Naturwissenschaftliche, technische und wirtschaftliche Aspekte bei der Entwicklung und Nutzung eines Photolumineszenz-Sensors für die Rohstoffprospektion

Die Ergebnisse der in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen der Photolumineszenz natürlich vorkommender Minerale, der lagerstättenkundlichen Bedeutung fluoreszierender Minerale und deren Auftreten in der Natur, der äußeren Einflüsse auf einen Photolumineszenz-Sensor, der Leistungsfähigkeit verfügbarer UV-Lichtquellen, der Empfindlichkeit von Photodetektoren und der technischen Möglichkeiten der Bemusterung der Erdoberfläche über kurze Entfernungen hinweg führen zur Konstruktion eines feldtauglichen Prospektionsgerätes. Die Untersuchung von 500 Mineralproben 70 verschiedener Minerale zeigt, daß lagerstättenbildende Minerale (z.B. Scheelit, Powellit, Flußspat, Baryt und Uranminerale) und lagerstättenkundlich bedeutende Sekundärmineral e (z.B. Hydrozinkit) aufgrund der Lage des Emissionsmaximums und der Lebensdauer der Lumineszenz bestimmt werden können. Das Auftreten dieser Minerale an der Erdoberfläche im Anstehenden, im Verwitterungsschutt und als belagbildende Sekundärminerale ermöglichen die Prospektion mit einem Photolumineszenz-Sensor. In Berechnungen und Versuchen werden die Detektionsgrenzen von Photolumineszenz-Sensoren ermittelt, die als UV-Lichtquelle einen Excimer-Laser und als Detektor Photomultiplier verwenden. Die maximale Größe der mit einem Photomultiplier bei intensiver Sonneneinstrahlung betrachteten Fläche liegt bei 0,1 m2. In dieser Fläche kann theoretisch eine 1 mm große Scheelitprobe über 10 m2 Entfernung detektiert und bestimmt werden. In der Praxis liegt die Detektionsgrenze z.Zt. bei 6 mm2 Scheelit. Die Entwicklung eines Photolumineszenz-Sensors beinhaltet Laborversuche, Konstruktion und Geländetest eines mobilen Versuchsmodells und die Realisierung eines feldtauglichen, in einem klimatisierten Container installierten Systems, das auf einem Geländewagen montiert ist. Das System kann einen 10 m breiten Streifen am Erdboden lückenlos bis zu 45 km/h bemustern. Für einen einjährigen Einsatz wird die Leistung des Systems auf 10 000 Meßkilometer bei Kosten von 110 DM/km geschätzt.

Investigation of the photoluminescence of naturally occuring minerals, their relation to ore deposits and their modes of occurrence, evaluation of the environmental effects on the application of a photoluminescence sensor, of the performance of available UV light sources and suitability of photodetectors and the analysis of technically feasible modes of scanning areas on the surface of the earth over short distances lead to the construction of a fieldworthy system for prospecting for fluorescent minerals. The evaluation of photoluminescence parameters of 500 mineral samples representing 70 different minerals shows that ore minerals such as scheelite, powellite, fluorite, barite and uranium minerals as well as secondary minerals related to ores, e.g. hydrozincite, can be determined or determination can be supported based on specific peak wavelengths of emission and lifetimes. The occurrence of these minerals in outcrops, scree or as coatings facilitate the use of a photoluminescence sensor in prospecting. Detection limits for such a sensor are calculated and established in laboratory and field tests, where the sensor is based on a UV excimer laser as the light source and photomultipliers for signal detection. The maximum size of an area observed under bright sunlight from a distance of 10 m is approximately 0.1 m2 . In this area a scheelite sample of 1 mm2 only should theoretically be detectable, whereas in field tests the minimum size was 6 mm2. Development of a photoluminescence sensor included a laboratory model, construction and field test of a mobil prototype and the realization of a fieldworthy system housed in an airconditioned container mounted on a 4WD truck. The system surveys a 10 m wide strip in front of the moving vehicle, with overlapping pixels providing total coverage up to a vehicle speed of 45 km/h. Performance and costs of the system are estimated as 10 000 km per year at 110 DM per line-kilometre.