Надвисокі частоти і їх застосування
Надвисокі частоти (СВЧ) - область радіочастот від 300 Мгц до 300 Ггц, що охоплює дециметрові хвилі, сантиметрові хвилі і міліметрові хвилі. Мікрохвилі є однією з форм електромагнітної енергії, як і світлові хвилі або радіохвилі. Це дуже короткі електромагнітні хвилі, які переміщуються зі швидкістю світла (299,79 км в секунду). Класифікація електромагнітних хвиль представлена на рис 1.
Малюнок 1. Класифікація електромагнітних хвиль
Мікрохвильове випромінювання використовується для СВЧ-радіолокації. Суть радіолокації в тому, що в простір випускаються короткі, інтенсивні імпульси НВЧ-випромінювання, а потім реєструється частина цього випромінювання, яка повернулася від шуканого віддаленого об'єкта - морського судна або літака.
Радіохвилі НВЧ-діапазону широко застосовуються в техніці зв'язку. Оскільки такі радіохвилі не йдуть за кривизною земної поверхні, а поширюються по прямій, ці лінії зв'язку, як правило, складаються з ретрансляційних станцій, встановлених на вершинах пагорбів або на радиобашни з інтервалами ок. 50 км. Параболічні або рупорні антени, змонтовані на вежах, приймають і передають далі СВЧ-сигнали. На кожній станції перед ретрансляцією сигнал посилюється електронним підсилювачем. Оскільки СВЧ-випромінювання допускає вузькоспрямовані прийом і передачу, для передачі не потрібно великих витрат електроенергії. Електронний пристрій, зване активно-ретрансляційним ШСЗ, приймає, підсилює і ретранслює СВЧ-сигнали, що передаються наземними станціями.
СВЧ-випромінювання застосовується для термообробки харчових продуктів в домашніх умовах і в харчовій промисловості. Енергія, що генерується потужними електронними лампами, може бути сконцентрована в малому обсязі для високоефективної теплової обробки продуктів в т.зв. мікрохвильових або СВЧ-печах, що відрізняються чистотою, безшумністю і компактністю. Такі пристрої застосовуються на літакових бортових кухнях, в залізничних вагонах-ресторанах і торгових автоматах, де потрібні швидкі підготовка продуктів і приготування страв. Промисловість випускає також СВЧ-печі побутового призначення.
СВЧ-випромінювання зіграло важливу роль в дослідженнях електронних властивостей твердих тіл. Коли таке тіло виявляється в магнітному полі, вільні електрони в ньому починають обертатися навколо магнітних силових ліній в площині, перпендикулярній напряму магнітного поля. Частота обертання, звана циклотронної, прямо пропорційна напруженості магнітного поля і обернено пропорційна ефективної масі електрона. Якщо на тверде тіло, що знаходиться в магнітному полі, падає випромінювання СВЧ-діапазону, то це випромінювання сильно поглинається, коли його частота дорівнює циклотронної частоті електрона. Дане явище називається циклотронним резонансом; воно дозволяє виміряти ефективну масу електрона. Такі вимірювання дали багато цінної інформації про електронні властивості напівпровідників, металів і металлоидов.
Пропонується використання потужного мікрохвильового випромінювання для прогріву і очищення привибійної зони, а також для розплавлення газогідратних і парафінових пробок у свердловинах з метою підвищення нафтовіддачі, підвищення вилучення газового конденсату і збільшення продуктивності свердловин. Крім того, можливе використання цих пристроїв для боротьби подібними явищами в системі газопроводів, особливо в пікові періоди (наприклад, при дуже низьких температурах взимку або дуже високих - влітку).
Передавати СВЧ випромінювання всередині свердловини або газопроводу, як по хвилеводу, можна майже без втрат на відстані до декількох км. При цьому параметри системи підбираються таким чином, щоб виділення енергії для нагріву мимовільно здійснювалося безпосередньо в обсязі менш радіаційно-прозорою фази, а саме - в пробках гідратів і парафінів (тверда фаза) або в скупченнях води і газового конденсату (рідка фаза), наприклад, в привибійній зоні. Таке цілеспрямоване дистанційне нагрівання призведе до руйнування газових гідратів і парафінових пробок і до очищення свердловини або газопроводів саме в тих місцях, де виникли перешкоди. У разі застосування пристрою на газових родовищах, можливе використання одного потужного НВЧ випромінювача для групи свердловин.
Через високу в'язкості деяких видів нафти (або при низьких температурах експлуатації) виникають складнощі з її виділенням із свердловин, перекачуванням по локальних трубопроводах малого діаметра, а також з перевантаженням в цистерни і з них: низька швидкість заповнення, мала продуктивність, затримка складів і т.п.
Пропонується за допомогою СВЧ випромінювання прогрівати весь обсяг нафти, що міститься в свердловині, локальному трубопроводі або рукаві, приєднаному до цистерни. При нагріванні в'язкість нафти буде зменшуватися, а швидкість її переливання - збільшуватися. Мікрохвильовий нагрів відносно невеликої маси нафти (до декількох тонн) не зажадає використання дуже потужного устаткування і буде порівняно недорогий. Випромінювання, при цьому, буде поширюватися всередині свердловини або рукава, як по хвилеводу, слідуючи за його вигинами. Такий нагрів буде дуже ефективний, тому що СВЧ випромінювання діє одночасно на весь опромінюваний обсяг і має великий ККД, а нафта має високим поглинанням в мікрохвильовій області.