Einlaßkammer 10 in Rohre 8 und 9 eintritt. Das inerte Gas strömt in dem Rohr 8 in Gegenrichtung zur Luftströmung und bildet eine Sperre damit in dem Rohr 8, und die in ihrer ursprünglichen Strömungsrichtung angehaltene Luft wird aus der Vorrichtung 7 durch ein Gebläse 5 ausgestoßen. Geladene Moleküle aus der Luft können je­ doch die Sperre aus inertem Gas aufgrund einer elektrischen oder ma­ gnetischen Einrichtung durchqueren und treten in das Rohr 9 ein, wo eine Strömung aus inertem Gas in derselben Richtung wie die ursprüng­ liche 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 Monochromator 17 beobachtet werden kann. Das Aus­ gangsergebnis wird verarbeitet und in einer elektronischen Vor­ richtung 18 aufgezeichnet, die mit einem Navigationssystem 19 ver­ bunden ist, so daß das Ausgangsergebnis des Spektrometers bzw. Mono­ chromators 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 Mikro­ wellenplasma 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 durch­ queren 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 elektro­ statische Anordnung verwendet werden. Fig. 2 zeigt eine detaillier­ te Ansicht eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1; dort ist eine derartige elektrostatische Anordnung gezeigt.

Bei der Anordnung nach Fig. 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 Fig. 1 gezeigten Gebläse 5 führt. Das Endstück 20, das Rohr 8 und das Rohr 9 sind zueinander ausgerichtet, 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 Teil 24 des Rohres 9, das elektrisch mit einem Massepunkt geerdet ist. Das Endstück 20 und das Teil 24 sind die einzigen Teile der hier gezeigten Vor­ richtung, die aus leitendem Material sein müssen. 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 des inerten Gases in derselben Richtung wie die ursprüngliche Luftströmung, so daß diejenigen geladenen Moleküle, die die Sperre zwischen der Luft und dem inerten Gas durchqueren, zu den darauf­ folgenden Stufen befördert werden. Durch die Luftströmung über das Endstück 20 und die Ummantelung 27 werden diese negativ durch Rei­ bung aufgeladen, und die am Endstück 20 entstandenen Ladungen wan­ dern größtenteils zu einem Punkt 21, der so scharf wie möglich ausgebildet ist. Wenn also die geladenen Moleküle durch die Luft­ strömung bis zu dem Punkt 21 befördert werden, so bewirkt die La­ dung an diesem Punkt, daß sie auf ihrem Weg fortschreiten, trotz der Umkehrung der Luftströmung. Dieser Effekt wird durch das lei­ tende Teil 24 verstärkt, weshalb ein starkes elektrisches Feld zwischen den Teilen 20 und 24 besteht, das die geladenen Moleküle nicht durchqueren können. Die geladenen Moleküle durchstoßen al­ so 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 Fig. 2 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine einfache, jedoch automatisch arbeitende 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 Teil 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 Fig. 2 gezeigte Ausbildung des End­ stücks 20 kann dann möglicherweise entfallen. Auch das Teil 24 kann so auf Vorspannung gelegt werden, daß die Strömung der gela­ denen 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 sie in das inerte Gas und damit in das Plasma überführt werden. Zu einem großem Teil kann dies durch die bereits beschriebene Zen­ trifuge erfolgen, die eine Abscheidung bis herab zu 1 µm leisten kann; zusätzlich kann dies jedoch beeinflußt werden durch Ein­ stellung 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 ange­ ordnet 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, wo­ rin 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 zwischen dem Rohr 9 und der Plasmazone angeordnet sein, beispielsweise ein thermostatisch geregelter Ofen, der ein gesintertes poröses Filter enthält, um jegliche Teilchen auf zu­ sammeln, die unbeabsichtigt in das inerte Gas überführt und bis zu diesem Punkt befördert werden. Der Ofen wird beheizt, um die Ad­ sorption der geladenen Moleküle auf den Filter zu verhindern. Da­ durch wird auch der Transport der Moleküle zu dem Plasma erleichtert, und die so verursachte Vorerwärmung des Gases unterstützt den Be­ trieb und die Zündung des Plasmas; diese Maßnahmen sind jedoch nicht notwendig.

