Способ мониторирования генератора быстрых нейтронов и устройство для его осуществления
Изобретение относится к ядернофизическим методам исследований, проводимых с портативными управляемыми источниками быстрых нейтронов, и может быть использовано в геологии, геофизике, горной промышленности и других отраслях народного хозяйства. Применение изобретения позволяет повысить точность ядерных измерений путем учета выхода генератора нейтронов . Способ основан на регистрации потока частиц детектором ионизирующих излучений, расположенным в непосредственной близости от источника нейтронов 14 МэВ, определении изменения выхода потока нейтронов по изменению скорости счета сцинтилляцио нного детектора бета-излучения, например , кристалла + РЗ.Э (РЗЭ - редкоземельные элементы), причем дополнительно осуществляют регистрацию бета-излучения, возникающего в результате распада активированных быстрыми нейтронами генератора высокобарных короткоживущих ядер материала-индикатора , окружающего детектор. Генератор с расположенным внутри детектором экранирован слоем вещества с высоким сечением захвата тепловых нейтронов, например кадмием, а детектор дополнительно экранирован для защиты от внешнего мягкого гамма и бета-излучения, а передача света с детектора на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) осуществлена посредством светопроводящего кабеля. Спектр бетаизлучения, представляющий собой с §ысокой степенью достоверности экспоненту , стабилизирован путем сравнения скоростей счета в двух энергетических областях и соответствующим изменением коэффициента усиления ФЭУ, при этом интегральная скорость счета с детектора бета-излучения прямо пропорциональна выходу генератора нейтронов. В. устройство введены активируемый быстрыми нейтронами генератора материал-индикатор и экран тепловых нейтронов, световолоконный кабель, фотоэлектронный умножитель , два одноканальных анализатора импульсов, RS-триггер, реверсивный n-разрядный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, логический элемен/ 2И, регистратор выхода нейтронов, причем детектор ионизирующих излучений представляет собой сцинтилляци- .онный кристалл, например, Y2SiO + + РЗЭ (РЗЭ - редкоземельные элементы ) , заключенный в материал-индикатор . 2 с.п. ф-лы, 2 ил. а SS
СОО3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (у) С 01 V 5/04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
IlPH ГКНТ СССР (21) 4660470/25 (22) 09. 03.89 (46) 15. 12. 91. Бюл ° N 46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (72) В.Г.Черменский, В.,Д.Гельд и С.Н ° Саранцев (53) 535.2i4 (088.8) (56) Патент США Ю 4180731., кл. G 0 1 V- 5/04, 1979;
Патент США N 3034008, кл. G 01 V 5/04, 1962. (54) СПОСОБ ИОНИТОРИРОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к ядернофизическим методам исследований, проводимых с портативными управляемыми источниками быстрых нейтронов, и может быть использовано в геологии, геофизике, горной промышленности и других отраслях народного хозяйства, Применение изобретения позволяет повысить точность ядерных измерений путем учета выхода генератора нейтронов. Способ оснсван на регистрации потока частиц детектором ионизирующих излучений, расположенным в непосредственной близости от источника нейтронов 14 МэВ, определении изменения выхода потока нейтронов по изменению скорости счета сцинтилляционного детектора бета-излучения, например, кристалла Y 2 зультате распада активированных быстрыми нейтронами генератора высоко- барных короткоживущих ядер материала-индикатора, окружающего детектор. Генератор с расположенным внутри детектором экранирован слоем вещества с высоким сечением захвата тепловых нейтронов, например кадмием, а де-. тектор дополнительно экранирован для защиты от внешнего мягкого гамма и бета-излучения, а передача света с детектора на фотоэлектронный умножи- тель (фЭУ) осуществлена посредством светопроводящего кабеля. Спектр бета излучения, представляющий собой с высокой степенью достоверности экспо- а ф ненту, стабилизирован путем сравнения скоростей счета в двух энергетических областях и соответствующим изменением казффициента усиления ФЭУ, при этом