Нейтронные характеристики горных пород

В соответствии с двумя видами взаимодействий с нейтронами различают две группы нейтронных свойств пород: замедляющие и поглощающие.

Кроме названных параметров замедления и сечения рассея­ния в качестве нейтронной характеристики используют так назы­ваемую длину замедления нейтронов L_S:

г де r— среднее значение квадрата расстояния от начала движе­ния в породе быстрого нейтрона до точки его замедления до теп­ловой энергии.

При постоянной начальной энергии быстрых нейтронов (для одного источника) длина замедления зависит только от замедляю­щих способностей породы. Последняя же определяется как воз­можностью рассеяния (сечением), так и потерей энергии нейтро­на при столкновении. По последнему свойству элементы горных пород наиболее разнятся между собой, и именно потерей энергий при столкновении элементов определяются аномальные или нор­мальные свойства пород.

Аномальным замедлителем в горных породах являете водород. На нем теряется максимальное количество энергии нейтрона, он в сравнении с другими легкими элементами (Li, Be, С), облада­ющими также повышенными потерями, находится в достаточно больших количествах в минеральном скелете породы и в веществе, заполняющем поры. Увеличение в породах воды, газа или нефти приводит к существенному понижению длины замедле­ния нейтронов. Увеличение водородосодер­жания породы на 30% приводит к уменьшению L_S в 2,5 раза. При этом минеральный состав осадочной породы мало сказывается на длине замедления. Наличие же в породах сульфидов и других ми­нералов тяжелых металлов, на ядрах которых потерь энергии ней­тронов практически не происходит, увеличит длину замедления породы.

Поглощающие свойства горной породы принято характери­зовать двумя параметрами: τ и L_d. Среднее время жизни тепловых нейтронов τ в среде определяется отрезком времени между момен­том, когда быстрый нейтрон замедлился до теплового, и моментом поглощения теплового нейтрона ядром.

Малые времена жизни тепловых нейтронов определяют их ма­лую плотность в горной породе. Измеряя последнюю, можно оп­ределить наличие и концентрацию в породе элементов, аномально поглощающих нейтроны.

Например, присутствие в непресной поровой воде хлора де­лает её более способной к поглощению тепловых нейтронов, чем нефть, что может быть использовано для разделения водородосодержащих сред.

Длина диффузии L_d теплового нейтрона, аналогично длине за­медления, характеризует среднее квадратичное расстояние, кото­рое проходит нейтрон от точки замедления до точки поглощения.

На величину L_d влияют как рассеивающие, так и поглощающие свойства среды. Длина диффузии в отличие от L_S зависит не только от водородосодержания породы, но и от содержания в ней элементов, ядра которых с разной вероятностью поглощают тепловые нейтроны. Более низ­кое значение L_d у известняка в сравнении с кварцевым песчаником обусловлено относительно хорошо поглощающим тепловые ней­троны кальцием.

На величину времени жизни тепловых нейтронов и на их рас­пределение в породе наличие элементов — аномальных поглотите­лей нейтронов сказывается интегрированно. Больший вклад в по­нижение τ может внести элемент с более низким сечением захвата теплового нейтрона, но находящийся в породе в больших количес­твах, чем остальные.