Способ рационального измерения плотности

Способ рационального измерения плотности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

. пятен,,„ б (72) Авторы изобретения

Б. Ж, Жалсараев и P. П. Мещеряков

Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С. М, Кирова (7I) Заявитель (54) СПОСОБ РАДИАЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

Изобретение относится к способам определения плотности веществ по рассеянному гамма-излучению и может, быть использовано в ядерной геофизике при гамма-каротаже скважин, а также в других областях техники,, например, для определения содержания

\ тяжелых металлов в различных образцах и рудах по эффективному атомному номеру и плотности.

Известны способы исследования материалов по рассеянному гаммаизлучению, в которых используется либо мягкое гамма-излучение(селективный гамма-гамма-метод) для определения эффективного атомного номера () либо относительно жесткое гамма-излучение с энергией поряд. ка 1 МэВ плотностной гамма-гамма— метод1 В основу этих методов положено комптоновское рассеяние гаммаквантов. Так как вероятность рассеяния пропорциональна плотности электронов в..облучаемам участке Среды ре

1. гистрация рассеянных квантов дает ин формацию о плотности среды, При регистрации мягких рассеянных квантов на .выход последних сильно влияет фотопоглощение, что дает воэможность судить об атомном номере среды tl ).

Эти способы рсуществимы в приставных,скважиниых и других приборах,содержащих радиоиэотопные источники,детекторы и защиту с коллиматорами, Недостатком известных способов является то, что в любой иэ этих модификаций на результатах измерений сказывается совместное влияние плотности и атомного номера. Кроме того, на показание приборов влияет как изменение расстояния до среды, так и наличие инородных прослоек, например глинистой корки.

Наиболее близким к предлагаемому является двухлучевой способ определения плотности, заключакицийся в облучении среды коллимированным пучком гамма-излучения и регистрации

03 4 от источника, пр осматривают точ-, ки А и В исследуемой среды 3, причем через эти точки проходит коллимированный пучок высокоэнергетических квантов источника 4.

Облучение производят, например, тормозным излучением с максимальной энергией 6 8 МэВ. В детекторах и 2 схемами дискриминации выделяются аннигиляционные и комптоновские рассеянные кванты. Эффективный атомный номер среды в исследув 4ом участке, ограниченном треугольником АВС, определяют по формуле (М2!й„) Ф (О,Е ) 25 Еи (E 2)

) ф (8,Е)..:Ф ".», 3 7074 вторичного излучения в двух детекто= " рах, удаленных от источника на разные расстояния. Детекторы регистриру ют- йара»ллепьйые "пучки однократно рассеянных квантов йо отношениям ско- 5 ростей.счета этих квантов судят о плотности среды в исследуемом участке P2 ).

Недостатком способа является низкая статистика при регистрации однократно рассеянного йэлучения, поэтому приходится регистрировать также и

"ййогокфатно рассеянное излучение, приходящее из участков меньшей глу бины. Малая проникающая способность первичных и вторичных квантов и слабая йнтенсивность регистрируемого излучения приводят к повышенным требованиям ic активности источника.

Но даже при достаточной активности 20 источника размазывание первичного пучка и вклад многократно рассеянного йзлучения ограйичивает глубинность способа. На определение плотности

1 1 влияет также изменение атомного номера срепы.

Цель изобретения — увеличение точ-. ности, определения плотности, а также увеличение глубинности исследования этих параметров среды.. 30

Это достигается тем, что в способе исследования материалов по рассеянному гамма-излучению, включающем облуче»ние среды ксллимированным пучком гамма-излучения и регистрацию вторич- 35 е ного излучения в нескольких, например двух, детекторах с параллельными коллиматорами, направленными на точ ки среды, расположенные на оси первичиого пучка, удаленных от источ- 40 ника на разные расстояния, облучение йроводят высокоэнер."етического гамма, излучейия с энергией выше порога образЬвания пар, определяют эффективный атомйый номер среды по отношениям 45 скоростей, счета аннигиляционных квантов к комптоиовски рассеянным квантам в каждом из детекторов, а о плотности среды судят по отношению скоростей счета аннигиляционных квантов в разных О детекторах с учетом йзмеренного значенйя эффективного атомного номера среды.

На чертеже изображена схема облучения и регйстрацин .вторичного излу чения.

Коллимированные детекторы 1 и 2, расположенные на разных расст»ояйиях

Ж аа@вааь аа аэ г.-,.-й .=,»»-.=.. - — —.. - ..-- -ж» ю-яч.;.-- 1А, 2А где М = — У Йд =

4 к з к

-отношения скоростей счета (интенсивностей) аннигиляционных (3p,) квантов к комптоновски рассеянным квантам (!!«) в детекторах 1 и 2 соответственно R -

2 растояние от точек А или С до поверхности среды вдоль пучков вторичного излучения; ф (Ос, Г) .— независимая от Z величина

«рЮ беЩ,Е)

2 и (Е,2.) где ф _#_)= „) — BeJIH Ha, IIoстоянная для всех элементов, Здесь

,, (E, L) - полное сечение образования пар квантами с энергией Е в веществе с эффективным атомным номером ; G< (9, Я ) — дифференциальное сечение рассеяния на один электрон.

