Герметически закрытая компоновка и нейтронное экранирование для детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа



Герметически закрытая компоновка и нейтронное экранирование для детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа
Герметически закрытая компоновка и нейтронное экранирование для детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа
Герметически закрытая компоновка и нейтронное экранирование для детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа
Герметически закрытая компоновка и нейтронное экранирование для детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа
Герметически закрытая компоновка и нейтронное экранирование для детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа
Герметически закрытая компоновка и нейтронное экранирование для детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа
Герметически закрытая компоновка и нейтронное экранирование для детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа

 


Владельцы патента RU 2481598:

ШЛЮМБЕРГЕР ТЕКНОЛОДЖИ Б.В. (NL)

Изобретение относится к области детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа для использования в скважинном каротажном инструменте. Скважинный каротажный инструмент содержит: источник нейтронов высокой энергии, выполненный с возможностью облучения частицами пласта, окружающего инструмент; по меньшей мере, один сцинтиллятор, чувствительный к гамма-излучению, возникающему в результате взаимодействия нейтронов с пластом; материал нейтронного экранирования, окружающий, по меньшей мере, один сцинтиллятор, причем указанный материал нейтронного экранирования содержит газ гелий-3, по меньшей мере, один электрод, расположенный в газе и выполненный с возможностью формирования электрического сигнала при входе в газ нейтронов; замедлитель нейтронов, окружающий материал нейтронного экранирования; и усилитель, оптически связанный, по меньшей мере, с одним сцинтиллятором. Технический результат - снижение фонового шума, повышение эффективности детектора. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Изобретение относится, в общем, к области детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа для использования в скважинном каротажном инструменте. Конкретнее изобретение относится к различным формам экранирования излучения для таких детекторов для уменьшения детектирования событий излучения, отличающегося от конкретных событий радиоактивного излучения, назначенных для детектирования.

Уровень техники

В технике известны различные скважинные каротажные инструменты, измеряющие явления радиоактивного излучения, возникающего от подземных пластов, окружающих ствол скважины. Такие инструменты можно спускать в ствол скважины на конце бронированного электрического кабеля, на трубной колонне или гибкой насосно-компрессорной трубе или другом средстве спускоподъема. Некоторые виды таких инструментов включают в себя источник нейтронов высокой энергии. Источник выполнен с возможностью испускать нейтроны в пласты, окружающие ствол скважины. Источник может являться «химическим» источником, включающим в себя радиоактивные изотопы, например порошок америция-241, смешанный с порошком бериллия. Другими источниками являются ускорители с электрическим управлением, такие как дейтерий-тритиевые или дейтерий-дейтериевые ускорители, испускающие непрерывный поток нейтронов или создающие «выбросы» с регулируемой продолжительностью нейтронов в пласты.

Такой скважинный каротажный инструмент включает в себя один или несколько детекторов радиоактивного излучения, обычно сцинтилляционных счетчиков. Сцинтилляционный счетчик включает в себя кристаллический детектор, выполненный из материала, чувствительного к излучению, входящему в него. Такой материал испускает малые вспышки видимого, инфракрасного или ультрафиолетового света после взаимодействия с излучением. Обычно амплитуда вспышки зависит от энергии, внесенной излучением. Преобразователь и усилитель, такой как фотоэлектрический умножитель, оптически связан с кристаллическим детектором и выполнен с возможностью генерирования детектируемого электрического импульса, соответствующего каждому событию детектирования излучения. Патент US 7084403 описывает различные материалы, используемые для сцинтилляционных кристаллических детекторов, с их соответствующими преимуществами и недостатками.

Один особенно полезный тип скважинного каротажного инструмента известен с товарным знаком RST, являющимся товарным знаком патентообладателя настоящего изобретения. Такой инструмент и его более современные усовершенствованные варианты исполнения включают в себя источник нейтронов типа ускорителя, испускающий выбросы нейтронов высокой энергии с регулируемой продолжительностью в пласты, окружающие ствол скважины. Один или несколько детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа устанавливают в инструменте для детектирования гамма-излучения, являющегося результатом взаимодействий нейтронов с окружающими пластами. Для обеспечения измерений таким инструментом, точно представляющих свойства окружающих пластов, необходимо экранировать один или несколько детекторов радиоактивного излучения как от прямого испускания нейтронов от источника, так и от нейтронов, взаимодействующих с пластами и материалами в стволе скважины. Такие нейтроны могут обуславливать события в детекторе радиоактивного излучения, не связанные со свойствами пластов, которые необходимо оценивать.

Некоторые материалы для сцинтилляционных детекторов, например, описанные в вышеупомянутом патенте US 7084403, имеют физические характеристики, такие как гигроскопичность и чувствительность к повреждениям механическим ударом и вибрацией, что делает необходимой установку сцинтилляционного кристаллического детектора с уменьшением воздействия на него влаги удара и вибрации. Также необходима установка с обеспечением свойств подходящего экранирования излучения, так что детектор радиоактивного излучения становится в основном чувствительным к событиям радиоактивного излучения, представляющим интерес, оставаясь относительно нечувствительным к другим событиям радиоактивного излучения.

