Способ определения параметров переноса ядерного излучения и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01V5/10 

Изобретение относится к геофизическим методам разведки полезных ископаемых с использованием источников ядерного излучения и может быть использовано, например, для определения параметров переноса ядерного излучения в горных породах в условиях естественного залегания.

Цель изобретения - повышение точности и технологичности при определении нейтронных параметров.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения параметров переноса ядерного излучения в горных породах, заключающемся в облучении среды потоком нейтронов и последовательном измерении

нулевого Фо и первого Ф1 моментов пространственного распределения потоков тепловых нейтронов путем расположения вокруг счетчика нескольких кадмиевых экранов, вначале шириной экранов обратно пропорциональной квадрату, а затем обратно пропорциональной кубу расстояний от источника нейтронов; по измеренным значениям Ф0 и Ф1 определяют макроскопическое сечение поглощения 5, длину диффузии L. Причем для проведения данных измерений используют две. соосно расположенных по длине одного счетчика, кассеты с кадмиевыми экранами: внутренняя кассета содержит кадмиевые экраны шири00

ГО

ю

О СА Јь

ной обратно пропорциональной кубу, а внешняя квадрату расстояния от источника нейтронов.

Измерение нулевого момента Фо осуществляется при совмещенном положении кассет.

Перед вторым измерением по определению первого момента Фт, верхняя кассета убирается с помощью специального устройства.

Таким образом, в заявляемом способе, также как и в способе-прототипе, выполнение двух измерений позволяет определить параметры переноса ядерного излучения 1е , L, D по распределению потока-ядерно- го излучения. Однако, в способе-прототипе нет возможности для определения всех трех параметров 2а , L, D за один спуско-подьем скважинного прибора, а в заявляемом способе этот недостаток устранен В этом заключается существенное отличие заявляемого способа от способа прототипа. Основное преимущество заявляемого способа - высокая точность, повышение скорости и технологичности измерений.

Известны устройства для определения параметров переноса ядерного излучения, содержащие источник нейтронов и несколько детекторов, расположенных в скважин- ном приборе. Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является снаряд нейтрон-нейтронного каротажа, содержащий один источник нейтронов и несколько детекторов. Для изменения чувствительности детекторов используются пересчетные схемы или делители напряжения. При регистрации скорости счета на выходе каждого детектора помещается схема пересчета, соответствующая расстоянию до источника и измеренному параметру переноса ядерного излучения. Известно также применение в качестве нескольких детекторов одного по- зиционно-чувствительного детектора.

Недостатком известных устройств для нейтронного каротажа, включая и прототип, является их низкая производительность, связанная с тем. что приходится выполнять два спуско-подъема.

Целью изобретения является повышение точности и технологичности определения нейтронных параметров ядерного излучения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве нейтрон-нейтронного каротажа, содержащем один источник нейтронов, протяженный счетчик нейтронов с соосно расположенной вокруг него кассетой, содержащей несколько кадмиевых экранов шириной обратно пропорциональной кубу расстояния

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

от источника нейтронов и расположенных в кассете через равные интервалы по длине счетчика нейтронов, размещенной в охранном кожухе скважинного прибора, дополнительно содержит вторую кассету с кадмиевыми экранами шириной обратно пропорциональной квадрату расстояния от источника нейтронов.

С целью повышения технологичности измерений в части охранного кожуха скважинного прибора установлен электромотор, кинематически связанный с механизмом перемещения второй кассеты.

Размещение двух кассет вокруг протяженного счетчика нейтронов позволяет изменять чувствительность счетчика, сначала по кубическому, затем по квадратичному закону, что позволяет определить нулевой Ф0 и первый Ф1 моменты распределения потока.

Применение в устройстве определения параметров переноса ядерного излучения двух кассет с несколькими кадмиевыми экранами шириной обратно пропорциональной кубу и квадрату расстояния от источника нейтронов, расположенных по длине счетчика внутри охранного кожуха скважинного прибора, как показывает изучение патентных материалов, является новым, не известным ранее техническим решением.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для реализации способа и геометрия измерений; на фиг.2 - поперечный разрез устройства через механизм перемещения по линии А-А; на фиг.З -- в более крупном масштабе деталь механизма перемещения, взятая в пунктирный кружок на фиг.2; на фиг.4 - электрическая схема управления электромотором; на фиг.5 - общий вид.кассет 3 и 8.

Согласно предлагаемому способу, измерения на каждой точке выполняются в следующем порядке.

