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Einrichtung zur Aufsuchung und Begrenzung elektrisch leitender Räume
in Räumen von abweichender Leitfähigkeit oder Dielektrizitätskonstante. Es ist bereits
bekannt, leitende Partien in nicht leitendem Gebirge, z. B. in den Sal;_#s:öl:-ken
Norddeutschlands, mit Hilfe der Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen aufzusuchen,
wobei in der Hauptsache die Eige:itümlichkeiten des geoanetrischen Strahlenganges
der elektrischen Wellen entsprechend den Regeln der geometrischen Optik für Lichtstrahlen
ausgenutzt «-erden. Ferner sind Verfahren bekannt, die die Interferenzerscheintingen
zwischen unmittelbar vom Sender zuni Iimpfänger übergehenden Wellen mit an leitenden
Flächen reflektierten, ersteren .kohärenten Wellenzügen verwerten. Alle diese Verfahren
verwerten indessen nur den geonnetrischen Strahlengang, ohne den Besonderheiten
der Ausbreitung der Strahlung Rücksicht zu tragen, welche allgemein für elektromagnetische
Wellen aus dein Huygensschen Prinzip folgen. Mit anderen Worten gehen diese `'erfahren
also zunächst allein darauf hinaus, stets mit Wellen zu arbeiten, deren Wellenlänge
klein ist gegen die Dimensionen der leitenden oder nichtleitenden Körper, deren
Begrenzung man aufsuchen will. Sobald die Wellenlänge in die Größenordnung der Dimensionen
der aufztisuehenden Körper selbst kommt, gelten die Gesetze der geometrischen Optik
für die elektromagnetischen Wellen nicht mehr, sondern man muß die Theorie (ler
Beugungserscheinung mit berücksichtigen.
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Das Auftreten von Beugungserscheinungen in diesem Falle ergibt aber
nicht nur auf der einen Seite eine Störung für die Methoden, welche wie die bisher
beschriebenen auf dein geometrischen Strahlengang oder auf Interferenzerscheinungen
beruhen, sondern sie bergen vielmehr auch sehr wertvolle Metlinden in sich, um mittels
der Theorie der Beugungserscheinungen Körper, deren Diinens,i4)-nen von der Größe
der Wellenlänge der benutzten Strahlung oder sogar kleiner sind, in nichtleitenden
Gebirgsteilen aufzusuchen und genau zu lokalisieren. Hat man z. B. in einam Kaliwerke
die Vermutung, daß sich irgendwo zwischen den Streckensystemen eine Blase voll leitender
Lauge befindet, welche nur eine geringe seitliche Ausdehnung besitzt, so daß man,
um genügende Reichweite zu erzielen, elektromagnetische Wellen von so kleiner Wellenlänge
-benutzen muß, daß diese von d; ,-Grö ßenordnu@ng der Dimensionen des vermuteten
Laugennestes werden, so würde man, wenn man den Sender auf der einer Seite des vermuteten
L augennestes anbringen würde und mit dem Empfänger in einer Strecke auf der entgegengesetzten
Seite des Laugennestes entlang ginge und fortlaufend feststellte, ob eine Strahlung
vom Sender am Empfänger anlangt, überall in dieser Strecke einen Fmpfang bekommen.
Dadurch würde der Anschein erweckt werden, als wenn das Gebiet zwischen Sender und
Empfänger frei von Laugen wäre, und es würde unter Umständen auf Grund einer solchen
Feststellung schweres Unheil über (las Werk hereinbrechen können. Konstatiert man
nun .aber beispielsweise läns -ler in der Abbildung dargestellten Strecke' nicht
nur die Tatsache, daß Empfang am Empfänger stattfindet, sondern mißt man mit Hilfe
einer Rahmenantenne längs der Strecke A-B die Richtung, aus welcher die Strahlung
kommt, so kann man aus dem System der geniessenen Strahlrichtungen die Lage, Größe
und Entfernung der abbeugenden Laugenblase I_, B vorn Sender bzw. der Strecke A-B
in folgender Weise berechnen. Man bestimmt an einer Anzahl von Punkten
a, b, c, d . . . ir, die Richtung, aus welcher die Strahlungen zu
kommen scheinen. Trägt man dann auf einem Plane in den Punkten a bis i2 die gemessenen
Richtungen, aus welchen die Strahlung an diesen Punkten kommt, ein, @so umhüllen
diese Richtungen den Körper, welcher die Strahlung abgebeugt hat. An den Punkten
f bis i wird man z. B. gar keine Strahlung mehr erhalt; n haben, da die Beugung
nach diesen Punkten strahlen nennenswerter Energie nicht mehr gelangen ließ.