Сущность изобретения

Скважинный каротажный инструмент согласно одному аспекту изобретения включает в себя источник нейтронов высокой энергии, выполненный с возможностью облучения пласта окружающего инструмент. Сцинтиллятор, чувствительный к гамма-излучению, возникающему в результате взаимодействия нейтронов высокой энергии с пластом, расположен в инструменте. Материал нейтронного экранирования окружает сцинтиллятор. Замедлитель нейтронов окружает материал нейтронного экранирования. Усилитель оптически связан со сцинтиллятором.

Способ для гамма-каротажа с нейтронным возбуждением согласно другому аспекту изобретения включает в себя облучения подземного пласта нейтронами высокой энергии. Нейтроны, испускающиеся из подземного пласта, замедляются вблизи сцинтиллятора. Замедленные нейтроны поглощаются между местом замедления и сцинтиллятором. В сцинтилляторе детектируются гамма-лучи, испускающиеся из подземных пластов, возникающие в результате взаимодействий нейтронов с пластами.

Краткое описание чертежей

Другие аспекты и преимущества изобретения должны стать ясны из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает пример инструмента радиоактивного каротажа скважины в стволе скважины;

Фиг.2 - пример детектора радиоактивного излучения, такого как инструмент каротажа на Фиг.1, более подробно;

Фиг.3 - другой пример детектора радиоактивного излучения;

Фиг.4 - пример объединения детектора нейтронов и гамма-излучения;

Фиг.5 - пример дополнительного нейтронного экранирования, окружающего фотоэлектрический умножитель в детекторе радиоактивного излучения;

Фиг.6 и 7 - примеры устройства герметизированной, ударопрочной установки с нейтронным экранированием.

Подробное описание изобретения

Пример возможного использования скважинного каротажного инструмента 12 показан в стволе скважины на Фиг.1. Инструмент 12 включает в себя, в общем, удлиненный кожух 14, выполненный с возможностью перемещения вдоль ствола 22 скважины через подземные пласты 24. Кожух 14 может быть выполнен из нержавеющей стали, титана или аналогичного материала с толщиной стенки, выбранной для стойкости к разрушению под действием гидростатического давления текучей среды (не показано) в стволе 22 скважины. Инструмент 12 может перемещаться вдоль ствола 22 скважины на бронированном электрическом кабеле 15. Кабель 15 может вытравливать и втягивать лебедка 26 или аналогичное лебедочное устройство, известное в технике. Электропитание для работы инструмента 12 может подавать блок 28 регистрации, расположенный на поверхности 30 земли. Блок 28 регистрации может включать в себя оборудование (не показано отдельно) для детектирования, регистрации, интерпретирования сигналов, передаваемых с инструмента 12 при его перемещении вдоль ствола 22 скважины. Устройство спускоподъема инструмента 12 вдоль ствола скважины (кабель 15 и лебедка 26) показано только как пример средства спускоподъема, которое можно использовать с инструментом, согласно изобретению. Можно также использовать для спускоподъема инструмента 12 вдоль ствола 22 скважины другие устройства, известные в технике, неограничивающие примеры которых включают в себя гибкую насосно-компрессорную трубу, бурильную трубу (также в составе для каротажа во время бурения), эксплуатационную насосно-компрессорную трубу и тросовый канат. Соответственно, средство спускоподъема, показанное на Фиг.1, не направлено на ограничение объема настоящего изобретения.

Инструмент 12 может включать в себя источник 16 нейтронов в кожух 14. Источник 16 в настоящем примере может представлять собой химический радиоактивный изотоп или ускоритель (импульсный или постоянного тока) источник нейтронов высокой энергии. Экран 20 может быть расположен внутри кожуха 14 между источником 16 и, по меньшей мере, одним детектором 10 радиоактивного излучения. Экран 20 может быть выполнен из материала со свойствами существенного предотвращения прямого перемещения нейтронов от источника 16 к детектору 10 радиоактивного излучения. Таким образом, нейтроны от источника 16, в общем, взаимодействуют с текучей средой в стволе 22 скважины и окружающих пластах 24, давая в результате события излучения, включающие в себя гамма-лучи, которые могут входить, по меньшей мере, в один детектор 10 радиоактивного излучения и детектироваться.

Детектор радиоактивного излучения 10 в настоящем примере может быть выполнен для детектирования гамма-лучей, испускаемых пластами 24, в результате взаимодействия между нейтронами от источника 16 и различными ядрами атомов в пластах 24. Уровень энергии и/или числа таких гамма-лучей может зависеть от свойств, представляющих интерес в пластах 24, включающих в себя их химический состав, коэффициент заполнения порового пространства («пористость») и состав текучих сред, присутствующих в поровых пространствах.

