The 22 reference contexts in paper N. Poklonski A., S. Vyrko A., O. Poklonskaya N., N. Gorbachuk I., A. Siahlo I., Н. Поклонский А., С. Вырко А., О. Поклонская Н., Н. Горбачук И., А. Сягло И. (2015) “МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НЕБОЛЬШИХ ОБРАЗЦОВ КАМЕННОГО УГЛЯ ПО ИХ ВЛИЯНИЮ НА СИГНАЛ СПИН-МЕТКИ В РЕЗОНАТОРЕ РАДИОСПЕКТРОМЕТРА // TECHNIQUE OF ESTIMATE OF CONDUCTIVITY OF SMALL COAL SAMPLES BY THEIR INFLUENCE ON SIGNAL OF SPIN-LABEL IN RESONATOR OF ESR SPECTROMETER” / spz:neicon:pimi:y:2014:i:2:p:53-59

  1. Start
    1335
    Prefix
    Введение Для каменных углей характерна неоднородность как химического состава, так и структуры (строения), вследствие чего их свойства исследованы и интерпретированы далеко не в пределах желаемого (см., например,
    Exact
    [1–4]
    Suffix
    ). Возможно, что одной из причин, обусловливающих процесс неуправляемого диспергирования пластов каменных углей при их добыче, является изменение их микротвердости и электрической проводимости (особенно для углей, достигших в процессе метаморфизма границы фазового перехода «изолятор» – «электронный проводник» [5]).
    (check this in PDF content)

  2. Start
    1670
    Prefix
    Возможно, что одной из причин, обусловливающих процесс неуправляемого диспергирования пластов каменных углей при их добыче, является изменение их микротвердости и электрической проводимости (особенно для углей, достигших в процессе метаморфизма границы фазового перехода «изолятор» – «электронный проводник»
    Exact
    [5]
    Suffix
    ). В связи с этим актуально исследование взаимосвязи электрических и механических свойств каменных углей – пористых природных материалов (см., например, [2]). В литературе обсуждаются методы оценки СВЧ электропроводности образцов при регистрации ЭСР и образцов, и спин меток.
    (check this in PDF content)

  3. Start
    1826
    Prefix
    пластов каменных углей при их добыче, является изменение их микротвердости и электрической проводимости (особенно для углей, достигших в процессе метаморфизма границы фазового перехода «изолятор» – «электронный проводник» [5]). В связи с этим актуально исследование взаимосвязи электрических и механических свойств каменных углей – пористых природных материалов (см., например,
    Exact
    [2]
    Suffix
    ). В литературе обсуждаются методы оценки СВЧ электропроводности образцов при регистрации ЭСР и образцов, и спин меток. Так, в работе [6] развита теория Дайсона спинового резонанса электронов проводимости и предложен метод расчета СВЧ электропроводности плоского образца из отношения A/B (амплитуды A низкополевого крыла линии ЭСР к амплитуде B высокополевого крыла), когда толщина о
    (check this in PDF content)

  4. Start
    1969
    Prefix
    В связи с этим актуально исследование взаимосвязи электрических и механических свойств каменных углей – пористых природных материалов (см., например, [2]). В литературе обсуждаются методы оценки СВЧ электропроводности образцов при регистрации ЭСР и образцов, и спин меток. Так, в работе
    Exact
    [6]
    Suffix
    развита теория Дайсона спинового резонанса электронов проводимости и предложен метод расчета СВЧ электропроводности плоского образца из отношения A/B (амплитуды A низкополевого крыла линии ЭСР к амплитуде B высокополевого крыла), когда толщина образца меньше или примерно равна толщине скин-слоя.
    (check this in PDF content)

  5. Start
    2285
    Prefix
    Так, в работе [6] развита теория Дайсона спинового резонанса электронов проводимости и предложен метод расчета СВЧ электропроводности плоского образца из отношения A/B (амплитуды A низкополевого крыла линии ЭСР к амплитуде B высокополевого крыла), когда толщина образца меньше или примерно равна толщине скин-слоя. В работе
    Exact
    [7]
    Suffix
    оценена СВЧ проводимость тонких полупроводниковых слоев путем измерений асимметрии (A/B) линии ЭСР примесей в изолирующей (рубиновой) подложке, вызванной расположенным на ее поверхности полупроводниковым слоем.
    (check this in PDF content)

