32.Дайте характеристику напівпровідниковому лічильнику. Переваги та недоліки їх застосування.
У напівпровідникових лічильниках використовується властивість детекторів – одностороння провідність електричного струму. Для цього створюють шар, який називається p-n-переходом і володіє високим питомим опором. Дві пластини напівпровідника, одна з електронною провідністю, а друга з дірковою, приводять у тісне доторкання. У місцях їх доторкання починається дифузія електронів, яка нейтралізує частину дірок у тонкому граничному шарі з дірковою провідністю, і даний шар заряджається негативно. Аналогічно тонкий граничний шар з електронною провідністю заряджається позитивно. У результаті утворюється перехід p-n, який перешкоджає подальшій дифузії носія заряду. Такий перехід p-n володіє властивостями детектора. Якщо пластину з електронною провідністю приєднати до катода, а пластину з дірковою провідністю – до аноду, то через перехід іде струм. При зворотній полярності товщина переходу p-n росте і система не проводить струм.Для реєстрації гамма-квантів необхідні напівпровідникові лічильники з великою товщиною чутливого шару. Даний ефект досягається використанням літію, який володіє великим коефіцієнтом дифузії, в одному із торців напівпровідника із дірковою провідністю. У результаті чого отримуємо тришаровий детектор з p–i–n-переходом. Основні переваги напівпровідникових лічильників:
економія живлення;
компактні;
не чутливі до магнітного поля;
амплітудне розділення в 20-30 разів краще, ніж у сцинтиляційних лічильниках.
Недоліки напівпровідникових лічильників:
використання обмежене порівняно невеликими розмірами;
нестабільність роботи при підвищених температурах.
33
Способи еталонування апаратури радіоактивного каротажу
У даний час широко використовуються два способи еталонування апаратури ГК: спосіб радієвих еталонів і спосіб еталонних свердловин.
Спосіб радієвих еталонів. Задана інтенсивність гамма-випромінювання в даному способі забезпечується радієвими еталонами наступних марок: Ra13-Ra15, Ra24 на стаціонарній площадці.
Еталон і радіометр розміщують на висоті не менше 2 м від поверхні землі, на відстані не менше 4 м від сторонніх предметів і на лінії, яка перпендикулярна до осі приладу в середній точці індикатора.
Інтенсивність гамма-випромінювання на відстані r від індикатора розраховують за формулою:
,
(3.12)
де Iет – інтенсивність еталона на відстані 1 м; j – поправочний коефіцієнт, який враховує вплив розсіяного гамма-випромінювання.
Шляхом зміни відстані r від 0.3 до 4 м через певні інтервали отримують набір заданих інтенсивностей гамма-випромінювання, які реєструються пристроєм, що їх записує. У кожному положенні r еталона ведеться запис величини I не менше 1.0-1.5 хв. при максимальній сталій часу інтегруючої комірки к. За отриманими відхиленнями l для кожного розміщення радієвого еталону будують графіки еталонування, які представляють собою залежність величини відхилення пишучого пристрою від інтенсивностей, що задаються (Рис. 3.6).
Для переводу показів натурального фону в мкР/год. криву еталонування екстраполюють до перетину з віссю інтенсивностей та після чого шкалу інтенсивностей зміщують вліво на величину натурального фону Iф.
За графіком еталонування визначають перерахунковий коефіцієнт (см/(мкР/год.)):
,
(3.13)
де l – різниця між двома відхиленнями; I – різниця між інтенсивностями.
Спосіб еталонних свердловин. Еталонування апаратури гамма-каротажу в еталонних свердловинах, у яких розріз відкладів і умови вимірювання такі ж як і в що досліджуються, зводиться до мінімуму або повного виключення спотворюючи факторів: інтегральної чутливості детектора, лінійності шкали пристрою, що записує, початкового порогу реєстрації гамма-квантів, величина фонового випромінювання радіометра, індивідуальних особливостей апаратури гамма-каротажу та інші.
Суть даного способу полягає в тому, що криві ГК при різних умовах їх запису приводяться до умов вимірювань в еталонній свердловині. За еталонну одиницю, так званою ймовірною нормалізованою одиницею |I|йн, приймається подвоєна величина середньоквадратичного відхилення інтенсивності I і, яка зареєстрована в еталонному середовищі, від її середнього значення I сер:
,
(3.14)
де ni – число значень I,і в загальному числі інтервалів n,i, на які розбивається розріз еталонної свердловини.
При цьому покази ГК будуть виражатися у нормалізованих одиницях у вигляді I,н:
,
(3.15)
де I – інтенсивність випромінювання, яка виміряна в свердловині, яка досліджується. Число 3.5 введено для того, щоб нормалізована величина I,н була додатною.
34
У методі ГК вимірюють інтенсивність радіоактивного випромінювання гірських порід в свердловинах за допомогою індикатора γ-випромінювання. В якості індикатора використовують лічильник Гейгера-Мюллера, або більш ефективні і сучасні сцинтиляційні лічильники.
Одержана в результаті виміру крива, яка характеризує інтенсивність гамма-випромінювання пластів уздовж стовбура свердловини, називається гамма-каротажною кривою.
Гамма-випромінювання, що реєструється при гамма-каротажі, включає випромінювання від пластів гірських порід і фонове випромінювання. Фонове випромінювання викликане забрудненням радіоактивними речовинами матеріалів, з яких виготовлений прилад, і космічного випромінювання.