В результате детектирования гамма-лучей детектором радиоактивного излучения 10 можно получать электрические импульсы, вырабатываемые детектором 10 (показано на Фиг.2) в результате такого детектирования. Такие электрические импульсы можно передавать на анализатор амплитуды импульсов и блок телеметрии, показанные, в общем, позицией 18 и расположенные в кожухе 14. Анализатор амплитуды импульсов и блок телеметрии 18 может передавать сигналы по кабелю 15, соответствующие числам и энергетическим уровням детектируемых гамма-лучей. Альтернативно или дополнительно анализатор амплитуды импульсов и блок телеметрии 18 может включать в себя устройства регистрации сигналов для сохранения проанализированных электрических импульсов от детектора 10 для изучения, когда инструмент 12 извлекают из ствола 22 скважины.

Пример детектора излучения показан более подробно на Фиг.2. Детектор 10 может включать в себя сцинтилляционный кристаллический детектор 32 (или «сцинтиллятор»). Сцинтилляционный кристаллический детектор 32 может быть выполнен из различных материалов, известных испусканием вспышек света при входе в них излучения в виде гамма-лучей и/или рентгеновских лучей. Примеры таких материалов описаны в патенте US 7084403, выданном Srivastava et al. Сцинтилляционный кристаллический детектор 32 может иметь, в общем, форму цилиндра и может быть окружен, за исключением одного продольного конца, материалом оптического рефлектора, показанного, как рефлектор 34. Рефлектор 34 служит для отражения света, проходящего в направлении, отличном от направления к одному продольному концу сцинтилляционного кристаллического детектора 32, обратно в кристаллический детектор 32, таким образом, увеличивая вероятность того, что такой свет должен быть направлен к приемнику светового излучения, преобразователь и усилитель 48, такой как труба фотоэлектрического умножителя, соединенная с продольным концом сцинтилляционного кристаллического детектора 32. Такие усилители известны в технике. Подходящие примеры усилителей описаны в патенте US 4937446, выданном McKeon et al. и переуступленном патентообладателю настоящего изобретения, или например, в G. Knoll, Radiation Detection and Measurement, J. Wiley (2000), ISBN-10: 0471073385, ISBN-13: 978-0471073383.

В настоящем примере рефлектор 34 может быть окружен снаружи экраном-предохранителем 36 от рентгеновских лучей. Экран-предохранитель 36 от рентгеновских лучей может являться тонкой фольгой, выполненной из материала с высоким атомным номером (Z), такого как свинец. Экран-предохранитель 36 от рентгеновских лучей может уменьшать число фотонов ионизированного излучения, входящих в сцинтилляционный кристаллический детектор 32, ниже критической энергии. Посредством ограничения входа такими медленными фотонами ионизирующего излучения число выработанных детектирующих сигналов, не относящихся к событиям излучения, представляющего интерес, может быть, существенно уменьшено. Несмотря на тот факт, что анализатор (18 на Фиг.1) может, в ином случае, идентифицировать такие фотоны по амплитуде соответствующих электрических импульсов от усилителя 48, обычно усилитель 48 имеет определимое, ненулевое время восстановления после генерирования каждого электрического импульса в ответ на сцинтилляцию от кристаллического детектора 32. Ограничение детектирования импульсов событиями излучения, представляющими интерес, посредством подходящего экранирования, таким образом, может создавать предпочтительное увеличение общей эффективности детектора.

Другие продукты ядерной реакции, включающие в себя альфа-частицы, электроны (бета-частицы) и нейтроны, могут входить в детектор 10 и вызывать ядерные реакции в нем, дающие в результате вспышки света, не относящиеся к излучению, представляющему интерес для детектирования инструментом (22 на Фиг.1). Соответственно, детекторы радиоактивного излучения, согласно изобретению могут включать в себя дополнительные экранирующие устройства для уменьшения числа таких частиц реакции и другого излучения, входящего в детектор (10 на Фиг.1). В настоящем примере нейтронный экран 38 может быть расположен снаружи экрана-предохранителя 36 от рентгеновских лучей. Нейтронный экран 38 может быть выполнен из различных материалов, имеющих высокое сечение захвата нейтронов, например бора (например, бора-10), лития-6, кадмия и гадолиния, или их соединений. Металлический литий является высоко химически реакционноспособным, и, соответственно, имея подходящие свойства поглощения нейтронов, может быть неподходящим для использования в качестве нейтронного экрана 38. Альтернативой может являться, например, карбонат лития-6. Преимущество использования материалов, содержащих литий-6 для нейтронного экрана 38 по сравнению, например, с материалами, содержащими бор, состоит в том, что литий не выбрасывает гамма-лучи после захвата нейтронов; он только испускает альфа-частицы (ядра гелия). Вход таких испускаемых лучей в кристаллический детектор 32 может легко остановить экран-предохранитель 36 от рентгеновских лучей (если использован) или тонкая металлическая фольга из меди, серебра или алюминия, например. Нейтронный экран 38 может быть выполнен из твердого материала, содержащего материал, поглощающий нейтроны, например твердый металлический кадмий или твердый карбонат лития. Альтернативно, частицы материала, поглощающего нейтроны, можно вмешивать в связующее вещество, такое как эпоксидная смола или силиконовый каучук.