1.Измеряют поток ядерного излучения от источника нейтронов, расположенного в 20 см от начала детектора длиной 40 см при установленной вокруг него кассеты с несколькими кадмиевыми экранами. Ширина кадмиевых4 экранов подобрана таким образом, чтобы чувствительность детектора возрастала по кубическому закону. Таким образом, получают измеренное значение первого Фт момента пространственного распределения потока тепловых нейтронов.

2.С помощью специального устройства устанавливают вторую кассету, располагая ее соосно с первой. Ширина кадмиевых экранов в кассете подобрана таким образом, чтобы чувствительность детектора возрастала по квадратичному закону

3.Нчмерчют поток ядерного излучения от источник л нейтронов при совмещенном положгнии кяссег. Измеренное значение соответствует нулевому Ф0 моменту пространственного распределения потока тепловых нейтронов.

4.По совокупности первого и второго измерений вычисляют параметры переноса ядерного излучения

у Q . , 1 . п у , 2

ь 1Ј L D - - L

Для учета влияния диаметра скважины, бурового раствора, диаметра скважинного прибора вводятся дополнительные поправочные коэффициенты, которые определяются по рассчитанным палеткам. Измерения обеспечиваются метрологически, путем калибровки аппаратуры в эталонной среде (в баке с водой) с известными нейтронными параметрами.

Способ реализуется при помощи устройства, приведенного на фиг.1. Устройство определения параметров переноса ядерного излучения в горных породах включает охранный кожух скважинного прибора 1. В верхней части охранного кожуха 1 размещен протяженный счетчик (типа СНМ-18)2, вокруг которого расположена кассета 3 из кадмиевых экранов 4, ширина которых подобрана таким образом, чтобы чувствитель- ность детектора возрастала прямо пропорционально кубическому закону. Здесь же, в верхней части охранного кожуха, в 20 см от начала детектора расположен источник нейтронов 5, между источником нейтронов и детектором установлен стальной экран 6.

В нижней части охранного кожуха скважинного прибора расположен электромотор 7, предназначенный для перемещения кассеты 8 из кадмиевых экранов 9. ширина которых подобрана таким образом, чтобы чувствительность детектора возрастала прямо пропорционально квадратичному закону.

Механизм перемещения кассеты 8 включает ведущую шестеренку 10, передаточную шестеренку 11 и кольцо 12с зубьями на внутренней поверхности и штифтом 13 на внешней. Штифт 13 входит в спиральную прорезь 14 полого барабана 15 (см.фиг.2 и 3), который жестко скреплен с кассетой 8 и может свободно перемещаться по прорезям с сальниками в охранном кожухе скважинного прибора (на фиг.1 не показаны). Полый барабан 15 в своем верхнем и нижнем положениях взаимодействует с концевыми контактами 16 и 17 нажимною деистиид Эти контакты нормально замкнуты, я при вол действии (нажиме) на них барабана 15 размы каются. Контакты включены последовательно 5 с диодами 18 и 19 в противоположной полярности и установлены в разрыв одного из проводов а, по которому подается nwz ние на электромотор 7 (см.фиг.4).

Кассеты 3 и 8 изготавливаются из тонко

0 го прозрачного материала (например из пластика), в которой вплавляются кадмии вые экраны 4 и 9 (см.фиг.5).

Измерения с предложенным устройством выполняются так.

5Скважинный прибор с устройством, находящимся внутри охранного кожуха, опускают в скважину и устанавливают на точке наблюдения. Протяженный счетчик при этом окружен кассетой 3 из кадмиевых эк0 ранов 4, ширина которых подобрана таким образом, чтобы чувствительность детектора возрастала прямо пропорционально кубическому закону.

Производят первое измерение. Резуль5 тат первого измерения характеризует поток ядерного излучения в точке исследуемой среды первого Ф1 момента пространственного распределения потока тепловых нейтронов.

0 Подают питание на электромотор 7, подключая жилу а каротажного кабеля к плюсу, а жилу б к минусу источника постоянного тока. Цепь питания электромотора 7 замыкается через нормально замкну5 тый верхний концевой контакт 16 и диод 18. электромотор приходит в движение и через шестерню 11 начинает вращать кольцо 12 со штифтом 13.Штифт 13, перемещаясь по вин- . товой прорези 14, перемещает к верху кас0 сету 8 из кадмиевых экранов 9, ширина которых подобрана таким образом, чтобы чувствительность детектора возрастала прямо пропорционально по квадратичному закону, относительно полого барабана 15,

5 устанавливая кассету 8 соосно с кассетой 3. Перемещение кассеты 8 прекращается, когда полый барабан 15 доходит до нижнего концевого контакта 16, размыкая его и отключая электромотор 7.