интегральная скорость счета с детектора бета-излуче- 2 ния прямо пропорциональна выходу генератора нейтронов. В устройство введены активируемый оыстрыми нейтрона- ф ми генератора материал-индикатор и экран тепловых нейтронов, световоло- (@ конный кабель, фотоэлектронный ум- (@ ножитель, два одноканальных анализа- р», тора импульсов, КВ-триггер, реверсив- у ный Il-ðà зря днь и с чет чи к, цифроа нало- . говый преобразователь, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, логический элемент2И, регистратор выхода нейтронов, причем детектор ионизирующих излуче- 3 ний представляет собой сцинтилляци- Ъ онный кристалл, например, Y + РЗЭ (РЗЭ вЂ” редкоземельные элементы), заключенный в материал-индикатор. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. 1698868 Изобретение относится к области ядерно-фи зичес ких методов исследований, проводимых с портативными управляемыми источниками быстрых нейтронов, и может быть использовано в геологии, геофизике, горной промышленности и других отраслях народного хозяйст ва. Целью изобретения является повыение точности измерений путем учета выхода генератора нейтронов. На фиг.1. представлен спектр бетаизлучения, возникающий при распаде активированных ядер материала-индиКатора, зарегистрированный детектором Y SiO + РЗЭ, сочлененным с фотоэлектронным умножителем посредством световолоконной оптики на фиг.2блок-схема устройства, реализующего способ мониторирования выхода импульсного генератора нейтронов. Способ заключается в регистрации расположенным в непосредственной. близости от источника нейтронов 14 Иэ8 детектором ионизирующих излучений потока частиц, определений измерения выхода потока нейтронов по изменению скорости счета детектора ионизирующих излучений, например, кристал лом Y 55 управляемого высоковольтного источника 12 питания, выход последнего подключен на вход питания ФЭУ 3, генератор 16 с детектором 1 защищены кадмиевым экраном 14. Устройство работает следующим образом. В первоначальный момент временИ реверсивный и-разрядный счетчик 10 находится в сброшенном состоянии, на его счетных выходах присутствуют Реализация предлагаемого способа мони тори ро ва ни я выхода и мпул ьс ного генератора нейтронов осуществляется устройством, представленным на Фиг. 2. Устройство содержит детектор 1 ионизирующих (P) -излучений, световод 2, Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ),3, усилитель 4 импульсов, одноканальные анализаторы 5 и 6 импульсов, RS-триггер 7, логический элемент 2ИЛИ-НЕ 8, логический элемент 2И 9, реверсивный и-разрядный счет.чик 10, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11,. управляемый высоковольтный источник 12 питания ФЭУ, регистратор 13 выхода нейтронов, кадмиевый экран 14, материал-индикатор 15, генератор 16 быстрых нейтронов. Детектор 1, окруженный материалом-индикатором 15, через световод 2 оптически соединен с фотокатодом ФЭУ 3, выход ФЭУ 3 через усилитель 25 - 4 импульсов подан на входы одноканальных анализаторов 5 и 6 импульсов, выход первого одноканального анализатора импульсов соединен с R-входом RS-триггера 7 и первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 8, выход второго одноканального анализатора импульсов соединен с S-входом RS-триггера 7 и вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 8, выход RS-триггера 7 подан на вход прямого обратного счета и-разрядного реверсивного счетчика, счетные выходы которого подключены к соответствующим входам ЦАП 11, а инверсный выход "Перенос" соединен с первым входом 40 логического элемента 2И 9, второй вход которого связан с инверсным выходом логического элемента 2ИЛИНЕ 8, выход логического элемента 2И 9 подан на вход стробирования ре-версивного п-разрядного счетчика 10 и вход регистратора 13 выхода нейтронов, выход ЦАП 11 подключен к входу 5 1698868.уровни "О". Вследствие этого на выходе ЦАП 11 присутствует нулевой потенциал; Управляемый высоковольтный источник 12 питания фотоэлектронного умножителя 12 работает так, что при нулевом. потенциале на его входе напряжение на его выходе максимально и плавно уменьшается при повышении входного напряжения. Таким образом в начальный момент коэффициент .