ДЕТЕКТОР НЕЙТРОНОВ Российский патент 2018 года по МПК G01T3/06 

Изобретение относится к средствам регистрации нейтронов и может использоваться в ядерной электронике, в частности в приборах радиоактивного каротажа для исследования нефтяных и газовых скважин в процессе бурения.

Известны газонаполненные детекторы нейтронов (Резванов Р.А. Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин. Учебник для вузов. М. Недра. 1982. с. 75-82).

Недостатком таких детекторов являются низкая их надежность при использовании их в условиях повышенных вибраций при исследовании нефтяных и газовых скважин в процессе бурения.

Известны сцинтилляционные детекторы ионизирующих излучений, содержащие сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), схему питания ФЭУ и схему съема сигнала (Матвеев В.В., Хазанов Б.И. Приборы для измерения ионизирующих излучений. М., Атомиздат.1972, с. 336). Сцинтилляторы для них получают в результате спекания сцинтилляционного порошка или кристаллизации при высоких температурах и давлении. Сцинтилляторы, получаемые в результате применения этих процессов, являются достаточно хрупкими, что также ограничивает возможность их использования при исследовании нефтяных и газовых скважин в процессе бурения.

Наиболее близким по технической сущности является детектор (Патент US 7265357 В2, поданный 22 ноября 2005 г.), использующий сцинтиллятор, включающий смесь порошкового оксисульфида гадолиния (Gd₂ O₂S или GOS) и парафинового воска. Недостатком его является низкая надежность, связанная с невысокой температурой плавления парафинового воска, что недопустимо при исследовании нефтяных и газовых скважин в процессе бурения.

Цель изобретения - повышение надежности детектора нейтронов.

Поставленная цель достигается тем, что детектор нейтронов включает в себя фотосенсорный элемент и сцинтиллятор в контейнере из светоотражающего материала, оптически соединенный с фотосенсорным элементом. Сцинтиллятор включает в себя порошковый сцинтиллятор, смешанный с силиконовым герметиком с высоким коэффициентом преломления.

В качестве фотосенсорного элемента используется полупроводниковый фотоумножитель.

В качестве силиконового герметика с высоким коэффициентом преломления используется силиконовый герметик LUMISIL @590/591.

В качестве порошкового сцинтиллятора используется ZnS(Ag) LiF(⁶Li).

На фиг. 1 представлена структурная схема детектора нейтронов.

Согласно фиг. 1 детектор нейтронов содержит сцинтиллятор 3, размещенный в контейнере из светоотражающего материала 2 и фотосенсорный элемент 1.

Сцинтиллятор изготавливается следующим образом. Силиконовый герметик является двухкомпонентным. Порошковый сцинтиллятор высыпается в емкость, содержащую компонент А силиконового герметика, и производится медленное перемешивание состава в течение не менее 5 минут. После этого добавляется компонент В и снова производится перемешивание. Готовая смесь заливается в контейнер из светоотражающего материала. Состав выдерживается до затвердения его. Использование жидкого состава при производстве сцинтиллятора позволяет согласовать конечную его форму с активной площадью фотосенсорного элемента.

Детектор нейтронов работает следующим образом.

При попадании медленного нейтрона, для регистрации которых и предназначен этот детектор, в область сцинтиллятора и столкновении его с молекулами LiF(⁶Li) протекает следующая ядерная реакция

n+⁶Li->⁴Не+³Н+4,79 МэВ

с испусканием α-частиц (⁴Не), которые, взаимодействуя с люминофором ZnS(Ag), что вызывает излучение фотонов, которые регистрируются фотосенсорным элементом, в качестве которого используется полупроводниковый фотоумножитель.

Силиконовый герметик с высоким коэффициентом преломления производится, например, компанией WackerChemie AG (www.wacker.com).

Широкий спектр полупроводниковых умножителей производится компаниями Hamamatsu (www.hamamatsu.com) и SensL Technologies Ltd. (www.sensl.com).

Использование силиконового герметика с высоким коэффициентом преломления при изготовлении сцинтиллятора позволяет повысить надежность нейтронного детектора благодаря таким его свойствам, как отличные оптические характеристики и высокая эффективность, высокий уровень защиты от тепла, влаги и серной коррозии, ведущий к повышенной надежности конечного изделия, устойчивость к длительной работе при повышенной температуре.

Предлагаемое устройство реализовано и опробовано в лабораторных условиях, предполагается использование его при разработке и выпуске комплексной скважинной аппаратуры, что позволяет сделать вывод о «Промышленной применимости».

Изобретение относится к средствам регистрации нейтронов и может использоваться в ядерной электронике, в частности в приборах радиоактивного каротажа для исследования нефтяных и газовых скважин в процессе бурения. Детектор нейтронов содержит фотосенсорный элемент и сцинтиллятор в контейнере из светоотражающего материала, оптически соединенный с фотосенсорным элементом, при этом сцинтиллятор представляет собой отвержденную смесь порошкового сцинтиллятора и силиконового герметика с высоким коэффициентом преломления. Технический результат – повышение надежности детектора нейтронов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Детектор нейтронов, содержащий фотосенсорный элемент и сцинтиллятор в контейнере из светоотражающего материала, оптически соединенный с фотосенсорным элементом, отличающийся тем, что сцинтиллятор представляет собой отвержденную смесь порошкового сцинтиллятора и силиконового герметика с высоким коэффициентом преломления.

2. Детектор нейтронов по п. 1, в котором в качестве фотосенсорного элемента используется полупроводниковый фотоумножитель.

3. Детектор нейтронов по п. 1, в котором в качестве силиконового герметика с высоким коэффициентом преломления используется силиконовый герметик LUMISIL®590/591.

4. Детектор нейтронов по п. 1, в котором в качестве порошкового сцинтиллятора используется ZnS(Ag)LiF(⁶Li).