Каротажный гамма-радиометр Советский патент 1983 года по МПК G01V5/00 

4

сл

:о

СП -Изооретение относится к обнаруже нию полезных ископаемых с помощью ионизирующихэлучеКИЙ, а именно к ка ротажньом гамма-радиометрам. В аовременных каротажных гаммарадиометрах широко используются .сцинтилляционные детекторы гаммаизлучения, состоящие из кристалласцинтиллятора и фотоэлектронного ум ножтлтеля, , Известный каротажный гамма-радио метр содержит сцинтилляционный детектор, амплитудный дискриминатор с постоянным порогом срабатывания и Передающее устройство, соединенное каротажным кабелем, с наземныги прием ным устройством. Скважинная часть радиометра содержит также высоковол ный блок питания ФЭУ l . К питающему ФЭУ высокому напряже нию предъявляются жесткие требовани по стабильности и коэффициенту пуль саций. Это связано с тем, что даже при незначительных изменениях напря жения на ФЭУ резко изменяется его коэффициент усиления, а это приводит к изменению энергетического экв валента уровня срабатьшания дискриминатора. По этой причине на счетно характеристике сцинтилляционного де тектора имеется плато не более 100-200 В. Наиболее близок к предлагаемому технической сущности каротажный гамма-радиометр, содержащий кристал сцинтиллятор, ФЭУ, делитель питания ФЭУ, соединенный с высоковольтныгл и точник.ом питания ФЭУ, и амплитудный дискриминатор с делителем установки порога его срабатывания на двух резисторах, вход -которого соединен с выходом (анодом) ФЭУ, а выход соединен через передающее устройство и каротажный кабель с наземньм приемным устройством. Кроме того, делитель питания ФЭУ этого устройства содержит дополнительный газовый ста билитрон, подключенный к части высокоомного делителя ФЭУ, что расширяет плато на счетной характеристике детектора до 320 В и тем самым повышает стабильность работы гаммарадиометра 2 , Однако применение в каротажном гамма-радиометре высоковольтных газовых стабилитронов увеличивает его габариты и снижает надежность работы, так как параметрический стабили Зс1тор потребляет от высоковольтного источника дополнительную мощность и требует для своей нормальной рабо ты повышенного (как минимум на 20-30%) напряжения. Цель изобретения - йовышение надежности при уменьшении габаритов каротажного гамма-радиометра. Поставленная цель достигается тем, что в каротажный гамма-радиометр, содержащий кристалл-сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель, делитель питания ФЭУ, соединенный с высоко -,; вольтным источником питания ФЭУ, амплитудный -дискриминатор с делителем установки порога его срабатывания на двух резисторах, вход которого соединен с выходом (анодом) ФЭУ,а выход через передающее .устройство и каротажный кабель соединен с наземным приемным устройством, введен высокоомный резистор, через который незаземленный вывод высоковольтного источника питания ФЭУ соединен со средней точкой делителя дискриминатора. , Энергетический эквивалент уровня срабатывания дискриминатора поддерживается неизменным в широком диапазоне напряжений на ФЭУ путем изменения напряжения срабатывания дискриминатора пропорционально изменению коэффициента усиления ФЭУ, Для этого средняя точка делителя напряжения,- задающего величину напряжения срабатывания дискриминатора, дополнительно соединена через высокоомный резистор с незаземленным выходом высоковольтного блока питанияФЭУ. В качестве высокоомного резистора может служить, в частности, делитель питания ФЭУ (для экономии потребляемой мощности причем последний в этом случае не заземляется, На фиг. -I приведена функциональ ная схема каротажного гамма-радиометра; на фиг. 2 - счетные характеристики предлагаемого Гс1Мма-радиометра, а также прототипа и аналога. Каротажныйгамма-радиометр содержит расположенные в скважинной части кристалл-сцинтиллятор 1, фотоэлектронный умножитель 2 с делителем 3 питания ФЭУ, высоковольтный источник 4 питания ФЭУ, делитель дискриминатора на резисторах 5 и 6, высокоомный резистор 7, дискриминатор 8 и передающее устройство 9, соединенное каротажным кабелем 10 с наземным приемным устройством 11. Питание ФЭУ 2 осуществляется от яестабилизированного высоковольтного источника 4 (обычно это преобразователь напряжения с выпрямителем, который питается по каротажному кабелю 10 от наземного источника тока), В моменты попадания гамма-квантов в объем кристалла-сцинтиллятора 1 на анодной нагрузке ФЭУ 2 (верхний по схеме вход дискриминатора 8) возникают импульсы напряжения, амплитуда которых зависит от энергии гаммаквантов и коэффициента усиления ФЭУ, Дискриминатор 8 осуществляет амплитудную селекцию поступающих на

его вход импульсов с целью отделения полезного сигнала от шумов сцинтилляционного детектора. Полезный сигнал с выхода дискриминатора 8 поступает в передающее устройство 9 где преобразуется в вид, удобный дл передачи по каротажному кабелю 10 на земную поверхность в приемное устройство 11. Последнее содержит обычно регистратор, который записыва ет диаграмму интенсивности гаммаизлучения горных пород в функции гл бины скважины.

