Рис.2.3 - Принципова схема сцинтиляційного детектора

Сцинтилятором служить неорганічний напівпрозорий монокристал (в основному NaІ, активований Тl), який випромінює світловий квант при проходженні крізь нього елементарної частинки чи гама-кванта. Фотони із сцинтилятора попадають на фотокатод і вибивають з нього фотоелектрони, які під дією електричного поля спрямовуються до одного з динодів. Внаслідок вторинної електронної емісії кожний електрон вибиває з динода вторинні електрони, які,в свою чергу, при попаданні на наступний динод також викликають вторинну електронну емісію. Таким чином, кількість вторинних електронів лавиноподібно збільшується, і при попаданні їх на анод реєструється відповідний електричний імпульс.

Лічильна характеристика сцинтиляційного детектора, на відміну від газорозрядного, має коротке плато, і тому дляживлення детектора використовується високостабілізована напруга.

Переваги сцинтиляційних лічильників над газорозрядними:

- висока ефективність лічби (до20-40%);

- менший мертвий час (біля 10^-7 с),і, як наслідок, більша швидкість рахунку;

- залежність амплітуди імпульсів на виході детектора від енергії гамма-випромінювання, що дозволяє проводити спектрометричні дослідження;

- невеликі розміри.

Недоліки сцинтиляційних детекторів - низька термостабільність а також висока гігроскопічність сцинтилятора, яка призводить до його помутніння.

Порядок виконання роботи

Встановивши еталонне джерело гамма-випромінювання на робочій поверхні детектора, визначити плато обох типів лічильників шляхом побудови залежностей зареєстрованих інтенсивностей гамма-випромінювання від напруги живлення детекторів.

При робочих напругах, що відповідають серединам плато, провести вимірювання інтенсивностей гама-випромінювання, що досягає детекторів, при послідовній зміні відстані джерела від робочих поверхонь лічильників від 1см до 25см з кроком 4см. Час кожного виміру - 1-2хв.

Побудувати для обох типів лічильників залежність зареєстрованої інтенсивності (кількості імпульсів за одиницю часу) гамма-випромінювання від відстані еталонного джерела від поверхні детектора.

Використовуючи отримані результати, зробити висновки про робочі характеристики газорозрядного та сцинтиляційного детекторів.

Контрольні питання

1. На яких ефектах базується дія детекторів ядерного випромінювання?

2.Будова і принцип дії газонаповнених лічильників.

3.Вольт-амперна характеристика газорозрядних детекторів.

4.Характеристики роботи газорозрядних детекторів.

5.Переваги та недоліки газорозрядних лічильників.

6.Будова і принцип дії сцинтиляційних детекторів.

7. Порівняльна характеристика газорозрядних і сцинтиляційних детекторів.

Література

1. Резванов P.A. Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин. - М., Недра. 1982.

2. Кривко H.H., Шароварин В.Д., Широков В.Н. Промыслово-геофизическая аппаратура и оборудование. - М., Недра. І981.

3. Дьяконов Д.И., Леонтьев Е.Й., Кузнецов С,С, Общий курс геофизических исследований скважин. - М., Недра. 1984.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Розрахунок декременту затухання поля теплових нейтронів, часу їх життя в гірських породах та визначення літології пластів за даними ІННК

Мета роботи

Вивчення методики розрахунку декременту затухання поля теплових нейтронів і часу шиття теплових нейтронів в гірських породах за даними методу ІННК.

Завдання

1. Розрахувати для кожного пласта декремент затухання та час життя теплових нейтронів за значеннями інтенсивностей потоку нейтронів, зареєстрованими при різних часахзатримки.

2. Виходячи із визначених нейтронних параметрів, встановити літологію пластів..

3.3 Теоретичні відомості

Суть, імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу полягає у вимірюванні інтенсивностей потоку теплових нейтронів після опромінення породи короткими імпульсами швидких нейтронів при декількох фіксованих часах затримки (проміжках часу між випуском імпульсу і моментами початку реєстрації).

Швидкі нейтрони (з енергіями до 14.1 МеВ), що випромінюються імпульсним джерелом, сповільнюються до теплових енергій (біля 0.025 еВ) в середньому за час, що не перевищує десятків мікросекунд, і при подальшій дифузії поглинаються ядрами середовища на протязі сотень мікросекунд. У загальному випадку щільність потоку теплових нейтронів залежить від сповільнюючих та поглинаючих властивостей середовища і визначається довжиною сповільнення, коефіцієнтом дифузії і часом життя теплових нейтронів. При достатньо великих часах затримки С І00-200 мкс), що використовуються в ІННК, впливом довжини сповільнення нейтронів можна знехтувати. Таким чином, дані ІННК несуть інформацію про дві нейтронні характеристики - коефіцієнт дифузії, який залежить головним чином від вмісту водню в породах, і середній час життя теплових нейтронів, який пов'язаний тільки з поглинаючими властивостями порід.

При достатньо великому часі затримки залежність між кількостями випромінених та зареєстрованих теплових нейтронів визначається виразом:

(3.1)

де N₀ і N - відповідно число випромінених та зареєстрованих нейтронів; t - час затримки, с; τ - середній час життя теплових нейтронів, с; - позірний декремент затухання поля теплових нейтронів, с.

Маючи два виміри N_t при t₁ і t₂, можна позбутися від величини N₀, яка залежить від кількох змінних факторів:

, (3.2)

Звідси знаходимо позірний декремент затухання поля теплових нейтронів в пласті

, (3.3)

який використовується для визначення літології, характеру насичення та колекторських властивостей пласта.

Для розрахунку позірного декременту затухання поля тепловий нейтронів необхідно отримати кілька (не менше двох) значень інтенсивності потоку теплових нейтронів при різних часах затримки,

Розрахунок може бути виконаний двома способами. 1-й спосіб полягає в розрахунку декременту затухання як середньої величини з декрементів, розрахованих для кожних двох суміжних по часу затримки значень інтенсивності за формулою:

, (3.4)

де I_j, I_jн - зареєстрована інтенсивність потоку теплових нейтронів при часах затримки відповідно t_j і t_jн. Середній декремент затухання:

, (3.5)

де n - кількість вимірів інтенсивності потоку теплових нейтронів для даного об'єкту досліджень.

2-й спосіб враховує, що кожен вимір інтенсивності містить деяку похибку, зумовлену як нестабільністю роботи апаратури, так і флуктуаціями поля нейтронів. Для кожного виміру розраховується наступна функція:

, (3.6)