Если материал с большим атомным номером, такой как свинец, использовать для экрана-предохранителя 36 от рентгеновских лучей, тогда, в некоторых примерах, дополнительный слой фольги, например слой материала со средним атомным номером, может являться подложкой материала с большим атомным номером. Например, свинцовая внешняя фольга может иметь подложку из металлической серебряной внутренней фольги. Такая внутренняя фольга может поглощать флуоресцентные рентгеновские лучи, которые может выпускать свинцовая фольга по причине, например, поглощения или рассеивания фотонов излучения более высокой энергии свинцовой фольгой (характеристические рентгеновские лучи). Для целей настоящего примера «большой атомный номер» можно определить, как атомный номер больше 64. «Средний атомный номер» можно определить, как атомный номер между 35 и 66.

В некоторых примерах нейтронный экран 38 может быть выполнен из двухслойного материала. Например материал, содержащий литий-6, можно использовать на внешней части двухслойного нейтронного экрана для поглощения большинства входящих тепловых нейтронов. Внутренний слой из материала, содержащего бор-10 можно использовать для поглощения надтепловых нейтронов, которые проходят через материал, содержащий слой лития-6. Двухслойный нейтронный экран может включать в себя слои твердого материала или смешанные материалы, описанные выше для однослойного нейтронного экрана.

В некоторых примерах замедлитель 40 нейтронов может окружать внешнюю часть нейтронного экрана 38. Замедлитель 40 нейтронов может быть выполнен из материалов с высокой концентрацией ядер водорода, например полипропилена высокой плотности или гидрида титана. Замедлитель 40 нейтронов служит для уменьшения энергии любых входящих нейтронов для их захвата нейтронным экраном 38 и исключения входа в сцинтилляционный кристаллический детектор 32. При исключении попадания нейтронов в сцинтилляционный кристаллический детектор 32 и, следовательно, испускания света из него и/или создания нейтронами радиоактивных изотопов в сцинтилляционном кристаллическом детекторе 32 (что само может приводить к сцинтилляции, не относящейся к явлениям излучения, представляющим интерес) можно улучшить точность измерений спектра гамма-фотонов с нейтронным активированием.

В примере, показанном на Фиг.2, продольный конец кристаллического детектора 32 можно закрывать устройством 44 оптической связи типа, известного в технике. Устройство 44 оптической связи обычно устанавливают в контакте с лицевой панелью 46 фотоэлектрического умножителя или эквивалентного устройства 48. Материал устройства оптической связи может также загружаться материалом, поглощающим нейтроны, для улучшения экранирования, если он существенно не влияет на оптическую прозрачность.

В примере, показанном на Фиг.2, рефлектор 34 может содержать материал, поглощающий нейтроны. В данном варианте рефлектор действует одновременно как рефлектор света от сцинтиллятора 32 и как поглотитель нейтронов.

В другом примере экранированного сцинтилляционного кристаллического детектора 10A, показанном на Фиг.3, рефлектор 34 может окружать металлическая фольга 50, например алюминиевая, для предотвращения входа заряженных частиц, включающих в себя альфа-частицы и электроны, в сцинтилляционный кристаллический детектор 32.

В другом примере детектор радиоактивного излучения может создавать нейтронное экранирование сцинтилляционного кристаллического детектора и возможность детектирования надтепловых и/или тепловых нейтронов с использованием одного устройства. Экранированный детектор 10B на Фиг.4 включает в себя рефлектор 34, окружающий сцинтилляционный кристаллический детектор 32, как в предыдущих примерах. Рефлектор 34 может включать в себя экран 50 заряженных частиц и/или экран-предохранитель от рентгеновских лучей вокруг рефлектора 34, как в других примерах. Замедлитель 40 нейтронов может окружать внешнюю часть экранированного детектора 10B, как в предыдущих примерах. Кольцевое пространство 52 между замедлителем 40 и рефлектором 34 (или экраном 50 заряженных частиц или рентгеновских лучей 50) может быть заполнено газом гелий-3. Кольцевое пространство 52 может также включать в себя электроды 54, так что газ и электроды в комбинации образуют детектор тепловых нейтронов на гелии-3. Таким образом, нейтроны можно одновременно детектировать и останавливать их вход в кристаллический детектор 32. Как в предыдущих вариантах осуществления, действие газа в кольцевом пространстве 52 можно дополнять включением в состав слоя поглощения нейтронов (такого, как позиция 38 на Фиг.2), например, из материалов, содержащих литий, бор, кадмий и/или гадолиний, как описано выше. В некоторых примерах комбинация экрана заряженных частиц и/или экрана-предохранителя от рентгеновских лучей может быть расположена, как показано позицией 50 на Фиг.4, на внутренней части кольцевого пространства 52. Экран 50 может быть закрыт дополнительным слоем 51 материала, поглощающего нейтроны. В некоторых примерах замедлитель 40 нейтронов можно заменить материалом, поглощающим тепловые нейтроны, таким как кадмий или гадолиний, то есть некоторым образом прозрачным для надтепловых нейтронов. В таких примерах заполненное гелием-3 кольцевое пространство с электродами должно служить для детектирования надтепловых нейтронов. С поглощающим нейтроны слоем, таким, который может включать в себя литий-6 внутри заполненного гелием-3 кольцевого пространства, а также экран заряженных частиц/рентгеновских лучей в комбинации, должен уменьшаться вход любого продукта ядерных реакций из заполненного гелием-3 кольцевого пространства в сцинтилляционный кристаллический детектор 32.

