1.7.2 Метрологічне забезпечення вимірів апаратурою гамма-спектрометричного каротажу

Метод гамма-спектрометрії дозволяє визначати концентрацію природних радіоактивних елементів К⁴⁰, U(Rа), Th в гірських породах і покладах. Радіоактивні елементи по енергії гамма-випромінювання можна поділити на такі енергетичні вікна:

К⁴⁰ – в межах (1,3-1,56) МеВ (1.14)

U(Ra) – в межах (1,66-1,9) МеВ (1.15)

Тh – в межах (2,4 -2,9) МеВ. (1.16)

Межі зміни енергії гамма-квантів визначаються максимальною інтенсивністю випромінювання радіоактивного елемента.

Основне рівняння зв’язку інтенсивності -випромінювання I_ і вмісту радіоактивного елемента записується таким чином :

(1.17)

де S – концентраційна чутливість вмісту в масових долях (для К – 0.1%, U(Ra) – 110^-4 %, Th – 110 ^-4 %).

Перед проведенням повірки необхідно визначити нормативно-метрологічні характеристики досліджуваної апаратури з допомогою різних ізотопів (¹³⁷Cs, ⁸⁵Zn, ⁸⁸Y), які визначають відповідність номера вимірювального каналу певної енергії і перевіряють лінійність залежності рівня дискримінації з величиною енергії. Підготовлена апаратура повіряється на метрологічній установці.

Метрологічна установка складається з 5-ти моделей (імітаторів) пласта:

1. ша модель К⁴⁰, складається з порошку КCl;

2. га модель, складається з силікатного порошку і солі U(Ra);

3. тя модель, складається з силікатного порошку і солі Th;

4. та модель – фон (радіоактивного опромінення);

5. та модель – гетерогенна.

Розмір конструкції однієї моделі: діаметр 140 см, висота 170 см. По центру моделі встановлена труба 200 мм, яка імітує свердловину.

За результатами вимірювання на цих моделях визначають концентраційну чутливість для кожного енергетичного каналу:

S_(K,U(Ra),Th)=I_/C_{(K,U(Ra),Th )} (1.18)

де I_ – швидкість рахунку (інтенсивність) -квантів в каналах (K, U(Ra), Th); C_{(K, U(Ra), Th)} – концентрація кожного еталону.

Проведені дослідження в кожному з енергетичних вікон (не менше 3-х значень для набору статистичних характеристик) дозволяють визначити концентрацію радіоактивних елементів за формулами:

C_Th=I_Th/S_Th (1.19)

С_U =(I_U-_Th)/S_U (1.20)

C_K =[I_K-I_Th-(I_U-I_Th)]/S_K (1.21)

де S_Th, S_U, S_K – концентраційна чутливість кожного з каналів;  – коефіцієнти рівняння.

З врахуванням похибок повірочної установки, похибок передачі фізичної величини (концентрації радіоактивних елементів) і способу повірки апаратури, границя допустимої основної відносної похибки вимірювань гамма-спектрометрами не повинна перевищувати 4-15 %, для приладів груп:

1 – ша група – 4 -6 %

2 – га група – 6 -8 %

3 – тя група – 10 - 15 %.

1.8 Контрольні питання

1. Охарактеризуйте поняття “радіоактивність”, основний закон радіоактивного розпаду та величини, що його характеризують.

2. Які Ви знаєте елементи радіоактивного розпаду та їх характеристика?

3. Чим обумовлена природна радіоактивність гірських порід?

4. Дайте характеристику газорозрядному та сцинтиляційному лічильникам. Переваги та недоліки їх застосування.

5. Дайте характеристику напівпровідниковому лічильнику. Переваги та недоліки його застосування.

6. Як проводиться еталонування апаратури радіоактивного каротажу?

7. Які ви знаєте одиниці вимірювання при радіоактивних та ядерно-фізичних дослідженнях?

8. Сформулюйте фізичну суть гамма-каротажу.

9. Форма кривих гамма-каротажу.

10. Задачі, що вирішуються за допомогою гамма-каротажу.

11. Сформулюйте фізичну суть спектрометричного гамма-каротажу.

12. Задачі, що вирішуються за допомогою спектрометричного гамма-каротажу.

13. Наведіть технічні умови проведення гамма-каротажу.

14. Наведіть технічні умови проведення гамма-каротажу диференційної радіоактивності.

15. Метрологічне забезпечення апаратури гамма-каротажу.

16. Метрологічне забезпечення апаратури спектрометричного гамма-каротажу.