Скважинный гамма-спектрометр

Авторы патента:

G01T1/208 - схемы, специально предназначенные для сцинтилляционных детекторов, например для устройств с фотоумножителями

Использование изобретения: каротаж нефтяных, угольных и рудных скважин. Сущность изобретения: гамма-спектрометр содержит последовательно соединенный сцинтилляционный детектор гамма-излучения, линейный преобразователь напряжения - ток, интегратор импульсов тока с ключами заряда и разряда его емкости и выходом усилителя мощности, а также последовательно соединенный с выходом преобразователя ток-напряжение пороговый дискриминатор и одновибратор с короткозамкнутой линией задержки. В спектрометр введены одноканальный амплитудный анализатор, состоящий из двух дискриминаторов с разными порогами регистрации и схемы антисовпадений и двухполюсный ключ, причем одноканальный амплитудный анализатор включен параллельно пороговому дискриминатору и через двухполюсный ключ соединен с выходом преобразователя ток-напряжение. 3 ил.

Изобретение относится к ядерной геофизике, а именно к гамма-спектрометрам, работающим на каротажном кабеле и предназначенным для исследования нефтяных, угольных и рудных скважин. Известен скважинный гамма-спектрометр, содержащий сцинтилляционный детектор гамма-излучения и радиотехническое устройство для передачи сигналов на поверхность через кабель в виде прямоугольных однополярных импульсов. Однако, несмотря на пропорциональность амплитуд прямоугольных импульсов энергии регистрируемого излучения, спектрометр не позволяет передавать через кабель измеряемый спектр без искажений. Из известных геофизических спектрометрических устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является скважинный гамма-спектрометр, содержащий последовательно соединенные сцинтилляционный детектор, преобразователь ток-напряжение, линию задержки, обратный преобразователь напряжение-ток, интегратор импульсов тока с ключами заряда и разряда его емкости и выходной усилитель мощности, а также последовательно соединенный с выходом преобразователя ток-напряжение пороговый дискриминатор и одновибратор с короткозамкнутой линией задержки. Устройство работает следующим образом. Импульсы со сцинтилляционного детектора преобразователем ток-напряжение преобразуются в импульсы напряжения и поступают на входы линии задержки и порогового дискриминатора. Задержанные информационные импульсы напряжения вновь преобразуются в импульсы тока преобразователем напряжение ток и поступают на вход управляемого двухполюсного ключа K1. Выходной импульс преобразователя ток-напряжение, превышающий по амплитуде порог срабатывания порогового дискриминатора, запускает одновибратор, управляющий ключами Кл.1 и Кл. 2. Под действием импульса одновибратора ключ Кл₂ размыкается, а укороченный на короткозамкнутой линии задержки импульс одновибратора переключает ключ Кл₁ в состояние, противоположное прежнему. Происходит запоминание значения заряда в информационном импульсе тока на конденсаторе интегратора. Импульс напряжения с конденсатора усиливается по мощности усилителем и подается в кабель на поверхность. После генерирования очередного импульса в кабель одновибратор остается далее нечувствительным к запускающим импульсам в течение нескольких десятков микросекунд. Недостатком известного спектрометра является низкое быстродействие. В результате часть сигналов с выхода детектора гамма-излучения оказывается потерянной для передачи в кабель. При регистрации широкого амплитудного спектра гамма-излучения это приводит к снижению точности измерений за счет уменьшения статистики измерений. Цель изобретения повышение точности измерений спектрометрических потоков гамма-излучений. Указанная цель достигается тем, что гамма-спектрометр, содержащий последовательно соединенные сцинтилляционный детектор, линейный преобразователь ток-напряжение, линию задержки, обратный преобразователь напряжение-ток, интегратор импульсов тока с ключами заряда и разряда его емкости и выходной усилитель мощности, а также последовательно соединенный с выходом преобразователя ток-напряжение пороговый дискриминатор и одновибратор с короткозамкнутой линией задержки, введены одноканальный амплитудный анализатор, состоящий из двух дискриминаторов с разными порогами регистрации и схемы антисовпадений, и двухполюсный ключ, причем одноканальный амплитудный анализатор включен параллельно пороговому дискриминатору и через двухполюсный ключ соединен с выходом преобразователя ток-напряжение. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого гамма-спектрометра; на фиг. 2 гамма-спектр, облученный генератором нейтронов ИГН-6 смеси медного купороса с кварцполевошпатовым песком на модели пластов; на фиг. 3 гамма-спектр в энергетических окнах. Гамма-спектрометр содержит сцинтилляционный детектор 1, линейный преобразователь 2 ток-напряжение, линию 3 задержки, обратный преобразователь и напряжение-ток, двухполюсный ключ 5, интегратор 6 импульсов тока, выходной усилитель 7 мощности с каротажным кабелем 8, двухполюсный ключ 9, одноканальный амплитудный анализатор 10, дискриминаторы 11 и 12, схему 13 антисовпадений, а также параллельно соединенные с анализатором 10 пороговый дискриминатор 14, короткозамкнутую линию 15 задержки, однополюсный ключ 16 и одновибратор 17 с линией 15. Выход преобразователя 2 соединен с входами дискриминатора 14 и анализатора 10 через ключ 9. Анализатор 10 выполнен на двух дискриминаторах 11 и 12 с низким и высоким порогами регистрации и схеме 13. Схемой 13 производится отбор амплитуд импульсов с выхода преобразователя 2, лежащих между низким и высоким уровнями U. Ширина "окна" U регулируется от 0 до 15-20% энергетической шкалы и может быть установлена в любом ее участке. Ключ 9, замкнутый на дискриминатор 14, позволяет проводить общие исследования (обзорные) по стволу скважины и детальные исследования перспективных и продуктивных интервалов, когда он замкнут на вход анализатора 10. Гамма-спектрометр работает следующим образом. При положении, когда ключ 9 замкнут на анализатор 10, экспоненциальный импульс тока с выхода детектора 1 при помощи линейного преобразователя 2 преобразуется в импульс напряжения пропорциональной формы, поступающий на входы линии 3 и ключа 9. Задержанный информационный импульс напряжения вновь преобразуется в импульс тока преобразователем 4 и поступает на вход ключа 5. На выход анализатора 10 проходят только те импульсы, амплитуды которых соответствуют "окну" между нижним и верхним уровнями дискриминации и запускают одновибратор 1, управляющий ключами 5 и 16. Под действием выходного импульса одновибратора 17 блокирующий ключ 16 размыкается, а укороченный на короткозамкнутой линии 15 задержки импульс одновибратора 17 переключает электронный ключ 5 в состояние, противоположное указанному на блок-схеме. В течение действия разрешающего импульса осуществляется запоминание значения заряда в информационном импульсе тока на конденсаторе интегратора 6. По окончании токового импульса ключ 5 размыкается, предотвращая возможный подзаряд конденсатора интегратора 6 другими токовыми импульсами в течение времени формирования. Импульс напряжения, сформированный на конденсаторе интегратора 6, усиливается по мощности усилителем 7 и подается в кабель 8. Передача в кабель импульсов не всего спектра регистрируемого излучения, а только его части, определяемой "окном" одноканального амплитудного анализатора, снижает частоту передаваемых сигналов. Применительно к сважинной геофизике, например, для изучения вещественного состава горных пород с помощью активационного каротажа при энергетическом диапазоне до 5-6 МэВ, величине "окна" 0,25-0,3 МэВ и интегральной нагрузке 30-50 кГц представляется возможным уменьшить загрузку в кабель 20-30 раз, что составляет 1,5-2 кГц в энергетическом "окне" измерения. Частотные характеристики каротажных кабелей позволяют передавать прямоугольные однополярные импульсы с частотой не свыше 5-10 кГц при длине кабеля 2-3 км. Частота 1,5-2 кГц не является критичной, а информационные импульсы можно надежно транслировать через кабель длиной 1,5-1 км при каротаже рудных скважин. На фиг. 2 показано относительное влияние величины времени нечувствительности (₁= 5 мкм и ₂=25 мкм) одновибратора известного спектрометра на искажения зарегистрированных спектров гамма-излучения. На фиг. 3 дан пример измерения не всего спектра, а его частей, в частности, потоков гамма-излучения в энергетическом "окне" шириной 0,4 МэВ при расположении его сначала в области 0,834 МэВ, а затем 1,78 МэВ (при ₁=5 мкс и ₂=25 мкс), предлагаемым спектрометром. Из сопоставления результатов измерений (см. фиг. 2 и 3) следует, что предлагаемый гамма-спектрометр имеет ряд принципиальных преимуществ, уменьшается загрузка спектрометрического тракта и устраняется потеря информационных импульсов при передаче их в кабель: при работе с генератором нейтронов в рудных скважинах (как видно из фиг. 2) сильно активируется кремний, создавая по стволу скважины фон высокоэнергетического гамма-излучения (1,78 МэВ). Регистрация гамма-излучения спектрометром с энергетическим "окном" позволяет улучшить "кремниевый" фон и улучшить отношение сигнал/помеха. Таким образом, преимуществом изобретения является высокая точность измерений, так как уменьшается загрузка спектрометрического канала и улучшается отношение сигнал/помеха.