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

Die Vorrichtung und das Verfahren zur Erforschung von Boden­ schätzen beruhen auf der Annahme, daß die Moleküle bzw. Mole­ külansammlungen 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 Be­ dingungen, wo das elektrische Erdfeld gestört ist, z. B. bei Kalt­ fronten, Seenebel und Sturm, die Erfindung nicht wirksam ausgeübt werden kann, weil die Anzahl derartiger aufzusammelnder Moleküle oder Ansammlungen beträchtlich reduziert wird.

Claims (31)

1. Vorrichtung zur Erforschung von Bodenschätzen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, durch Überqueren des zu erforschenden Bereichs, mit

• - einem Lufteinlaß (2),
• - einer ersten Einrichtung (3) zum Abtrennen von schweren Fremdstoffen aus der Luft, wobei in dieser Einrichtung (3) die Ladung von auf natürliche Weise geladenen, leichten, nicht als Fremdstoffe aus der Luft abge­ trennten, die Bodenschätze anzeigenden Molekülen in der Luft nicht verändert wird,
• - einer zweiten Einrichtung (6-10) zum anschließenden Abtren­ nen dieser auf natürliche Weise geladenen Moleküle aus der Luft und zum Überführen derselben in einen Strom aus inertem Gas,
• - einer dritten Einrichtung (17) zur anschließenden Analyse dieser aus der Luft abgetrennten und in den Strom aus inertem Gas überführten, auf natürliche Weise geladenen Moleküle,
• - einer vierten Einrichtung (18) zur Feststellung des Vorhan­ denseins eines Lagers von Bodenschätzen anhand der mittels der dritten Einrichtung (17) bestimmten Menge der auf natürliche Weise geladenen Moleküle.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß (2) als eine Ein­ richtung zur Konzentration der auf natürliche Weise geladenen Moleküle ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lufteinlaß (2) ein Luftfahrzeug- Rohr verwendet ist, das isoliert montierte Leitelemente aus leitendem Material enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß (2) als Rohr ausge­ bildet ist, das im Inneren mit einem isolierten, konisch kon­ vergierenden Drahtgitter versehen ist, das zu einem Rohr führt, von dem es isoliert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (3) als Zyklon (3) ausgebildet ist, welches stromabwärts vom Lufteinlaß (2) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Spektrometer (13) zur Durchführung der Analyse.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6-10) zur Über­ führung von auf natürliche Weise geladenen Molekülen in ein inertes Gas ein erstes Rohr (6), durch das die im Betrieb ge­ sammelte Luft geleitet wird, ein zweites Rohr (8), durch welches 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 ge­ ladenen Moleküle in der Luft die Grenzfläche durchqueren und in das inerte Gas gelangen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Rohr (6, 8) derart angeordnet sind, daß im Betrieb Luft und eine erste Strömung aus inertem Gas an der Grenzfläche in entgegengesetzter Richtung aufeinander zuströmen, wobei ein Einlaßkanal (23) zur Bildung der ersten Strömung und eine Rohrleitung (9) für das inerte Gas vorgesehen sind, so daß dieses in der ursprünglichen Richtung der Luft­ strömung ausgehend von einer Stelle stromabwärts von der Grenz­ fläche abströmt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Rohr (6, 8) Seite an Seite angeordnet sind und zwischen ihnen eine Öffnung vorgesehen ist, an der die Grenzfläche gebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Elektroden oder Spulen zur Bildung des elektrischen oder magnetischen Feldes.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (6) angrenzend an die Grenzfläche endet und daß wenigstens ein Endstück (20) des ersten Roh­ res (6) aus leitendem und gegenüber den anderen Teilen isoliert an­ geordnetem Material gebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil (24) der Roh­ rleitung (9), die inertes Gas von der Grenzfläche fortführt, leitend und geerdet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch ein elektrisches Gitter, dessen Potential variiert werden kann und das in der Nähe der Grenzfläche oder an dieser angeordnet ist.