  6. Start
    2659
    Prefix
    В работе [7] оценена СВЧ проводимость тонких полупроводниковых слоев путем измерений асимметрии (A/B) линии ЭСР примесей в изолирующей (рубиновой) подложке, вызванной расположенным на ее поверхности полупроводниковым слоем. Диэлектрический материал, помещенный в резонатор, изменяет как амплитуду, так и фазу микроволнового (СВЧ) поля внутри резонатора. Так, в работе
    Exact
    [8]
    Suffix
    исследовано влияние сферического сосуда, заполненного диэлектрической жидкостью (смесью воды с этанолом). Установлено значительное различие в интенсивности и фазе сигнала спин-метки при размещении ее внутри и вне диэлектрической сферы.
    (check this in PDF content)

  7. Start
    2999
    Prefix
    Так, в работе [8] исследовано влияние сферического сосуда, заполненного диэлектрической жидкостью (смесью воды с этанолом). Установлено значительное различие в интенсивности и фазе сигнала спин-метки при размещении ее внутри и вне диэлектрической сферы. В работе
    Exact
    [9]
    Suffix
    радиоволновым методом проведена оценка проводимости эпитаксиальных полупроводниковых слоев, выращенных на диэлектрических или проводящих подложках. (Оценивалась добротность ограниченной секции волновода, выступающей в качестве резонатора, с помещенным внутрь образцом и без образца.
    (check this in PDF content)

  8. Start
    3546
    Prefix
    (Оценивалась добротность ограниченной секции волновода, выступающей в качестве резонатора, с помещенным внутрь образцом и без образца.) Недавно предложена и создана установка с отражательным СВЧ-резонатором типа H101, позволяющая оценивать электрические параметры небольших (диаметром ≤5 мм) металлических и стеклянных шариков при их свободном пролете через резонатор
    Exact
    [10]
    Suffix
    . В работе [11] исследованы парамагнетизм и электропроводность на переменном токе образцов композита сажа–полиэтилен. Показано, что асимметрия линии ЭСР отражает появление в образцах композита перколяционного кластера из частиц сажи (после перехода композита из «изолирующего» в «проводящее» состояние).
    (check this in PDF content)

  9. Start
    3560
    Prefix
    добротность ограниченной секции волновода, выступающей в качестве резонатора, с помещенным внутрь образцом и без образца.) Недавно предложена и создана установка с отражательным СВЧ-резонатором типа H101, позволяющая оценивать электрические параметры небольших (диаметром ≤5 мм) металлических и стеклянных шариков при их свободном пролете через резонатор [10]. В работе
    Exact
    [11]
    Suffix
    исследованы парамагнетизм и электропроводность на переменном токе образцов композита сажа–полиэтилен. Показано, что асимметрия линии ЭСР отражает появление в образцах композита перколяционного кластера из частиц сажи (после перехода композита из «изолирующего» в «проводящее» состояние).
    (check this in PDF content)

  10. Start
    3931
    Prefix
    Показано, что асимметрия линии ЭСР отражает появление в образцах композита перколяционного кластера из частиц сажи (после перехода композита из «изолирующего» в «проводящее» состояние). Методом стационарного ЭСР при комнатной температуре исследованы
    Exact
    [12]
    Suffix
    образцы каменного угля (с массовым содержанием углерода ≈89 %) в виде штуфа (куска) и порошка. Обнаружено инвертирование синфазного (с модуляцией постоянного магнитного поля) сигнала ЭСР при увеличении размера штуфа (массой до 30 мг) вдоль магнитной компоненты микроволнового поля в резонаторе радиоспектрометра.
    (check this in PDF content)

  11. Start
    4564
    Prefix
    Итак, для ископаемых (каменных) углей актуальна разработка способов прогнозирования развития в них опасных для горных работ явлений, включающих взаимосвязь между переносом зарядов и спинов (магнитных моментов), которая может стимулировать деградационные процессы в пласте (горной породе)
    Exact
    [3]
    Suffix
    . Цель работы – установить зависимость сигнала электронного спинового резонанса эталона (спин-метки) от массы образцов каменного угля и оценить величину их СВЧ электрической проводимости.
    (check this in PDF content)

  12. Start
    5062
    Prefix
    Из глыбы каменного угля выделены случайным образом десятки образцов в виде штуфов (кусков) с различной массой. Масса m каждого образца угля определялась на аналитических весах (точность ±0,2 мг). Согласно работе
    Exact
    [12]
    Suffix
    , содержание углерода в исследуемых углях составляет ≈89 мас.%. Регистрация сигналов ЭСР спин-метки и каменного угля выполнялась (по схеме на рисунке 1) на радиоспектрометре Radio PAN SE/X 2543, работающем в X-диапазоне (f ≈ 9,31 ГГц) при синусоидальной модуляции (с амплитудой 0,1 мТл) постоянного поляризующего магнитного поля.
    (check this in PDF content)