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MIan kann diese Messung noch unterstützen durch die Bestimmung der
Energieverteilung längs der Strecke A-B. Die bekannte Theorie der Beugungsfransen
hinter einem gegenüber der Wellenlänge der benutzten Strahlung kleinen undurchsichtigen
Körper gibt die Beziehung der Breite der Beugungsfransen und dein Durchmesser des
abbeugenden Körpers sowie der Entfernung dieses Körp rs
von der
Fläche, auf welcher die Beugungsfransen (oder -ringe) aufgefangen werden. 1n der
das Beispiel darstellenden Abbildung sind an der dein abbeugenden Körper L, B entgegengesetzten
Richtung der Strecke A-B, längs deren die Beugungserscheinung ausgemessen wird,
die Intensitäten des abgebeugten Lichtes schematisch in Abhängigkeit von der Lage
des betreffenden Punktes auf der Strecke .1-B durch die Größe des Lotes. angegeben,
welches auf der Strecke A-B nach der von dem abbeugenden Körper L, B abgewandten
Seite errichtet und durch die Kurve begrenzt ist. Die Form dieser Kurve läßt nach
den bekannten Gesetzen der physikalischen Optik die Lage der Begrenzung des für
die elektromagnetischen Strahlen undurchsichtigen Körpers L, B bestimmen. Beide
Messungen zusammen ergänzen und kontrollieren sich in günstigster Weise.
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Ganz entsprechende Verhältnisse ergeben sich natürlich, wenn an Stelle
des Laugennestes L, B etwa eine nur nach einer Seite hin mit Laugen gefüllte spaltenförmige
Durchnässung vorhanden ist, wobei die elektromagnetische Strahlung an der freien
Kante dieses Laugenvorkommens in den Schattenraum hinter ihin abgebeugt wird. Würde
man so kurze elektromagnetische Wellen nehmen, daß ein scharfer Schatten hinter
dieser Kante entstände, so würde man die Entfernung des L-iugennestes zwischen der
Strecke, längs welcher der Empfänger verschoben wird, ohne eine Verschiebung des
Senders S nicht feststellen können, und eine solche Verschiebung des Senders ist
aus technischen Gründen umständlich und aus räumlichen Gründen oft auch gar nicht
ausführbar. Erst dadurch, daß man die Beugungserscheinungen mit berücksichtigt und
die Gesetzmäßigkeiten der abgebeugten Strahlung längs einer an der vom Sender abgewandten
Seite der Kante laufenden Strecke in einer der -oben beschriebenen entsprechenden
Weise durchführt, erhält man sogleich auch die Entfernung der abbeugenden Kante
von der Strecke, längs deren. die 'Messungen ausgeführt werden.
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Aber auch in den Fällen, wo die Reflexion von elektromagnetischen
Wellen an einer einseitig begrenzten Fläche stattfindet, läßt sich von der Seite
aus, an der die Reflexion stattfindet, aus den Gesetzmäßigkeiten der Beugung die
Lage der Begrenzung dieser Fläche festlegen, indem infolge der Beugung ein nach
allen Richtungen hin divergierendes Strahlenbündel von der die reflektierende Fläche
begrenzenden Kante auszugehen scheint. Auch hier läßt sich wiederunn aus -systematischen
Messungen über die Verteilung der Richtungen der Strahlen längs einer geeignet zu
der Kante liegenden Strecke :sowohl als auch durch Ausmessung der Intensität der
Strahlung längs einer solchen Strecke die Lage der die reflektierende Fläche begrenzenden
Kante nach bekannten Gesetzen der physilzalischen Optik berechnen.
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Es braucht in allen diesen Fällen aber der Gegenstand, welcher die
beugende Kante liefert oder als abheugender Körper dient, nicht stets ein Leiter
des elektrischen Stromes gez enüber dem sonst nichtleitenden Raume zu sein, sondern
es genügt- sogar, wenn die Dielektrizitätskonstante der Substanz, aus der der gesuchte
Körper besteht, wesentlich von derjenigen des Feldes abweicht. In.diesem Falle wird
allerdings die Intensität der abgebeugten Strahlung nach einem anderen Gesetze hinter
dem abbeugenden Körper, z. B. längs der Strecke A-B, wechseln, aber es wird, falls
sonst einfache Verhältnisse vorliegen, nach den Gesetzen der physikalischen Optik
sogar außer der Bestimmung der Lage und Begrenzung auch noch eine Bestimmung der
Dielektrizitätskon:stanten des gesuchten Körpers vorgenommen werden können, was
vielfach auch im Bergbau, z. B. bei der Aufsuchung von linsenförmigen Einlagerungen
von Kalisalzen ini Steinsalz, welche beiden Substanzen sich auch durch ihre Dielektrizitätskonstante
wesentlich unterscheiden, mit Nutzen ausgewertet werden kann. Der Empfang der Wellen
kann bei allen diesen Untersuchungen am zweckmäßigsten mit einer Rahmenantenne,
welche ihre Richtung, Intensität und eventuell sogar ihren Polarisationszustand
auszumessen gestattet, geschehen. Beschränkt man sich auf die Ausmessung der Intensitätsverteilung
längs einer Strecke nach der Art der Strecke A-B in unserem Beispiel, so kann man
sich natürlich auch mit einer gewöhnlichen linearen Antenne begnügen.