基於超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發中子測井儀的製作方法

2023-05-13 05:38:21

基於超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發中子測井儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發中子測井儀，測井儀內雙中子探測器和雙中子時間譜儀內部包含兩組正比計數管、包裹超熱中子探測器的聚乙烯中子慢化材料、包裹在慢化材料外的金屬鎘皮、探測器高壓電源、前置放大器、成形與甄別電路，以及記錄雙中子探測器輸出信號的脈衝計數器、時間譜分析與緩存電路。利用公開的雙中子探測器和雙時間譜儀，測量超熱中子、熱中子的時間譜，並定義自原生中子慢化為熱中子時刻到任意時刻的超熱中子、熱中子的衰減量比值為「E／T」比，以此構建了基於飽和礦層的鈾定量實時算法。
【專利說明】基於超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發中子測井儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用於鈾礦勘探鑽孔的脈衝中子測井技術，也是一種基於超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發中子測井儀。
【背景技術】
[0002]核測井是在鑽孔中開展的核輻射測量，是隨著當代科技的發展，以及在礦產(特別是能源礦產)勘查中的應用而迅速發展起來的一項尖端技術。核測井是利用地層巖石天然產生或人工誘發的放射性射線，研究射線沿鑽孔軸線(井軸)分布規律，進而確定地層巖石中是否含有某些核素(元素)，並確定元素含量的一種無損探測方法。相比地面開展的核輻射測量，很多常規測量方法難以在井中實現。核測井必須克服鑽孔空間狹小、隨井深加大所伴隨的高溫高壓及其它條件約束。目前的核測井主要有Y測井、中子測井等，其中脈衝中子測井是利用小型可控中子發生器(氘氚或氘氘加速器製作而成)，以脈衝方式向井下地層巖石(達數千米)發射快中子，探測中子誘發的Y能譜、或原生中子或二次中子的時間譜，是一種先進的核測井技術。
[0003]在鈾礦勘探領域，我國一直採用自然Y測井(總量型或能譜型)進行鈾礦定量，因鈾元素並非Y核素(而是其衰變子體)，屬於「間接測鈾」技術；須經巖性取樣與化學分析求取鈾與子體(特別是鐳及子體)的放射性平衡係數，以及釷系Y核素與40K(鉀同位素)的Y射線份額，以此修正這些影響因素造成的鈾定量偏差；因而具有鑽探效率低、勘探成本高、鈾定量周期長等缺點。鈾裂變瞬發中子測井是「直接測鈾」的一種鈾礦定量測井技術，在確定深部地層巖石的鈾含量時，甚至無需巖性取樣與化學分析。
[0004]因地層巖石的含鈾量較低，小型中子發生器產額難以提高，使中子誘發地層巖石235U裂變的核反應率極低。因而，探測鈾裂變瞬發中子(或緩發中子)的脈衝中子測井技術現仍處於理論研究和實驗階段。目前，鈾裂變瞬發中子(或緩發中子)測井還沒有研製國產儀器，美歐核大國的儀器產品一直限制出口我國。