В любом из приведенных выше примеров показатели работы детектора излучения можно улучшать созданием нейтронного экранирования вокруг части или всего усилителя. Показанный на Фиг.5 детектор радиоактивного излучения 10C может включать в себя сцинтилляционный кристаллический детектор 32, включающий в себя материалы 110 внешнего отражения и экранирования по любому из предыдущих примеров. В настоящем примере часть или всю внешнюю часть усилителя 48 (например, фотоэлектрического умножителя) может окружать слой 53, выполненный из материала, поглощающего нейтроны. Такой слой 53 можно наносить во время изготовления детектора 10C и выполнять из герметизирующего заливочного материала, такого как вулканизирующийся при комнатной температуре силикон, смешанный с материалом, поглощающим нейтроны, как описано в приведенных выше примерах. В дополнение или альтернативно, лицевую панель 46A усилителя 48 можно выполнить из стекла, включающего в себя материал, поглощающий нейтроны. При изготовлении такой лицевой панели, включающей в себя материал, поглощающий нейтроны, последний следует выбирать так, чтобы избежать создания сцинтилляции в лицевой панели 46A в результате поглощения нейтронов.

Любой из приведенных выше примеров можно дополнительно улучшить установкой сцинтилляционного кристаллического детектора 32 в герметизированном, поглощающем удары кожухе. Такие кожухи известны в технике, в частности, где кристаллический детектор выполнен из гигроскопического материала, и в случае размещения скважинного каротажного инструмента в компоновке бурильного инструмента (инструмента «каротажа во время бурения»), например, кристаллический детектор установлен в кожухе для изоляции кристаллического детектора от чрезмерных ударов и вибрации (см., например, патент US 4158773, выданный Novak). Примеры такой установки согласно изобретению можно лучше понять из показанного на Фиг.6 и 7. На Фиг.6 сцинтилляционный кристаллический детектор 32 может быть расположен в рефлекторе 34, как в предыдущих примерах. Нейтронный экран 40 может быть расположен снаружи рефлектора 34, как описано выше для некоторых примеров. Поглощающий удары материал 66 может включать в себя вулканизирующийся при комнатной температуре силикон, сшитый полимеризующийся гелевый агент, диспергированный в масле, или аналогичный материал, который может амортизировать кристаллический детектор 32. Обычно вышеупомянутые компоненты устанавливают в герметически закрытом кожухе 64. Продольный конец кристаллического детектора 32, противоположный устройству 44 оптической связи, может находиться в контакте с прижимной пластиной 62. Прижимная пластина 62 может поджиматься к концу кристаллического детектора 32 пружиной или аналогичным смещающим устройством. В некоторых примерах поглощающий удары материал 66 может сам включать в себя материал, поглощающий нейтроны, смешанный с ним. Пример, показанный на Фиг.6, включает в себя поглощающий удары материал 66, расположенный снаружи нейтронного экрана 40. Устройство, выполненное с обратным расположением компонентов, показано на Фиг.7.

Детекторы радиоактивного излучения и скважинный каротажный инструмент, выполненные согласно различным аспектам изобретения, могут иметь улучшенные показатели работы в отношении детектирования гамма-лучей, возникающих в результате нейтронных взаимодействий в геологических пластах по причине уменьшения фонового шума от нежелательной сцинтилляции, вызванной нейтронными взаимодействиями в сцинтилляционном кристаллическом детекторе.

Хотя изобретение описано для ограниченного числа вариантов осуществления, специалистам в данной области техники, воспользовавшимся данным описанием, должно быть ясно, что можно выработать другие варианты осуществления, не отходящие от объема изобретения, описанного в данном документе. Соответственно, объем изобретения должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.

1. Скважинный каротажный инструмент, содержащий
источник нейтронов высокой энергии, выполненный с возможностью облучения частицами пласта, окружающего инструмент;
по меньшей мере, один сцинтиллятор, чувствительный к гамма-излучению, возникающему в результате взаимодействия нейтронов с пластом;
материал нейтронного экранирования, окружающий, по меньшей мере, один сцинтиллятор, причем указанный материал нейтронного экранирования содержит газ гелий-3,
по меньшей мере, один электрод, расположенный в газе и выполненный с возможностью формирования электрического сигнала при входе в газ нейтронов;
замедлитель нейтронов, окружающий материал нейтронного экранирования; и
усилитель, оптически связанный, по меньшей мере, с одним сцинтиллятором.

2. Инструмент по п.1, дополнительно содержащий оптический рефлектор, расположенный между сцинтиллятором и материалом нейтронного экранирования.

3. Инструмент по п.2, в котором оптический рефлектор содержит материал, поглощающий нейтроны.

4. Инструмент по п.2, дополнительно содержащий экран-предохранитель от рентгеновских лучей, расположенный между материалом нейтронного экранирования и рефлектором.

5. Инструмент по п.4, в котором экран-предохранитель от рентгеновских лучей содержит внешний слой материала с большим атомным номером и внутренний слой материала со средним атомным номером.