При дослідженні розрізів свердловин гамма-каротажем отримують безперервну криву вимірювання гамма-випромінювання гірських порід у заданих масштабах запису та глибини.
Конфігурації кривих інтенсивності гамма-випромінювання I спотворюються із-за наявності інтегруючої комірки у вимірювальній апаратурі. Внаслідок цього криві I на діаграмах ГК набувають асиметричної форми відносно середини пласта та зсуваються у напрямку руху приладу, а максимальна величина інтенсивності I max занижується, особливо в пластах обмеженої потужності (Рис. 3.4).
Границі пласта підвищеної радіоактивності можна визначити з достатньою для практики точністю за точками, які відповідають початку підйому кривої ГК у підошві пласта і початку її спаду в його покрівлі.
Крива радіоактивного каротажу (будь-якого, не тільки ГК) має відхилення, не пов’язані із зміною фізичних властивостей пластів гірських порід, які називаються статистичними флуктуаціями. Статистична флуктуація – це коливання інтенсивності радіоактивного випромінювання навколо деякої середньої величини в одних і тих же умовах.
У загальному випадку інтенсивність γ-випромінювання від пластів, що реєструється, пропорційна дійсній їх гамма-активності.
Проте, при однаковій гамма-активності породи з більшою густиною відмічаються меншими показами ГК через більш інтенсивне поглинання γ -променів. Таким чином, покази ГК є функцією радіоактивності, густини гірських порід та умов вимірювань (діаметра свердловини, густини промивної рідини, її радіоактивності, товщини обсадної колони, властивостей цементного каменю та ін.)
Умовно вважають, що ефективний радіус дії установки гамма-каротажу (радіус сфери, з якої виходить 90% випромінювань, сприйманих індикатором) відповідає приблизно 30 см. Випромінювання від більш віддалених ділянок гірської породи поглинається навколишнім середовищем, не досягнувши індикатора.
Гамма-каротаж знаходить широке застосування для вивчення літології гірських порід, виділення глинистих порід, якісної та кількісної оцінки їх глинистості, при кореляції розрізів свердловин. Гамма-каротаж використовується також для виявлення радіоактивних (калієвих або уранових) і нерадіоактивних руд, включаючи і вугільні пласти.
Гамма-каротаж проводиться в будь-яких свердловинах: обсаджених, необсаджених, з розчином або без нього.
Прилади гамма-каротажу суміщають часто з іншими видами досліджень в свердловинах: гамма-гамма-каротажем (ГГК), нейтрон-нейтронним каротажем (ННК), індукційним або боковим каротажем і ін..
Недоліки методу ГК: на покази гамма-каротажу істотно впливає діаметр свердловини, товщина металевої обсадної колони і цементного каменя.
35. Фізична суть спектрометричному гама каротажу та задачі що вирішуються за допомогою даного методу.
У методі ГКС міряють у здовж стовбуру свердловині змін інтенсивності гама квантів із заданою енергією по вихідному дискретному спектру енергії гама випромінювані можна встановити ізотопний склад і число радіоактивних ядер. У зв’язку з цим для оцінки вмісту в породах радію вторію калію потрібні тільки результати вимірювань інтенсивності гірських порід в трьох певних генетичних діапазонах, таким чином гама спектрометричним дослідження свердловин можуть бути зведені до одночасної реєстрації трьох кривих інтенсивності гама випромінювання при різних рівняннях дискримінації або в різних генетичних діапазонах для кількісної оцінки зміту різних радіоактивних елементів вирішують систему рівнянь число яких рівне числу визначення елементів. Задачі: зясовують механізм і швидкість вивітрювання з гірськиз порід за стан радіоактивної рівноваги Тh; вивчення геохімічна циклічність відновлення умови осадконакопичення гірських порід і проводять кореляцію німих товщ. Зясовують фаціальні характеристики та інтенсивні тектонічні рухи; вивчення особливості генезису виверження і метаморфічні гірські породи; виділення у вапняках вторинні доломіти.
36 Фізичні основи методів розсіяного гама випромінювання.
Методи розсіяного гама випромінювання базуються на випромінювані інтенсивності штучного ггама випромінювання, розсіяного породоутворюючими елементами в процесі ії опромінювання потокм гама квантів. Інтенсивність цього випромінювання залежить від густини і мінерального складу гірських порід. В методах розсіяного гама випромінювання в основному присутні фотоелектричне поглинання і комптонівське розсіювання гама квантів породою. При взаємодії з гірською породою жорстких гама квантів в початковий момент головну роль відіграє комтнонівське розсіювання в результаті якого жорстке гама випромінювання переходить в мяке. Ймовірність взаємодії жорстких гама квантів з гірською породою визначається числом електронів в одиниці об’єму, яке пропорційне густині породи. При жорсткому гама випромінені гама порід сумарна інтенсивність розсіяних гама квантів або виділена з нею мяка частина гама випромінювання залежить від їх густини і мінерального складу. Мінеральний склад гірських порід через фотоелектричне поглинання виявляє вплив на подальший розподів мяких гама квантів а в кінцевому результаті визначає інтенсивність мякої компоненти а розсіяних гама квантів яке не реєструється.