14. Verfahren zur Erforschung von Bodenschätzen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, durch Überqueren des zu erforschenden Bereichs, wobei Luftproben über einen Lufteinlaß (2) gesammelt werden, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

• - Abtrennen von schweren Fremdstoffen aus der Luft durch eine erste Einrichtung (3), wobei die Ladung von auf natürliche Weise geladenen, leichten, nicht als Fremdstoffe aus der Luft abgetrennten, die Bodenschätze an­ zeigenden Moleküle in der Luft nicht verändert wird,
• - Abtrennen dieser auf natürliche Weise geladenen Moleküle aus der Luft und Überführen derselben in einen Strom aus inertem Gas in einer zweiten Einrichtung (6-10),
• - Analyse dieser aus der Luft abgetrennten und in den Strom aus inertem Gas überführten, auf natürliche Weise geladenen Mole­ küle in einer dritten Einrichtung (17),
• - Feststellung des Vorhandenseins eines Lagers von Bodenschätzen anhand der mittels der dritten Einrichtung (17) bestimmten Menge der auf natürliche Weise geladenen Moleküle in einer vierten Einrichtung (18).

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse in Bezug auf ein Halogen vorgenommen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen Jod ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse in Bezug auf Uran oder Zerfallsprodukte des Urans erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse in Bezug auf Radon er­ folgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Flugzeug durchgeführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß (2) an einem Fahrzeug angeordnet ist, mit dem die Überquerung erfolgt, und daß durch den Lufteinlaß (2) die auf natürliche Weise geladenen Moleküle konzentriert werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der auf natürliche Weise geladenen Moleküle in einem Rohr durchgeführt wird, das mit einem isolierten, konisch konvergierenden Drahtgitter ver­ sehen ist, welches zu einem Einlaßrohr führt, das von dem Drahtgitter isoliert ist.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Einrichtung (3) ein Zyklon (3) ver­ wendet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Zyklon (3) teilchenförmige Stoffe abscheidet, die größer als 1 µm sind.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse durch Spektroskopie er­ folgt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß Emissionsspektroskopie angewandt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die auf natürliche Weise geladenen Moleküle aus einem Luftstrom in ein inertes Gas überführt wer­ den, indem die Luft in das inerte Gas an einer Grenzstelle, wo eine Grenzfläche zwischen der Luft und dem inerten Gas besteht, zusammengeführt werden, wobei teilchenförmige Stoffe in der Luft durch die Grenzfläche nicht hindurch gelangen, und daß die auf natürliche Weise geladenen Moleküle durch Anlegen eines elek­ trischen oder magnetischen Feldes veranlaßt werden, durch die Grenzfläche hindurch in das inerte Gas einzutreten.

27. Verfahren nach Anspruch 26, 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, aus­ gehend von einer Stelle, die von der Grenzfläche entfernt ist, fortströmt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas und die Luft durch ein erstes und ein zweites Rohr (6, 8) strömen, die Seite an Seite angeordnet sind und zwischen denen eine Öffnung vorhanden ist, an der die Grenz­ fläche gebildet ist.

29. Verfahren nach Anspruch 26, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische oder magnetische Feld durch Elektroden oder Spulen erzeugt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft zur Grenzfläche durch ein erstes Rohr (6) befördert wird, das angrenzend an die Grenzfläche endet, und daß wenigstens ein Endstück (20) des ersten Rohres (6) aus leitendem und gegenüber den anderen Teilen isoliertem Material gebildet ist.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse in Korrelation zur un­ mittelbaren Position während der Überquerung gebracht wird.