  13. Start
    6995
    Prefix
    Для контроля добротности резонатора, настройки фазы модуляции магнитного поля и калибровки сверхвысокочастотного электромагнитного излучения в H102-резонаторе использовался кристалл рубина, приклеенный к внутренней стенке резонатора (применялся клей, не дающий сигнала ЭСР)
    Exact
    [13]
    Suffix
    . Образцы угля помещались внутрь тонкостенной кварцевой ампулы с внешним диаметром 5 мм и размещались в центре резонатора (в пучности магнитной компоненты СВЧ поля H1). Регистрировался синфазный сигнал (фаза опорного (модулирующего) сигнала и фаза сигнала ЭСР на выходе синхронного детектора совпадают).
    (check this in PDF content)

  14. Start
    7528
    Prefix
    Использовался стандартный режим регистрации спектров ЭСР с автоподстройкой частоты клистрона по измерительному H102-резонатору. Выбор режимов регистрации ЭСР определялся известными (см., например,
    Exact
    [14]
    Suffix
    ) требованиями неискаженной регистрации первой производной сигнала резонансного поглощения по магнитной индукции внешнего магнитного поля. Частота электромагнитного излучения в резонаторе измерялась частотомером ЧЗ-54 с приставкой ЯЗЧ-46.
    (check this in PDF content)

  15. Start
    10296
    Prefix
    Зависимости нормированы на амплитуду Ary(0) и ширину ΔBpp(0) сигнала рубина в отсутствие образца угля Моделирование нерезонансного поглощения СВЧ излучения в углях Распределение напряженностей магнитной H1 и электрической E1 компонент электромагнитного поля в пустом прямоугольном резонаторе H102 в декартовой системе координат (рисунок 4) описываются так (см., например,
    Exact
    [15]
    Suffix
    ): ZXXZ X L z L x LL H H    2 sincos 1(2)2 0 1, XZXZ Z L z L x LL H H     2 cossin 1(2)2 0 1, XZ Y L z L x EH     2 0sinsin 0 0 1, H1Y = 0, E1X = E1Z = 0, (1) где ε0 = 8,85 пФ/м и μ0 = 1,25 мкГн/м – электрическая и магнитная постоянные.
    (check this in PDF content)

  16. Start
    11178
    Prefix
    Отношение амплитуды сигнала рубина Ary(m) для резонатора с образцом массой m к амплитуде сигнала рубина Ary(0) в отсутствие образца в ампуле при постоянной величине ΔBpp определяется следующим образом (см., например,
    Exact
    [15]
    Suffix
    ): ryqryqs ryqs ry ry QQQ QQ A Am      1 ()1 (0) ()111 , (2) где Qryq – добротность H102-резонатора с кристаллом рубина (ry) на стенке и кварцевой ампулой (q), вставленной в центр резонатора, Qs – добротность, определяемая электрическими потерями СВЧ-волны в штуфе угля объемом Vs, размещенного в центре H102-резонатора объемом Vr.
    (check this in PDF content)

  17. Start
    11519
    Prefix
    образом (см., например, [15]): ryqryqs ryqs ry ry QQQ QQ A Am      1 ()1 (0) ()111 , (2) где Qryq – добротность H102-резонатора с кристаллом рубина (ry) на стенке и кварцевой ампулой (q), вставленной в центр резонатора, Qs – добротность, определяемая электрическими потерями СВЧ-волны в штуфе угля объемом Vs, размещенного в центре H102-резонатора объемом Vr. Следуя
    Exact
    [15]
    Suffix
    , имеем:       r s rV V szyxH Exyz Qddd ddd 1 2 01 2 1 2 1 (3)        444 () 2 00 2 0 2 1 2 01 2 000 2 1 VH HVJ VH HVJ rr ss rrr ss rr ss V VJ    0 2 1, где ωr/2π ≈ 9,3 ГГц – частота СВЧ излучения, при которой наблюдается сигнал ЭСР рубина; ζ < 1 – коэффициент ослабления электрической компоненты СВЧ поля E1 внутри образца конечных размеров, за
    (check this in PDF content)

