1.2 Лічильники, які використовуються для вимірювання радіоактивності

Для проведення досліджень розрізів свердловин методами радіометрії використовується одноканальна та двоканальна апаратура.

Двоканальна апаратура дозволяє реєструвати одночасно дві криві – гамма-каротажу та нейтронного гамма-каротажу; гамма-каротажу та нейтрон-нейтронного каротажу за тепловими нейтронами; гамма-каротажу та нейтрон-нейтронного каротажу за надтепловими нейтронами. Одноканальна апаратура дозволяє реєструвати тільки криву гамма-каротажу. В апаратурі гамма-каротажу в якості датчиків використовуються газорозрядні, сцинтиляційні та напівпровідникові лічильники.

1.2.1 Газорозрядні лічильники

Газорозрядний лічильник представляє собою газонаповнений прилад, який забезпечує реєстрацію інтенсивності ядерних частинок за виникненням газового розряду. Газовим розрядом називають явище протікання іонізаційного струму через гази.

Газорозрядний лічильник – це своєрідний конденсатор. Одним електродом (анодом) у ньому служить тонка нитка із вольфраму, заліза або іншого металу діаметром 0,1-0,5 мм, яка натягнута вздовж осі скляного циліндра діаметром 1-3 см, другим електродом (катодом) є внутрішнє металічне покриття даного циліндра (Рис. 1.1). Роль діелектрика виконує суміш інертного газу та парів високомолекулярної сполуки, яка знаходиться під низьким тиском.

1 – скляний балон; 2 – металічний циліндр або металічне покриття (катод); 3 – нитка (анод); 4 – контакти та ізолятори. С – ємність;

R – опір

Рисунок 1.1 – Принципова схема та включення газорозрядних лічильників

Основні переваги газорозрядних лічильників:

• стабільність роботи у великому діапазоні зміни температури – від -55 до +300С;

• підвищена ефективність до жорсткого гамма-випромінювання при розв’язуванні деяких геолого-промислових задач.

Недоліки газорозрядних лічильників:

• висока робоча напруга живлення (700-1600В);

• обмежений термін роботи внаслідок розходу багатоатомних молекул на дисоціацію;

• мала максимальна швидкість рахунку.

1.2.2 Сцинтиляційні лічильники

Сцинтиляційний лічильник (Рис. 1.2) має два основних елемента: сцинтилятор, який реагує на ядерне випромінювання спалахами світла, і фотоелектронний помножувач (ФЕП), який перетворює дані слабкі спалахи світла в електричний імпульс та підсилює їх у мільйони разів.

1 – сцинтилятор (люмінофор); 2 – відбивач; 3 – ФЕП; 4 – фотокатод; 5 –діод, що фокусує; 6 – діоди; 7 – електрод (анод), що збирає;

8 – дільник напруги

Рисунок 1.2 – Принципова схема сцинтиляційного лічильника

Принцип роботи сцинтилятора полягає в наступному. Гамма-квант, який попадає в сцинтилятор, взаємодіє з його атомами (фотоефект, комптон-ефект, утворення електронно-позитронних пар), що приводить до виникнення вільних зарядів. Даним зарядам передається або вся енергія кванта (фотоефект), або її частка (комптон-ефект). Енергія вільних зарядів використовується на збудження атомів сцинтилятора. При переході зі збудженого стану в основний атоми сцинтилятора втрачають енергію, яка отримана при збудженні, у вигляді електромагнітних коливань (світлових фотонів) – люмінесценції.

Із багаточисельних сцинтиляторів найбільш часто використовують монокристали йодистого натрію NaI(Tl), йодистого калію KI(Tl), йодистого цезію CsI(Tl), які активовані талієм Tl з метою створення в решітках неорганічних кристалів додаткових центрів люмінесценції, а також пластмасові сцинтилятори.

Фотоелектронний помножувач (ФЕП) – пристрій, який з’єднує в собі фотоелемент і електронний підсилювач, дія якого базується на явищі вторинної електронної емісії.

Електрони, які вилітають із фотокатода, прискорюються електричним полем і через діафрагму прямують на перший електрод (динод) помножувача. Внаслідок вторинної емісії кожний електрон, що падає, вибиває із динода декілька вторинних електронів, кількість яких залежить від прикладеної між електродами різниці потенціалів. Дані електрони, знаходячись у полі притягання другого динода, також прискорюються та викликають вторинну електронну емісію на наступному диноді. Таким чином, проходить стрибкоподібне збільшення кількості електронів на кожному диноді ФЕП. Останнім електродом у даній ланці служить анод, який виготовлений у вигляді сітки та оточується екраном, що з’єднаний з передостаннім електродом.

Основні переваги сцинтиляційних лічильників:

• висока чутливість (ефективність);

• велика роздільна здатність;

• здатність розділяти частинки за їх енергіями та вимірювати їх за кількістю, тобто проводити спектрометрію радіоактивних променів.

Недоліки сцинтиляційних лічильників:

• висока чутливість до зміни температури навколишнього середовища;

• підвищені вимоги до стабільності напруги живлення;

• великий розкид параметрів фотопомножувачів і зміна характеристик та параметрів фотопомножувачів у процесі їх роботи.