6. Инструмент по п.1, в котором замедлитель нейтронов содержит полиэтилен.

7. Инструмент по п.1, в котором материал нейтронного экранирования содержит газ гелий-3, при этом инструмент дополнительно содержит, по меньшей мере, один электрод, расположенный в газе и выполненный с возможностью формирования электрического сигнала при входе в газ нейтронов.

8. Инструмент по п.1, в котором материал нейтронного экранирования содержит, по меньшей мере, один из следующего: литий, бор, кадмий и гадолиний.

9. Инструмент по п.1, в котором материал нейтронного экранирования содержит два примыкающих слоя, каждый с возможностью поглощения нейтронов с отличающейся энергией.

10. Инструмент по п.1, дополнительно содержащий материал нейтронного экранирования, расположенный, по меньшей мере, частично на внешней части усилителя.

11. Инструмент по п.1, в котором сцинтиллятор расположен в герметически закрытом кожухе, и дополнительно содержит поглощающий удары материал, расположенный между сцинтиллятором и кожухом.

12. Инструмент по п.11, в котором материал, поглощающий нейтроны, смешан с поглощающим удары материалом.

13. Инструмент по п.1, дополнительно содержащий экран для защиты от излучения, расположенный между источником и, по меньшей мере, одним сцинтиллятором, экран для защиты от излучения, выполненный с возможностью по существу останавливать нейтроны от прохождения в направлении от источника, по меньшей мере, к одному сцинтиллятору.

14. Способ нейтронного активирования гамма-каротажа скважины, содержащий шаги, на которых
облучают подземный пласт нейтронами высокой энергии;
замедляют нейтроны, испускающиеся из подземного пласта вблизи сцинтиллятора;
детектируют, по меньшей мере, одно из следующего: надтепловые нейтроны и тепловые нейтроны во время действия поглощения замедленных нейтронов;
поглощают замедленные нейтроны между местоположением замедления и сцинтиллятором; и
детектируют на сцинтилляторе гамма-лучи, испускающиеся из подземных пластов в результате взаимодействий с ним нейтронов.

15. Способ по п.14, в котором дополнительно предотвращают вход рентгеновских лучей в сцинтиллятор при прохождении излучения из подземных пластов через поглощающий рентгеновские лучи слой вблизи сцинтиллятора.

16. Способ по п.15, в котором дополнительно предотвращают вход флуоресцентных рентгеновских лучей, сформированных поглощающим рентгеновские лучи слоем в сцинтиллятор, для чего размещают слой поглощения флуоресцентных рентгеновских лучей между поглощающим рентгеновские лучи слоем и сцинтиллятором.

17. Способ по п.14, в котором дополнительно детектируют, по меньшей мере, одно из следующего: надтепловые нейтроны и тепловые нейтроны во время действия поглощения замедленных нейтронов.

18. Способ по п.17, в котором дополнительно поглощают тепловые нейтроны перед детектированием, по меньшей мере, одного из следующего: надтепловых и тепловых нейтронов так, что детектируют, по существу, только надтепловые нейтроны.

19. Способ по п.17, в котором детектирование, по меньшей мере, одного из следующего: надтепловых и тепловых нейтронов выполняют с помощью реакции нейтронов с газом гелий-3.

20. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, одно из следующего: замедление нейтронов и поглощение нейтронов выполняют с использованием материала, имеющего свойства, позволяющие, по существу, изолировать сцинтиллятор от ударов и вибрации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сцинтилляционным детекторам для регистрации ионизирующих излучений, обнаружения источников излучений, определения направления на них и их идентификации, для измерения спектра быстрых нейтронов.

Годоскоп // 2416112
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для обнаружения радиоактивных материалов и источников. .

Изобретение относится к детектору нейтронов для детектирования нейтронов в областях с существенным - или -излучением, содержащему чувствительный к нейтронам кристалл-сцинтиллятор (10), обеспечивающий сигнал захвата нейтрона, который сильнее сигнала захвата -излучения, с энергией 3 МэВ, полупроводниковый фотодетектор, оптически соединенный с кристаллом-сцинтиллятором, причем кристалл-сцинтиллятор и полупроводниковый фотодетектор (20) выбирают таким образом, чтобы время сбора полного заряда для сигналов сцинтиллятора в полупроводниковом фотодетекторе превышало время сбора полного заряда для сигналов, генерируемых непосредственно детектированием ионизирующего излучения в полупроводниковом фотодетекторе, детектор нейтронов также содержит устройство сэмплирования сигналов детектора, устройство (35) обработки цифровых сигналов, средство, которое отличает сигналы непосредственно из полупроводникового фотодетектора, индуцированные - или -излучением и по меньшей мере частично поглощаемые полупроводниковым фотодетектором, от сигналов света, поступающих в полупроводниковый фотодетектор, испускаемые кристаллом-сцинтиллятором после захвата по меньшей мере одного нейтрона, путем разделения по форме импульса, используя различие между временем сбора полного заряда для сигналов сцинтиллятора от времени сбора полного заряда для сигналов, генерируемых прямым детектированием ионизирующего излучения в полупроводниковом фотодетекторе, и средство, которое отличает индуцированные нейтронами сигналы от индуцированных -излучением сигналов в кристалле-сцинтилляторе путем разделения разных сигналов по высоте их импульса, используя различие между количеством фотонов, сгенерированных нейтроном и -излучением, в интересующей области.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для обнаружения и идентификации опасных материалов как активными, так и пассивными методами на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, пунктах таможенного досмотра, публичных местах и т.д.