усиления ФЭУ 3 максимальный. Этому будет соответствовать большая скорость счета во втором энергетическом окне, зада ваемом од нока нал ь ным а нали зато-! ром импульсов 6, чем в первом, задаваемом одно ка нал ь ным а нади затором 5 импульсов. Таким образом реверсивный 1 и-разрядный счетчик 10 начинает считать в прямом направлении, в резуль тате чего поднимается напряжение.на выходе АЦП 11, что, в свою очередь, приводит к понижению высокого напряжения на ФЭУ 3. Это будет происходить до тех пор, пока скорости счета в ;обоих энергетических окнах не сравняются -P -спектр застабилизируется. В дальнейшем при изменении энергетической шкалы скорость счета с соот ветс твующего од нока нал ь ног о а нализатора 5 или 6 увеличивается по отношению к скорости счета с другого одноканального анализатора 6 или 5. В зависимости от того, с какого одноканального анализатора пришел импульс, RS-триггер 7 устанавливается в прямое или инверсное состояние, в результате чего к содержимому реверсивного и-разрядного счетчика 10 единица или прибавляется, или вычитается. Изменение кода, в свою очередь, после работы ЦАП 11 и управляемого высоковольтного источника 12! О ! 40 питания приводит к изменению коэффициента усиления ФЭУ 3. Логический элемент,2И 9 служит для блокировки работы реверсивного и-разрядного счетчика 10 при возможных в режиме установления стабилизации случаях возникновения сигнала "Перенос". Суммарная скорость счета в обоих энер50 гетических окнах, пропорциональная интегральному счету и выходу нейтронов генератора 16, в процессе работы устройства регистрируется регистратором 13. При необходимости эту ин- " формацию можно по кабелю вывести на поверхность. Небольшой размер детектора, порядка 1 < 2 х 2 мм, позволяет расположить его внутри материала-индикатора, выполненного, например, в виде пустотелого цилиндра ° При этом общие габаритные размеры монитора (детектор + материал-индикатор) делают возможным размещение монитора в непосредственной близости от источника быстрых нейтронов. Например, при использовании в качестве излучателя трубки НТ-16 в скважинных приборах диаметром 48 мм монитор (детектор + + материал-индикатор) можно расположить между ускорительной трубкой и охранным кожухом скважинного прибора. .При этом достигается малая, порядка 10- 15 мм, длина зонда, т.е. расстояние между источником и детектором позволяет в генераторе быстрых нейт 7 ронов с выходом 2 «10 н/с получить с дете ктора с корос т ь с чет а в нес кол ько тысяч имп./с, Учитывая, вследствие набольших размеров относительно невысокой плотности и Z, малую эффективность регистрации детектором Y Использование световода позволяет отнести ФЭУ и электронные схемы на достаточное расстояние и исключить электромагнитные помехи, сопровождающие работу генератора нейтронов. Сплошной спектр бета-излучения, невысокое энергетическое разрешение детектора, потери при передаче света через световод — все это приводит к тому, что регистрируемый спектр представляет собой с большой степенью достоверности экспоненту, Если два одноканальных анализатора импульсов будут настроены так, что скорость счета в первом и втором энергетических окнах будет одинакова, то отношение в скоростях счета этих окон, в первоначальный момент равное единице, будет зависеть только от энергетической шкалы и не будет зависеть от интенсивности излучения. Так как скорость счета в энергетическом окне выражается — oc Е S = j Al dE, Е где Е1 и Š— верхний и нижний уров" ни дискриминации од1698068 40 ноканальных анализаторов, A u oC - постоянные, характеризующие форму кривой, то смещение энергетической шкалы в ту или иную сторону, например из-за изменения температуры, вызовет одинаковые по знаку (положительные или отрицательные), но разные по абсолют-10 ,ному значению приращения к скоростям счета в энергетических окнах, вслед-!, ствие чего отношение скоростей счета в этих энергетических окнах соответ, ственно уменьшатся или увеличатся, ! I 8 то же время изменение интенсивнос, ти излучения при равных в первонаI ; чальных момент скоростях счета в, энергетических окнах дает одинаковые приращения к скоростям счета как по ,знаку, та к и по абсолютным значениям, Таким образом, регистрируя бета,,изЛучение, возникающее при радио:активном распаде ядер материала;индикатора, благодаря стабилизиро, ванной энергетической шкале, возможl но относительное измерение выхода потока нейтронов. В зависимости ! от предъявляемых требований и ис-! пользуемой методики каротажа величину, пропорциональную выходу нейт ронов и записанную регистратором,, после сравнения с некоторым опорным значением можно подавать на вход уп,равления блока питания ускоритель ной трубки, как это сделано, напри мер, в прототипе,.