БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ГР) Страница 8

  Мощность Г. и., которая может быть получена в лабораторных условиях от передатчика (генератора) реальных размеров, крайне мала (порядка 10-20 вт ). Поэтому производятся попытки обнаружить Г. и. от источников внеземного происхождения. Самыми надёжными из них (постоянно действующими) являются близкие массивные двойные звёзды с относительно небольшим периодом обращения (1,5—4 ч ) и массами компонентов порядка массы Солнца (к таким источникам относится, например, двойная звезда WZ из созвездия Стрелы). Мощность Г.и. таких звёзд ~ 1023 gm. Это соответствует поверхностной плотности потока Г. и. вблизи Земли порядка 10-13 ст/м 2 . Большую плотность потока (10-4 — 10 * вт/м 2 ) можно ожидать при некоторых взрывных процессах на звёздах.

  В расчёте на такие всплески Г. и. внеземного происхождения американский физик Дж. Вебер (1966) создал приёмник Г. и., в котором гравитационной антенной служил алюминиевый цилиндр длиной 1,5 м и массой 1,5 т. Цилиндр подвешен на тонких нитях к раме, состоящей из стальных блоков, проложенных резиновыми прокладками (антисейсмический Фильтр). Цилиндр и рама помещены в вакуумную камеру, а вся установка размещена вдали от индустриальных помех.

  Кварцевые пьезодатчики, наклеенные вдоль цилиндра, преобразуют механические колебания в электрические сигналы. Чувствительный усилитель (в котором для снижения тепловых колебаний входной контур охлажден до температуры жидкого гелия) позволяет регистрировать механические колебания цилиндра, соответствующие движению одного торца цилиндра относительно другого с амплитудой 2. 10-14 см. Второй цилиндр с такими же частотными характеристиками помещен на расстоянии ~ 1000 км от первого. На нём также укреплены пьезодатчики. Электрические сигналы с обоих цилиндров поступают на схему совпадений, чтобы отличить всплески Г. и. (которое должно синхронно возбуждать колебания в обоих цилиндрах) от всплесков тепловых колебаний (которые не коррелированы, т. е. не совпадают во времени). Схема совпадений вырабатывает выходной импульс, если сигналы превышают некоторый выбранный пороговый уровень и если они соответственным образом сдвинуты по времени.

  Установка работала в течение длительного времени и было обнаружено несколько десятков совпадающих всплесков, примерно в 10 раз превышающих шумовой уровень. Возможно, что наблюдалось совместное возбуждение обоих цилиндров гравитационными волнами от некоторого общего источника. Однако плотность потока Г. и., соответствующая зарегистрированным всплескам, составляет несколько десятков тыс. вт/м 2 , что является довольно большой величиной для наиболее вероятных расстояний до взрывных источников внеземного происхождения. Дальнейшие экспериментальные исследования должны подтвердить или опровергнуть результат, полученный Вебером. Чувствительность установки Вебера не очень велика (104 вт /м 2 ), но она не является предельно достижимой.

  Обнаружение Г. и. от источников внеземного происхождения открыло бы новый канал информации о физических процессах в космосе.

  Лит.: Вебер Дж., Общая теория относительности и гравитационные волны, пер. с англ., М., 1962; Брагинский В. Б., Гравитационные волны и попытки их обнаружения, «Земля и Вселенная», 1965, № 5: его же, Гравитационное излучение и перспективы его экспериментального обнаружения, «Успехи физических наук», 1965, т. 86, в. 3, с. 433—46; Брагинский В.Б., Руденко В. Н., Релятивистские гравитационные эксперименты, там же, 1970, т. 100, в. 3, с. 395; Брагинский В. Б., Физические эксперименты с пробными телами, М., 1970, гл. 3.

  В. Б. Брагинский.

Гравитационное обогащение

Гравитацио'нное обогаще'ние полезных ископаемых, методы отделения полезных минералов от пустой породы по различию их плотности. Г. о. — древнейший метод обогащения полезных ископаемых, применявшийся за 2 тыс. лет до н. э. при разработке оловянных и золотых россыпей на Южном Урале и Алтае. В 14—15 вв. были созданы аппараты для Г. о., явившиеся прототипом современных (например, золото-промывательные машины К. Фролова). Г. о. подробно описано Г. Агриколой (16 в.), одно из первых научных обоснований дано М. В. Ломоносовым.

  Наиболее широко Г. о. применялось в конце 19 и начале 20 вв., когда добыча полезных ископаемых резко возросла, а флотационный метод обогащения, успешно конкурирующий с гравитационным при обогащении мелких фракций, только начал развиваться. Г. о. не теряет своей актуальности, что связано с его принципиальными преимуществами — дешевизной и возможностью разделять разными методами частицы минералов широкого диапазона крупности (от 0,1 и до 300 мм ).