  18. Start
    11890
    Prefix
    ddd 1 2 01 2 1 2 1 (3)        444 () 2 00 2 0 2 1 2 01 2 000 2 1 VH HVJ VH HVJ rr ss rrr ss rr ss V VJ    0 2 1, где ωr/2π ≈ 9,3 ГГц – частота СВЧ излучения, при которой наблюдается сигнал ЭСР рубина; ζ < 1 – коэффициент ослабления электрической компоненты СВЧ поля E1 внутри образца конечных размеров, зависящий от его формы; для шара (см., например,
    Exact
    [16]
    Suffix
    ): ζ = 3/(l  2). В формуле (3) введено обозначение xyz L z L x V J sVsZX sddd 2 sinsin 422    , (4) где интегрирование проводится по объему Vs образца, размещенного в центре H102-резонатора (x = LX/2, y = LY/2, z = LZ/2) объемом Vr = LXLYLZ ≈ 10 см3.
    (check this in PDF content)

  19. Start
    12260
    Prefix
    В формуле (3) введено обозначение xyz L z L x V J sVsZX sddd 2 sinsin 422    , (4) где интегрирование проводится по объему Vs образца, размещенного в центре H102-резонатора (x = LX/2, y = LY/2, z = LZ/2) объемом Vr = LXLYLZ ≈ 10 см3. Полная относительная диэлектрическая проницаемость угля εt/ε0 = ε' + iε'' на угловой частоте ω обусловлена (см., например,
    Exact
    [17]
    Suffix
    ) «локализованными» (εl = ε1 + iε2) и «свободными» а б Рисунок 4 – а – Прямоугольный H102-резонатор: LX = 2,25 см, LY = 1,0 см, LZ = 4,5 см. б – Размещение кварцевой ампулы (q) с образцом (s) в центре резонатора и кристалла рубина (ry) на стенке резонатора.
    (check this in PDF content)

  20. Start
    12901
    Prefix
    Показаны отверстие связи (w) резонатора с СВЧ-трактом, а также электрическая (E1) и магнитная (H1) компоненты СВЧ поля в xz-плоскости при y = LY/2 электронами (iσac/ω, где σac = σ1 + iσ2) и записывается в виде: εt = εlε0 + iσac/ω. Диэлектрическая проницаемость и электропроводность угля (при ω ≈ ωr) соотносятся так
    Exact
    [18, 19]
    Suffix
    : εt/ε0 = ε' + iε'' = ε1 + iε2 + i(σ1 + iσ2)/(ε0ω), ε' = ε1 – σ2/(ωε0), ε'' = ε2 + σ1/(ωε0), ε' ≈ ε1, ε'' ≈ σ1/(ωε0). (5) Рассмотрим нерезонансное поглощение СВЧ излучения в образце угля в форме параллелепипеда с ребрами длиной lX, lY, lZ вдоль осей x, y, z, т. е. объем образца Vs = lXlYlZ.
    (check this in PDF content)

  21. Start
    14391
    Prefix
    Отметим, что для неискаженной регистрации ЭСР образцов каменных углей в форме параллелепипеда обычно их линейные размеры выбираются в пределах: h/LX ≤ 0,35, b/LZ ≤ 0,15. Полагая добротность резонатора с рубином и пустой ампулой равной Qryq = 5·103, коэффициент ослабления ζ = 1 (при εl ≈ 2 для порошкообразных образов угля
    Exact
    [19]
    Suffix
    ) и СВЧ электропроводность σ1 ≈ 40 Ом–1·м–1 (что по порядку величины согласуется с данными [18]), получаем зависимость амплитуды сигнала ЭСР рубина Ary(m) от массы m образца угля в ампуле в центре резонатора, рассчитанную по формуле (8) при b = h и показанную линией на рисунке 3а.
    (check this in PDF content)

  22. Start
    14485
    Prefix
    Полагая добротность резонатора с рубином и пустой ампулой равной Qryq = 5·103, коэффициент ослабления ζ = 1 (при εl ≈ 2 для порошкообразных образов угля [19]) и СВЧ электропроводность σ1 ≈ 40 Ом–1·м–1 (что по порядку величины согласуется с данными
    Exact
    [18]
    Suffix
    ), получаем зависимость амплитуды сигнала ЭСР рубина Ary(m) от массы m образца угля в ампуле в центре резонатора, рассчитанную по формуле (8) при b = h и показанную линией на рисунке 3а. Заключение Показано, что электрические потери в образцах каменных углей различной массы существенно влияют на параметры сигнала ЭСР спин-метки (кристалла рубина на стенке резонатора).
    (check this in PDF content)