【發明內容】

[0005]本實用新型的主要目的在於:自主研發鈾裂變瞬發中子測井技術、儀器關鍵部件與鈾礦定量方法，以便擺脫國外技術封鎖，促進我國鈾裂變瞬發中子測井儘快實用化，以替代現行鈾礦定量的自然Y測井技術，進而實現「直接測鈾」及鈾礦定量解釋。
[0006]本實用新型的技術方案為:一種基於超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發中子測井儀，該儀器由小型可控中子發生器向鑽孔周圍的地層巖石發射快中子，也稱為原生中子。原生中子被地層巖石與鑽孔介質相繼慢化為超熱中子與熱中子，熱中子誘發235U裂變並放射出鈾裂變瞬發中子，也稱為二次中子。二次中子又相繼慢化成為超熱中子與熱中子，並可再次誘發235U裂變，如此反覆，從而由鈾裂變瞬發中子延長了超熱中子消逝時間。利用測井儀內超熱中子探測器和熱中子探測器及對應的中子時間譜電路探測地層巖石中超熱中子和熱中子隨時間衰減變化的時間譜信息可推算出地層中的鈾含量。[0007]在鑽孔中探測超熱中子、熱中子的兩個中子探測器2、3和中子時間譜儀內部包含兩組正比計數管19、20、包裹超熱中子探測器2的聚乙烯中子慢化材料14、包裹在慢化材料外的金屬鎘皮15、探測器高壓電源6、前置放大器4、成形與甄別電路16，以及記錄兩個中子探測器輸出信號的脈衝計數器17、時間譜分析器與緩存電路18。其中，探測器高壓電源6與兩組正比計數管19、20相連，兩組正比計數管19、20輸出端與分別與對應的前置放大器4相連，前置放大器4輸出端與成形及甄別器16相連；成形及甄別器16輸出端與脈衝計數器相連17，脈衝計數器17輸出端與時間譜分析及數據緩存電路18相連；中子時間譜電路可分別記錄二次中子和原生中子慢化而來的超熱中子和熱中子，也就是超熱中子和熱中子的時間譜。中子時間譜電路採用485通訊電路7與地面測井計算機11進行數據通信與數據傳輸；探管低壓電源電路8負責將地面送來的AC200V交流電源，經穩壓和濾波轉換為各電路模塊所需的±24V、±5V直流電源；探測器高壓電源電路6將+24V直流電源轉換為+1200V~+1800V直流高壓，連接正比計數管18、20的加速極。
[0008]選用3He氣體的正比計數管制作超熱中子探測器2和熱中子探測器3，其內部充氣壓力為0.6Mpa~1.2Mpa ;超熱中子探測器2內的正比計數管19外圍包裹5mm~6mm壁厚的含氫量很高的聚乙烯中子慢化材料14,慢化材料14外圍再包裹0.5mm~1.5mm壁厚的金屬鎘皮15，熱中子探測器3內的正比計數管20外圍無任何包裹材料，其中慢化材料14用於將熱中子慢化為超熱中子，金屬鎘皮15用於阻擋熱中子進入超熱中子探測器正比計數管19。兩個中子探測器2、3的正比計數管19、20採用上下結構或梅花結構，採用上下結構時，超熱中子探測器正比計數管19緊靠中子發生器1，熱中子探測器正比計數管20緊靠超熱中子探測器正比計數管19 ;採用梅花結構時，超熱中子探測器正比計數管19位於探管截面中心的軸線上，熱中子探測器由4~6個小體積正比計數管20構成，位於超熱中子探測器正比計數管19周圍，並以超熱中子探測器正比計數管19為中心，形成以軸線對稱的梅花狀分布，金屬鎘皮15包裹在慢化材料14外沿，輪廓為梅花狀。
[0009]具體為:
[0010](I)研製在鑽孔中探測熱中子的3He正比計數管。也就是正比計數管中充入3He氣體，利用3He (η，ρ) T或kiB (n，CO7Li的中子核反應，探測熱中子，即熱中子(η)轟擊3He核或10B核發生如下兩種核反應:
[0011](η, ρ)核反應:n+3He — p+T+0.765MeV σ 0=5333土7b
[0012]
【權利要求】
1.一種基於超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發中子測井儀，其特徵在於:該儀器測井儀探管中包括超熱中子探測器(2)和熱中子探測器(3)，超熱中子探測器(2)內含超熱中子探測器正比計數管(19)、包裹超熱中子探測器的聚乙烯中子慢化材料(14)、包裹在慢化材料外的金屬鎘皮(15);熱中子探測器(3)內含熱中子探測器正比計數管(20);測井儀還包含探測器高壓電源出)、前置放大器(4)、成形與甄別電路(16)，以及記錄雙中子探測器輸出信號的脈衝計數器(17)、時間譜分析與緩存電路(18)、探管馬籠頭(10)和滑輪(12)；其中，探測器高壓電源(6)與兩組正比計數管(19)和(20)相連，兩組正比計數管(19)和(20)輸出端與分別與對應的前置放大器(4)相連，前置放大器(4)輸出端與成形及甄別器(16)相連；成形及甄別器(16)輸出端與脈衝計數器相連(17)，脈衝計數器(17)輸出端與時間譜分析器及數據緩存電路(18)相連；雙中子時間譜儀可分別記錄快中子和瞬發中子慢化而來的超熱中子和熱中子，也就是超熱中子和熱中子的時間譜，雙中子時間譜儀採用485通訊電路(7)與地面測井計算機(11)進行數據通信與數據傳輸，探管低壓電源電路(8)負責將地面送來的AC200V交流電源，經穩壓和濾波轉換為各電路模塊所需的±24V、±5V直流電源；探測器高壓電源電路(6)將+24V直流電源轉換為+1200V?+1800V直流高壓，連接正比計數管(19、20)的加速極。
2.根據權利要求1所述的基於超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發中子測井儀，其特徵在於:選用3He氣體的正比計數管制作雙中子探測器，其內部充氣壓力為0.6Mpa?.1.2Mpa ;超熱中子探測器(2)內的正比計數管(19)外圍包裹5mm?6mm壁厚的含氫量很高的聚乙烯中子慢化材料(14),慢化材料外圍再包裹0.5mm?1.5mm壁厚的金屬鎘皮(15),熱中子探測器(3)內的正比計數管(20)外圍無任何包裹材料。其中慢化材料用於將熱中子慢化為超熱中子，金屬鎘皮(15)用於阻擋熱中子進入超熱中子探測器正比計數管(19)；雙中子探測器的正比計數管(19)和(20)採用上下結構，採用上下結構時，超熱中子探測器(2)內的正比計數管(19)緊靠中子發生器(I)，熱中子探測器內的正比計數管(20)緊靠超熱中子探測器正比計數管(19)。
【文檔編號】E21B49/00GK203515572SQ201320592736
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】湯彬, 王仁波, 張雄傑, 王海濤, 陳銳, 劉志鋒 申請人:東華理工大學