0После остановки электромотора производят второе измерение потока ядерного излучения при совмещенном положении кассет 3 и 8. Измеренное значение соответствует нулевому Ф0 моменту пространст5 венного распределения потока тепловых нейтронов.

Измерение значения Ф0 и Ф служат для расчета параметров переноса ядерного излучения в горных породах L. D, 2а

Пример. Для проверки способа и устройства был разработан и изготовлен опытный образец устройства с внешним диаметром скважинного прибора 42 мм, с двумя кассетами из кадмиевых экранов, расположенных соосно вокруг протяженного счетчика внутри охранного кожуха скважинного прибора.

Калибровка аппаратуры проводилась в эталонной среде - в баке с водой.

С использованием градуировочных коэффициентов, учитывающих влияние диаметра скважины, скважинного прибора, бурового раствора, был проведен опытный каротаж через 10 см на Западно-Озерном медноколчеданном месторождении. При проходке этой скважины был получен выход керна, близкий к 100%. Керн был подвергнут тщательному химическому анализу с по- следующим вычислением нейтронных параметров L, D, Јj . Результаты измерений и обработки информации были сопоставлены с данными обработанными по керну. Систематической погрешности между данными измерениями не наблюдалось. Это свидетельствует о том, что способ и устройство выполняют свое целевое назначение и могут полностью заменить малооперативный и малоэффективный способ по определению параметров переноса ядерного излучения в горных породах.

Формула изобретения

1. Способ определения параметров переноса ядерного излучения в горных породах, включающий облучение среды потоком нейтронов и последовательное измерение нулевого Фо и первого Ф моментов пространственного распределения потоков тепловых нейтронов посредством счетчика, снабженного заданным количеством кадмиевых экранов, ширина которых возрастает обратно пропорционально кубу или квадрату расстояния от источника нейтронов соответственно, с последующим определением макроскопического сечения поглощения и длины диффузии тепловых нейтронов, о т- л и чающийся тем. что. с целью

повышения точности и технологичности определения нейтронных параметров, измеря ют поток нейтронов посредством протяженного детектора, экранировку кото

рого осуществляют двумя цилиндрическими кассетами, внутренней и внешней, распило женными вокруг детектора соосно с ним, причем каждая кассета содержит кольцевые кадмиевые экраны, ширину экранов внутренней кассеты устанавливают из условие обеспечения чувствительности детектора, возрастающей по его длине пропорционально кубу расстояния до источника нейтронов, а ширину экранов во внешней

кассете устанавливают из условия обеспечения чувствительности детектора, возрастающей по его длине пропорционально квадрату расстояния до источника нейтронов, при этом измерение первого момента

Фт осуществляют при нахождении детектора только во внутренней кассете, а измерение нулевого момента Ф0 осуществляют при нахождении детектора в окружении обеих кассет.

2. Устройство для определения параметров переноса ядерного излучения в горных породах, содержащее источник нейтронов, протяженный детектор нейтронов и соосно размещенную вокруг него кассету с заданным количеством кадмиевых экранов, ширина которых установлена из условия обеспечения возрастания чувствительности детектора по длине пропорционально кубу расстояния от источника нейтронов, о т л ичающееся тем, что дополнительно содержит вторую кассету с кольцевыми кадмиевыми экранами, установленную с возможностью перемещения соосно с первой кассетой из положения вне детектора до положения

вокруг первой кассеты детектора, при этом ширина кольцевых кадмиевых экранов вто- рой кассеты установлена из условия обеспечения возрастания чувствительности детектора по его длине пропорционально

квадрату расстояния от источника нейтронов в положении вокруг первой кассеты детектора.

Ю

13

Использование: поиск и разведка полезных ископаемых. Сущность изобретения: облучают горную породу потоком нейтронов и измеряют нулевой и первый моменты пространственного распределения плотности тепловых нейтронов. Для этого используют протяженный.детектор, экранированный двумя цилиндрическими кассетами. Каждая кассета содержит кольцевые кадмиевые экраны, что позволяет обеспечивать чувствительность детектора, возрастающую по его длине пропорционально кубу или квадрату расстояния до источника нейтронов. Измерение первого момента осуществляют при нахождении детектора только во внутренней кассете, а измерение нулевого момента осуществляют при нахождении детектора в окружении обеих кассет. Устройство обеспечивает перемещение верхней кассеты соосио с детектором излучения для установления НУЖНОЙ системы экранировки. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. (/

ЭКРАНЫ 4

-Экмкы 9

Кассета 3

Кассета $