1.3 Теоретичні відомості

Свердловинний гамма-спектрометр СГСЛ призначений для проведення геофізичних досліджень свердловин методами спектрометрії природнього гамма-випромінювання (ГК-С), захопленого гамма-випромінювання (НГК-С), наведеної гамма-активності (НАК-С) і методом рентген-радіометричного каротажу (РРК).

Спектрометр розрахований на роботу в комплексі з каротажною станцією, одноканальним лічильним пристроєм, одно - або трьох-жильним каротажним кабелем, полоній-берилієвим джерелом нейтронів (для проведення НГК-С), набором взірцевих спектрометричних джерел гамма-випромінювання.

Принцип дії спектрометра базується на сприйнятті гамма-випромінювання і перетворенні його в електричні сигнали, які після відповідного відбору передаються в наземну апаратуру для обробки та реєстрації.

В газорозрядних детекторах використовується іонізаційний метод реєстрації ядерних випромінювань, який полягає у вимірюванні електричного струму, що виникає після іонізації газу зарядженою частинкою. Конструктивно газонаповнений лічильник складається із заповненого газом (переважно скляного) балону 1, в якому розташовано два електроди. Внутрішня стінка балону напилюється графітом, вольфрамом чи міддю і служить катодом по осі балону розміщується анод у вигляді металевої нитки.

На лічильник подається постійна напруга 300-1200В. В якості газового наповнювача балону використовують інертний газ з парами високомолекулярних органічних сполук (спиртів, ефірів) чи галогенів (хлор,бром). Тиск газу в балоні складає близько 10⁴Па.

При взаємодії гама-квантів з матеріалом катода (фото-, комптон-ефект) утворюються електрони, які під дією електричного поля рухаються до анода, іонізуючи на своєму шляху молекули газу. Заряджені частинки (іони та електрони), рухаючись до відповідних електродів, викликають появу в детекторі іонізаційного струму.

Основна робоча характеристика газорозрядного детектора - це його лічильна характеристика, що являє собою залежність кількості зареєстрованих детектором імпульсів від поданої на електроди напруги. В інтервалі напруг, який носить назву плато лічильника, швидкість рахунку практично не залежить від величини поданої напруги. В газорозрядних детекторах Гейгера-Мюллера протяжність плато складає 200-300 В з кутом його нахилу 5-10% на 100 В. Робоча напруга детектора відповідає напрузі середини плато.

Функціональна схема свердловинного приладу апаратури СГСЛ включає сцинтиляційний детектор, джерело світлових реперних імпульсів та ряд блоків формування, підсилення та перетворенняімпульсів. Функціональна схема наземної панелі гамма-спектрометра складається з підсилювача, трьох диференційних каналів, один з яких працює як канал регулювання, одного інтегрального каналу, лічильного блоку з калібратором, вимірювального блоку, джерела живлення.

На вихід з кожного диференційних каналів, на відміну від інтегрального, поступають тільки ті імпульси, амплітуди яких відповідають "вікну" між нижнім і верхнім рівнями дискримінації. Розташування "вікна" на амплітудній шкалі (нижній рівень дискримінації) і ширина "вікна" встановлюються в залежності від умов досліджень в кожному конкретному випадку. Вимірювальний блок призначений для визначення істинних інтенсивностей гамма-випромінювання, що реєструються в диференційних каналах спектрометра, а також для визначення відношення або різниці цих інтенсивностей. У "вікні" каналу регулювання виділяються реперні сигнали, зміна амплітуди яких (під впливом зовнішніх чинників) використовується для відповідної зміни коефіцієнту підсилення вимірювальної системи, що забезпечує стабільність масштабного коефіцієнта енергетичної шкали гамма-спектрометра.

Технічні дані апаратури СГСЛ:

- верхня межа енергетичної шкали спектрометра, що відповідає максимальному рівню дискримінації, вибирається відповідно будь-якому значенню енергії випромінювання в інтервалі від 0.1 МеВ до11 МеВ;

- реєстрація гамма-випромінювання здійснюється сцинтиляційним детектором;

- живлення спектрометра здійснюється від мережі змінного струму напругою 220 В, частотою 50 Гц;

- живлення свердловинного приладу здійснюється стабілізованим струмом 110 мА при напрузі 20 В;

- максимальна швидкість лічби - від 5000 імп./с до 25000 імп./с (в залежності від типу каротажного кабеля);

- мертвий час свердловинного приладу - від 2 мкс до 50 мкс (в залежності від типу каротажного кабеля);

- ширина "вікна" кожного диференційного каналу плавно встановлюється в межах від 0 до 20% від верхньої межі енергетичної шкали спектрометра;

- рівень дискримінації С розташування "вікна" ) встановлюється плавно в межах від 0 до Umax вхідних імпульсів (Uмax=75 В, що відповідає верхній межі енергетичної шкали - 11 МеВ).