Гамма-радиометр содержит компенсирующую цепь на высокоомном резисторе 7, обеспечивающую слежение порога срабатывания дискриминатора 8 за напряжением питания ФЭУ, а следовательно, и за коэффициентом усиления ФЭУ.

Действительно, -в некотором диапазоне изменения питающего ФЭУ напряжения и коэффициент усиления ФЭУ К можно аппроксимироват:: с достаточной для нашего случая точностью линейной зависимостью от U

К а + ни , . (1) где а, в - коэффициенты аппроксимации, зависящие от параметров ФЭУ и выбранного диапазона аппроксимаци

Для сохранения неизменного значения энергетического эквивалента уроня дискриминации в диапазоне возможных изменений U необходимо и достаточно выполнение условия

:(а -i-bU ), (2) где Ug - напряжение срабатывания , дискриминатора;

с - коэффициент,, зависящий от выбранного энергетического эквивалента уровня дискриминации;

m с с А;

П с - в

Резисторы 5-7 служат для получения зависимости (2). Рекомендуется устанавливать энергетический эквивалент уровня срабатывания дискриминатора по обьмной методике регулирокой сопротивления резистора 5 при минимальном значении U (выбор коэффициента гт)) и регулировкой сопротивления резистора б при максимальном значении II (выбор коэффициента п ) . Настройку производят несколько раз методом последовательных прнближе-.

НИИ.

С целью экономии потребляемой мощности о: высоковольтного источника 4 питания в качестве высокоомного резистора 7 можно использовать

делитель ФЭУ 3. В этом случае его верхний по схеме вывод не заземляется и подключается в средней точке Делителя на резисторах 5 и 6, а резистор 7 из схемы исключается. 5 Использование для выбора п

цепочки резисторов высокоомного делителя питания ФЭУ затрудняет возможность регулировки его сопротивления.

10 После замены ФЭУ может потребоваться вновь подобрать сопротивление резисторов 5 и 6.

Возможности устройства иллюстрирует счетная характеристика его

5 детектора (кривая 12 на фиг. 2).

Она снята с использованием кристалла N а D (ТР ) размерами мм и , фотоэлектронного умножителя типа ФЭУ- 74А. В качестве источника гамма-излучения использован изо0топ 137 С5 , экранированный от детек-. тора стильным листом толщиной10 мм. Энергетический эквивалент уровня срабатывания дискриминатора, состав. ляющий 50 кэв, устанавливают при пряжении 1250 в резистором 5 и при 1550 В резистором 6. В сравнении со счетными характеристиками детекторов известных радиометров (кривые 13 и 14), в предлагаемом устройстве

0 Протяженность плато в 2-3 раза больше и сос тавляет 500-600 В.

Энергетический эквивалент уровня срабатывания дискриминатора около 50 кэв расположен в энергетическом

5 коридоре между шумами ФЭУ (которые достигают 15 кэв при 150- С) и полезным сигналом. В этом случае уход энергетического эквивалента уровня дискриминации fJg как за счет неточности линейной аппроксимации (не

более +20%), так и за счет температурной нестабильности порога дискриминатора из-за нестаСильности низковольтного источника питания дискримис натора (до +30%) не ухудшает работы детектора.

Наличие плато протяженностью 15-20% от питающего ФЭУ напряжения позволяет в предлагаемом гамма-радио0 метре выполнить высоковольтный- источник питания ФЭУ без параметрической стабилизации высокого напряжения, что существенно уменьшает его габариты и повышает надежность работы. Устройство может найти применение в наземной, в частности, в полевой радиометрической аппаратуре.

I

,Л

чи

i

9

гт

КАРОТАЖНЫЙ ГАММА-РАДИОМЕТР/ содержащий кристалл-сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) делитель питания ФЭУ, соединенный с высоковольтным источником питания ФЭУ, и амплитудный дискриминатор, делитель на двух резисторах, вход которого соединен анодом ФЭУ, а выход через передающее устройство и каротажный кабель соединен с наземным приемным устройством, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью повышения над,ежности работы при уменьшении габаритов устройства, в него вве.ден высокоомный резистор, через который незаземленный с вывод высоковольтного источника питания ФЭУ соединен со средней точ(Л кой делителя дискриминатора.