или же в аналого" вом или цифровом виде передавать на ! поверхность для дальнейшей интер; претации, что не меняет сущности. 4ктивируемое нейтронами вещество может быт ь бором или бериллием. Логические элементы 2ИЛИ-НЕ, 2И, RS.— Tðèããåð, реверсивный и-разрядный счетчик реализуются на микросхемах серии K561: ЛЕ5, ЛА7, TBl, ИЕ11, соответственно ЦАП 11 может быть представлен включенными традиционным способом микросхемами К572ПА1 и К140 УДВ, Регистратор 13 может быть выполнен на информационном канале 50 любой скважинной аппаратуры радиоактивного каротажа интегрального типа. Данный способ мониторирования выхода генератора быстрых нейтронов и 55 устройство для его реализации позво1 ляют мониторироват ь выход неитронов малогабаритных генераторов без увеличения длины зондов, например зонда НГК, и с большей точностью. Формула и зобрет ения 1. Способ мониторирования генератора быстрых нейтронов, заключающийся в регистрации детектором ионизирующих излучений потока частиц, определении изменения выхода потока нейтронов. по изменению скорости счета детектора ионизирующих излучений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем учета выхода генератора нейтронов, регистрируют стабилизированный спектр 3 -излучения, возникающего при радиоактивном распаде ядер материала-индикатора, активированных быстрыми нейтронами генератора нейтронов, для чего отношение скоростей счета в двух энергетических областях спектра Р -излучения поддержиbaют постоянным. 2. Устройство для мониторирования генератора быстрых нейтронов, содержащее генератор нейтронов, детектор ионизирующих излучений, усилитель импульсов, управляемый источник питания и регистратор выхода нейтронов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно снабжено материаломиндикатором, экраном световодом, ФоIтоэлектронным умножителем, двумя одноканальными анализаторами импульсов, RS-триггером, реверсивным и-разрядным счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, логическим элементом 2ИЛИ-НЕ, логическим элементом 2И, при этом оптический выход детектора через. световод связан с фотокатодом Фотоэлектронного умножителя, . выход которого через усилитель импульсов подключен к выходам первого и второго одноканальных анализаторов импульсов, выход первого из которых соединен с R-входом RS-триггера и первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход второго одноканального анализатора импульсов соединен с S-входом RSтриггера и вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход RS-триггера подключен на вход прямого-обратного счета и-разрядного реверсивного счет чика, счетные выходы которого под- ключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, а инверсный выход соединен с первым 1698868 2 Ф б 8 1 фиг.1 ! фиг 2 Составитель В.Скоробогатова Редактор О,Спесивых Техред Л.Олийнык Корректор С.Шекмар Заказ 4396 Тираж Подпис ное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. М5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 01 входом логического элемента 2И,второй вход которого связан с инверсным выходом:логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход логического элемента 2И подключен на вход стробирования реверсивного и-разрядного счетчика и вход ! регистратора выхода нейтронов, выход цйфроаналогового преобразователя подсоединен к входу управляемого источника питания, связанного выходом с входом питания Фотоэлектронного умножителя, причем детектор ионизирующих излучений представляет собой с цинтилля ционный кристалл, размещенный внутри материала-индикатора и экрана.