Формула изобретения

СКВАЖИННЫЙ ГАММА-СПЕКТРОМЕТР, содержащий последовательно соединенные сцинтилляционный детектор, преобразователь ток напряжение, линию задержки, обратный преобразователь напряжение ток, интегратор импульсов тока с ключами заряда и разряда его емкости и выходной усилитель мощности, а также последовательно соединенный с выходом преобразователя ток напряжение пороговый дискриминатор и одновибратор с короткозамкнутой линией задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в устройство введен однокалаьный амплитудный анализатор, состоящий из двух дискриминаторов ос разными порогами регистрации и схемы антисовпадений, и двухполюсный ключ, причем одноканальный амплитудный анализатор включен параллельно пороговому дискриминатору и через двухполюсный ключ соединен с выходом преобразователя ток-напряжение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с коллектором, осуществляющим пропорциональное координате электрическое или неэлектрическое деления заряда поступающей на .него электронной лавины, и может использоваться в координатно-чувствительных детекторах на микроканальных пластинах

Устройство для регистрации момента пролета частиц // 1679427

Устройство для времякоординатной компенсации радиометрических сигналов // 1644056

Калибратор жидкостного сцинтилляционного бета-радиометра // 1508781

Устройство временной привязки для больших сцинтилляционных счетчиков // 1432436

Изобретение относится к ядерной электронике и предназначено для временной привязки к моменту попадания заряженной частицы в сцинтилляци.онный счетчик ионизирующего излучения

Устройство регистрации сигналов фотоэлектронных умножителей // 1374159

Изобретение относится к ядерной электронике и может быть использовано при исследовании материалов с помощью оптических средств, в частности для диагностики плазмы по томсоновскому рассеянию

Электронный плотномер // 911971

Устройство для регистрации ионизирующего излучения // 609370

Устройство для регистрации световых импульсов // 558593

Изобретение относится к области измерения ионизирующего излучения, в частности к сцинтилляционным детекторам, и предназначено для обнаружения и выделения наложения световых импульсов

Устройство для регистрации ионизирующего излучения // 526270

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики, к сцинтилляционным детекторам ионизирующего излучения, и предназначено для регистрации импульсного ионизирующего излучения в условиях медленно изменяющегося фона

Способ формирования сигнала позиционно-чувствительного сцинтилляционного детектора // 2102774

Устройство для обнаружения контрабанды // 2161299

Изобретение относится к области обнаружения контрабанды и может быть использовано в контрольно-пропускных пунктах, авто- и железнодорожных станциях, аэропортах, таможенных службах и т.д

Способ дифференциальной стабилизации спектрометрического тракта сцинтилляционного блока детектирования гамма- излучения по реперному пику // 2225017

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и радиационному приборостроению и может быть использовано в радиометрической и спектрометрической аппаратуре, а также в радиационных приборах контроля различных технологических параметров с применением сцинтилляционных счетных и спектрометрических блоков детектирования

Детектор для измерения ионизирующего излучения // 2369881

Изобретение относится к детектору, предназначенному для измерения ионизирующего излучения, предпочтительно -излучения и рентгеновского излучения, содержащий сцинтиллятор и детектор света, детектор света стабилизирован благодаря использованию предварительно заданного источника света, предпочтительно светодиода (СД), где длительность и/или форма световых импульсов источника света отличаются от длительности и/или формы световых импульсов, излучаемых сцинтиллятором

Способ и система для стабилизации коэффициента усиления фотоумножителя, используемого в детекторе излучения // 2425397

Способ настройки сцинтилляционного счетчика // 2056639

Способ калибровки сцинтилляционного детектора высоких энергий и устройство для его реализации // 2647515

Группа изобретений относится к области регистрации ионизирующих излучений с помощью сцинтилляционных детекторов, конкретнее к способу калибровки сцинтилляционного детектора в диапазоне энергий от нескольких МэВ до сотен МэВ. Сущность изобретений заключается в том, что калибровка детектора осуществляется в два этапа. На первом этапе проводится линейная калибровка шкалы детектора по спектру гамма-линий в области низких энергий от 1 до 10 МэВ, а на втором этапе для перехода к нелинейному отклику детектора используется светодиодная калибровка. Устройство калибровки сцинтилляционного детектора высоких энергий состоит из двух каналов генератора импульсов тока для светодиодов, имеющих длину волны излучения, соответствующую максимуму спектра излучения сцинтилляционного кристалла, и расположенных в интегрирующей полусфере, которая с помощью оптического кабеля соединена с детектором. Технический результат - абсолютная калибровка энергетической шкалы сцинтилляционного детектора высоких энергий по всей энергетической шкале прибора. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 11 ил.