Изобретение относится к фотоприемным устройствам для черенковских РИЧ-детекторов (RICH-Ring Imaging Cherenkov), регистрирующих кольцевое черенковское излучение, и может быть использовано в экспериментах в области физики элементарных частиц высоких энергий (ионов, каонов и протонов) для определения их зарядов и скоростей в широком диапазоне их импульсов и для их идентификации.

Изобретение относится к области детектирования ядерных излучений, в частности, быстрых нейтронов. .

Изобретение относится к регистрации рентгеновского и гамма-излучений, к определению их энергетического спектра, к медицинской рентгеновской томографии, к неразрушающему контролю материалов и изделий радиографическим и томографическим методами, к обнаружению источников ионизирующих излучений, к контролю содержимого багажа на контрольно-пропускных пунктах.

Изобретение относится к регистрации рентгеновского и гамма излучений, к определению их энергетического спектра, к медицинской рентгеновской томографии, к неразрушающему контролю материалов и изделий радиографическим и томографическим методами, к обнаружению источников ионизирующих излучений, к контролю содержимого багажа на контрольно-пропускных пунктах.

Детектор // 2377601
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений с помощью сцинтилляционных детекторов. .

Изобретение может быть использовано в медицинских томографах, при неразрушающем контроле в промышленности, для обеспечения безопасности при осмотре личного имущества, в физике высоких энергий. Сцинтиллятор для детектирования нейтронов содержит кристалл фторида металла из ряда, включающего LiCaAlF6, LiSrAlF6, LiYF4, служащий в качестве матрицы, в котором содержание атомов 6Li в единице объема (атом/нм3) от 1,1 до 20. Кристалл имеет эффективный атомный номер от 10 до 40 и содержит, по меньшей мере, один вид лантаноида, выбранного из группы, состоящей из церия, празеодима и европия. Нейтронный детектор содержит указанный сцинтиллятор и фотодетектор. Для получения кристалла фторида металла расплавляют смесь, составленную из фторида лития, фторида указанного металла, имеющего валентность 2 или выше, и фторида лантаноида, и выращивают монокристалл из расплава. Сцинтиллятор по изобретению имеет высокую чувствительность к нейтронному излучению и пониженный фоновый шум, связанный с γ-лучами. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к устройству для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно тепловых нейтронов, содержащему гамма-лучевой сцинтиллятор, упомянутый сцинтиллятор содержит неорганический материал с длиной ослабления Lg менее 10 см, предпочтительно, менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способностью торможения гамма-излучения для энергичных гамма-лучей в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем гамма-лучевой сцинтиллятор дополнительно содержит компоненты, для которых умножение сечения захвата нейтрона на концентрацию дает длину поглощения Ln для тепловых нейтронов, которая больше 0,5 см, но меньше пятикратной длины ослабления Lg, предпочтительно, меньше двукратной длины ослабления Lg для гамма-лучей с энергией 5 МэВ в сцинтилляторе, причем нейтронпоглощающие компоненты гамма-лучевого сцинтиллятора высвобождают энергию, сообщенную возбужденным ядрам после захвата нейтрона, в основном посредством гамма-излучения, причем гамма-лучевой сцинтиллятор имеет диаметр или длину края по меньшей мере 50% Lg, предпочтительно, по меньшей мере Lg, для поглощения существенной части энергии гамма-лучей, выделяемой после захвата нейтрона в сцинтилляторе, устройство дополнительно содержит детектор света, оптически соединенный с гамма-лучевым сцинтиллятором для детектирования количества света в гамма-лучевом сцинтилляторе, устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная гамма-энергия Esum выше 2,614 МэВ. Технический результат - повышение точности детектирования нейтронов. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно, тепловых нейтронов, содержащему по меньшей мере одну первую секцию (102) с высокой способностью к поглощению нейтронов и по меньшей мере одну вторую секцию (101) с низкой способностью к поглощению нейтронов, причем вторая секция содержит гамма-лучевой сцинтиллятор, материал гамма-лучевого сцинтиллятора содержит неорганический материал с длиной ослабления менее 10 см, предпочтительно, менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способностью торможения гамма-лучей для энергичных гамма-лучей во второй секции, где материал первой секции выбран из группы материалов, высвобождающих энергию, сообщаемую первой секции за счет захвата нейтрона, в основном, посредством гамма-излучения, и где вторая секция окружает первую секцию таким образом, что существенный участок первой секции покрыт второй секцией, устройство дополнительно содержит детектор света (103) 1, оптически соединенный со второй секцией для детектирования количества света во второй секции, устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем это приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением второй секции, где оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная энергия гамма-кванта E (sum) выше 2,614 МэВ. Технический результат - повышение точности детектирования нейтронов. 