Сверхвысокие частоты и их применение

Сверхвыс о кие част о ты (СВЧ)- область радиочастот от 300 Мгц до 300 Ггц, охватывающая дециметровые волны, сантиметровые волны и миллиметровые волны. Микроволны являются одной из форм электромагнитной энергии, как и световые волны или радиоволны. Это очень короткие электромагнитные волны, которые перемещаются со скоростью света (299,79 км в секунду). Классификация электромагнитных волн представлена на рис 1.

Рисунок 1. Классификация электромагнитных волн

Микроволновое излучение используется для СВЧ-радиолокации. Суть радиолокации в том, что в пространство испускаются короткие, интенсивные импульсы СВЧ-излучения, а затем регистрируется часть этого излучения, вернувшаяся от искомого удаленного объекта - морского судна или самолета.

Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами ок. 50 км. Параболические или рупорные антенны, смонтированные на башнях, принимают и передают дальше СВЧ-сигналы. На каждой станции перед ретрансляцией сигнал усиливается электронным усилителем. Поскольку СВЧ-излучение допускает узконаправленные прием и передачу, для передачи не требуется больших затрат электроэнергии. Электронное устройство, называемое активно-ретрансляционным ИСЗ, принимает, усиливает и ретранслирует СВЧ-сигналы, передаваемые наземными станциями.

СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности. Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т.н. микроволновых или СВЧ-печах, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

СВЧ-излучение сыграло важную роль в исследованиях электронных свойств твердых тел. Когда такое тело оказывается в магнитном поле, свободные электроны в нем начинают вращаться вокруг магнитных силовых линий в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Частота вращения, называемая циклотронной, прямо пропорциональна напряженности магнитного поля и обратно пропорциональна эффективной массе электрона. Если на твердое тело, находящееся в магнитном поле, падает излучение СВЧ-диапазона, то это излучение сильно поглощается, когда его частота равна циклотронной частоте электрона. Данное явление называется циклотронным резонансом; оно позволяет измерить эффективную массу электрона. Такие измерения дали много ценной информации об электронных свойствах полупроводников, металлов и металлоидов.

Предлагается использование мощного микроволнового излучение для прогрева и очистки призабойной зоны, а также для расплавления газогидратных и парафиновых пробок в скважинах с целью повышения нефтеотдачи, повышения извлечения газового конденсата и увеличения производительности скважин. Кроме того, возможно использование этих устройств для борьбы подобными явлениями в системе газопроводов, особенно в пиковые периоды (например, при очень низких температурах зимой или очень высоких - летом).

Передавать СВЧ излучение внутри скважины или газопровода, как по волноводу, можно почти без потерь на расстояния до нескольких км. При этом параметры системы подбираются таким образом, чтобы выделение энергии для нагрева самопроизвольно осуществлялось непосредственно в объеме менее радиационно-прозрачной фазы, а именно - в пробках гидратов и парафинов (твердая фаза) или в скоплениях воды и газового конденсата (жидкая фаза), например, в призабойной зоне. Такое целенаправленное дистанционное нагревание приведет к разрушению газовых гидратов и парафиновых пробок и к очистке скважины или газопроводов именно в тех местах, где возникли препятствия. В случае применения устройства на газовых месторождениях, возможно использование одного мощного СВЧ излучателя для группы скважин.

Из-за высокой вязкости некоторых видов нефти (или при низких температурах эксплуатации) возникают сложности с ее добычей из скважин, перекачкой по локальным трубопроводам малого диаметра, а также с перегрузкой в цистерны и из них: низкая скорость заполнения, малая производительность, задержка составов и т.п.

Предлагается с помощью СВЧ излучения прогревать весь объем нефти, содержащийся в скважине, локальном трубопроводе или рукаве, подсоединенном к цистерне. При нагревании вязкость нефти будет уменьшаться, а скорость ее переливания – увеличиваться. Микроволновый нагрев относительно небольшой массы нефти (до нескольких тонн) не потребует использования очень мощного оборудования и будет сравнительно недорог. Излучение, при этом, будет распространяться внутри скважины или рукава, как по волноводу, следуя за его изгибами. Такой нагрев будет очень эффективен, т.к. СВЧ излучение действует одновременно на весь облучаемый объем и имеет большой КПД, а нефть обладает высокой поглощающей способностью в микроволновой области.

Дата добавления: 2014-11-08