  Г. о. осуществляется в водной и воздушной средах. В водной среде разделение происходит более четко, что связано с большей плотностью воды. Однако сухое (т. н. пневматическое) Г. о. в ряде случаев имеет преимущество, поскольку не требует обезвоживания продуктов обогащения. Это особенно важно для районов с суровым климатом, где смерзание концентратов, например угольных, затрудняет их транспортировку. При Г. о. обычно используется сила земного притяжения, откуда и название метода; одновременно с силой тяжести в некоторых случаях используется центробежная и электромагнитная силы.

  Теория Г. о. основана на определении относительных скоростей перемещения частиц, отличающихся плотностью и размерами, в среде различной плотности. Впервые теория Г. о. была развита П. Риттингером (1867). Существенное развитие теория Г. о. получила в работах Г. Я. Дорошенко (1876), С. Г. Войслава (1884), В. А. Гуськова (1908), Р. Ричардса (1908), Т. Финкея (1940) и, особенно, П. В. Лященко (1940). Вначале были разработаны методы определения скорости падения одиночных частиц. При достаточно большой разнице скоростей происходит разделение: частицы большей плотности располагаются внизу, а меньшей — в верхней части слоя. При таком подходе для разделения частиц по плотности необходимо, чтобы частицы имели относительно близкие размеры (иначе очень крупное зерно малой плотности будет падать с такой же скоростью, как небольшое зерно большей, и разделения не произойдёт). Однако на практике этот принцип не выдерживался, а разделение происходило. Расхождение между теорией и практикой пытались устранить введением понятия о т. н. стеснённых условиях движения частиц, при которых они перемещаются группой. Но при этом очень трудно учесть закономерности взаимного трения и перемещения частиц. Пытались также рассматривать процесс Г. о. как разделение крупных частиц в плотной взвеси частиц более мелких. Современная теория Г. о. развита в 60-е гг. советскими учёными Э. Э. Рафалес-Ламарка, Н. Н. Виноградовым и др. Основное внимание уделяется анализу расслоения как массовому статистическому процессу и свойствам взвесей, находящихся в статистически неустойчивом состоянии.

  Разновидностями Г. о. являются отсадка , обогащение в тяжёлых суспензиях, концентрация на столах и шлюзах, обогащение в гидроциклонах, желобах и др.

  При обогащении в тяжёлых суспензиях куски угля или руды погружаются в суспензию, состоящую из утяжелителя — мелких (доли мм ) зёрнышек тяжёлых минералов (магнетита и др.) или сплавов (например, ферросилиция) и воды. Плотность суспензии регулируется концентрацией в ней утяжелителя и достигает 3 г/см2 . Куски, плотность которых выше плотности суспензии, погружаются на дно, менее плотные всплывают на поверхность и удаляются гребками (рис. 1 ). Этим достигается наиболее точное разделение кусков, даже при небольшом отличии их плотности. Другим преимуществом является возможность обогащать наиболее крупные куски (до 300 мм ). Недостаток этого метода — в необходимости регенерации частиц утяжелителя суспензии. Этот метод Г. о. широко применяется в угольной (его роль сравнима с отсадкой) и в рудной (например, при обогащении алмазных руд) отраслях промышленности. Определённые перспективы имеет применение т. н. аэросуспензий, представляющих собой псевдосжиженный слой, получаемый при пропускании воздуха под давлением сквозь пористое днище, на которое насыпан мелкий утяжелитель. В таком слое тонут тяжёлые частицы и всплывают лёгкие почти так, как и в водных суспензиях. Однако при этом получаются сухие продукты.

  Концентрация на столах и шлюзах основана на выпадении в нижний слой твёрдых зёрнышек повышенной плотности при течении смеси воды и частиц меньше 1 мм по наклонной плоскости. По способу удаления тяжёлой фракции различают отдельные аппараты: у концентрационных столов дека с нарифлениями колеблется поперёк потока и минералы различной плотности образуют на деке своеобразный веер (рис. 2 ); на шлюзах и вашгердах тяжёлые минералы улавливаются различными трафаретами, ворсистым материалом и пр., которыми покрыто днище жёлоба. В последние годы применяют наклонные струйные желоба разных конструкций, имеющие плоское и суживающееся к концу днище. Это сужение вызывает возникновение восходящих потоков воды, усиливающих расслоение материала по мере его перемещения по жёлобу. Большая простота и высокая производительность делают эти аппараты перспективными. Широко используются гидроциклоны , которые часто применяются совместно с тяжёлыми суспензиями (например, для обогащения мелкого угля). Центробежная сила в сочетании с гравитационной применяется и в винтовых сепараторах. Особым вариантом Г. о. является разделение частиц в центрифугах в жидкостях повышенной плотности. В магнитогидродинамических сепараторах «псевдоутяжеление» среды достигается наложением на электролит одновременно магнитного и электрического полей.