6 н. и 39 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к метрологии излучений, а именно к способу измерения интенсивности радиационного излучения, и может быть использовано в мониторных и радиографических сцинтилляционных детекторах рентгеновского и гамма-излучений, а также быстрых нейтронов. Техническим результатом изобретения является измерение вклада фонового излучения в сигнал детектора, повышение точности измерений, обеспечение измерений в сложных радиационных условиях, уменьшение ограничений на размеры детектирующего элемента. Технический результат достигается тем, что для измерения интенсивности излучения источника измеряют пространственное распределение полного сигнала Iполн(х) вдоль направления распространения первичного излучения, нормируют методом наименьших квадратов измеренное и теоретическое распределения до совпадения их значений на начальном участке, находят пространственное распределение фонового сигнала из условия: Iфон(х)=Iполн(х)-Iтеор(х), а пространственное распределение полезного сигнала находят как разность между распределениями полного и фонового сигналов, где: Iтеор(х)=А·ехр[-µ(E)·x] - теоретическое распределение полезного сигнала вдоль направления распространения первичного излучения, Iполн(х) - пространственное распределение полного сигнала, µ(Е) - коэффициент линейного ослабления первичного излучения в веществе сцинтиллятора, x - направление первичного излучения, Е - энергия первичного излучения. 1 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении систем визуализации в компьютерных томографах. Сцинтилляционный материал содержит модифицированный оксисульфид гадолиния (GOS), в котором приблизительно от 25% до 75% гадолиния (Gd) замещено лантаном (La) или приблизительно не более 50% гадолиния (Gd) замещено лютецием (Lu). Часть гадолиния (Gd) дополнительно может быть замещена по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, состоящей из иттрия (Y) и лютеция (Lu). GOS дополнительно содержит цериий (Се) и/или празеодим (Pr) в качестве примеси. Керамический GOS является кристаллическим. Устройство визуализации содержит по меньшей мере, один радиационный источник и радиационный детектор, содержащий указанный сцинтилляционный материал, а также оптически связанный с ним фотодетектор. Между сцинтилляционным материалом и фотодетектором расположен спектральный фильтр для блокирования света с длиной волны, превышающей примерно 900 нм, или инфракрасный свет, испускаемый сцинтилляционным материалом. Изобретение позволяет уменьшить послесвечение сцинтилляционного материала. 6 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений, в частности нейтронов. Сцинтилляционное стекло получают из композиции SiO2, Li2CO3, MgO, Al2O3, AlF3, CeO2, а для подавления окисления ионов церия в стекло вводят добавку металлического кремния (Si) в количестве 0,001-10 мас.%. Техническим результатом является понижение температуры варки стекла, улучшенный выход сцинтилляций, оптическая однородность. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам для измерения нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Детектор нейтронов содержит корпус, в котором размещены композиционный сцинтиллятор, спектросмещающие волокна, спектр поглощения которых находится в области спектра высвечивания композиционного сцинтиллятора и, по крайней мере, один фотоприемник, с которым оптически соединены торцы спектросмещающих волокон, при этом композиционный сцинтиллятор выполнен в виде отдельных гранул, которые расположены, по крайней мере, в один слой вокруг спектросмещающих волокон. Технический результат - повышение эффективности регистрации нейтронов. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Детектор нейтронов содержит фотоприемник и пластины из прозрачного водородосодержащего пластика, которые чередуются со слоями материала, содержащего сцинтиллятор и конвертор тепловых нейтронов, при этом дополнительно содержит спектросмещающее волокно, намотанное в один слой на торцевую поверхность пластин, концы которого оптически соединены с фотоприемником. Технический результат - повышение эффективности регистрации нейтронов. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано при создании радиационных детекторов. Цилиндрический позиционно-чувствительный детектор содержит множество сцинтилляторов, разделенных отражающим материалом, помещенным между сцинтилляторами, каждый сцинтиллятор находится в оптическом контакте с фотоприемником, при этом сцинтиллятор состоит из одного или нескольких цилиндрических наборов, составленных из сцинтиллирующих волокон, обеспечивающих регистрацию нейтронного или гамма-излучения, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон. Технический результат - определение направления, под которым излучение приходит на детектор в плоскости, перпендикулярной оси корпуса прибора, т.е. обеспечение азимутального углового разрешения. 1 ил.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений. Сцинтилляционный детектор содержит сборку сцинтиллирующих волокон для регистрации гамма-излучения, тепловых и быстрых нейтронов в форме кольца, а также два фотоприемника, расположенные на противоположных торцах сборки сцинтиллирующих волокон в оптическом контакте с ними, при этом сборка сцинтиллирующих волокон выполнена в виде одного или нескольких лежащих друг на друге кольцевых слоев с общей осью, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, расположены по окружности, сцинтиллирующие волокна для регистрации разных видов излучений располагаются в разных кольцевых слоях, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены оптически с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон. Технический результат - обеспечение пространственного разрешения детектора. 1 ил.
Наверх