Плотность среды в зоне АВС определяют по формуле

3)

p=.де М Д вЂ” отношение скоростей сче-. та.аннигиляционных квантов в детекторах И 2; Ь- коэффициент, зависящий только от геометрии измерений;

QA=P

В предлагаемом, способе по измеренному значению уточняют значения

707403 б и затем прослойки. Если они неизвестны, то их можно определять этим же способом елена или другими известными способами.

При использовании источника с ( тормозным спектром его можно рассматривать как сумму ряда монохроматогрант ос-. фических квантов, тем саьым сохранного! няются все основные методические особенности, справедливые для монослойки !0 хроматографических квантов.

Преимущества облучения высокоэнергетическими квантами и исполь-, зования аннигиляционных квантов подт- верждают данные расчета выходов аннигиляционных и однократно рассеянных квантов при энергии первичных квантов 6 МэВ.Выход этих квантов сравнивается с . выходом рассеянных квантов при энергии первичных кван20 тов 6 МэВ. Выход этих квантов сравнивается с выходом рассеянных квантов при энергии источника 1 МэВ, характерной для прототипа (см. таблицу), ИгК (ц 1И„) "®(В,Е) Способ

Выход на 10 квантов из 1 см в телесн ьй угол IO cp

Номер детектора

Дифференциальное сечеЭнергия вторичных кван тов,.кэВ

Энергия первичных кван тов,МэВ измерения плотности ние процесса б/атом ср

,„26, 5

3 2,7

Предлагаемый

Образование аннигиляционных кван"2 тов,3,7 1О

511

358 Рассеяние

2,9 ° 10

3g7,63

ZÄ6,1 1О ®3,4.10- 8,9 1О

276 " Рассеяние

11,8 10

Известный 1

Данные приведены для материала, близкого .по плотности и атомному аомеру к горным, породам ()=2 7 г/см, 3 45

2. =13 ) при геометрии измерения с параметрами fq =40 o, fg =70, +=11(Pi.

R< =40 см, 1-,! =10 см. При этом исследуемый участок ABC находится на глубине 25,7 см, V -- 6,85 см, К

=27,4 см, Из таблицы видно, что выход аннигиляционных квантов Д,!д и 3@p, из единичного объема среды в точках А и В

I 55 превышает выход рассеянных квантбв " !к ! I и Jg от источника с энергией 1 МэВ в 78 и 300 раз при одинаковых условиях облучения и регистрации. г

5 ,ц,1 и,0д и величину QA определяют ппотность.

Плотность может быть опред также по формуле еи(нт! н.)

У (AK-8AA) r, где Д g -- массовый коэффицие лабления комптоновски «рассея излучения.

При наличии инородной про или стенки между детекторами и средой атомный номер глубинной эоны может быть определен с учетом ослабЛения вторичных квантов по формуле где K=0 Р ) j(), ф и,О массовые коэффициенты ослабления; ! у и

Р и — плотность и толщина

Для квантов с энергией 6 МэВ фо (Е = 1,3 10 см и ф(Оф 0,093.В рассматриваемом примере Й 1-. 3!дЯ1 =3,47;

)ц ., 4,43 11 = % 1)" =4. По этим даййым определяем, согласно (1), величину Z. 13.

Далее определяем,что M 31A 2A =

9, 7 Ц д= 0,84; b=0, так как дан-. ные приведены для уэкопараллельных пучков; по отношению NA и с учетом величины А получаем по формуле (3) величину >=2, 7 г/см 3.

При реализации способа в конкретном приборе с заданной геометрией регистрации проводится калибровка прибора на средах с известной плотФормула изобретения

7 Т вЂ” "ностью и атомным номером, возможно более точное определение нпотности в широком диапазоне изменения атомного номера и показания, не зависят от изменения расстояния до поверхности среды. Кроме того, нестабильность интенсивности источника не влияет на измеряете отношения и на значения Р и 2.

Способ радиационного измерения плотности среды, включающий облучейие среды коллимированным пучком гамма-излучения и регистрацию вторичного излучения в нескольких, например двух, детекторах с параллельнымщ коллиматорами, направленными на точки среды, расположенные на оси первичного пучка, удаленных от источника иа разные расстояния, о тл и ч а ю шийся тем, что, с

707403 8 ! целью увеличения точности определения плотности, а также увеличения глубинности измерения, облучение проводят пучком высокоэнергетического гамма- излучения с энергией выше поро5 га образования пар, определяют эффективный атомный номер среды по. отношениям скоростей счета аннигиляционных квантов к комптоновски рас-сеянным квантам в каждом из детекторов, а о плотности среды судят по отношению скоростей счета аннигиляциолных квантов в paskhpc детекторах с учетом измеренного значения эффективного атомного номера среды.

Источники йнформации, принятые во внимание при экспртизе

1. Филлипов Е. М., Ядерная геофизика, т. 1. Новосибирск, "Наука", 1973, с. 356.

2. Филлипов Е. M. Ядерная геофиовосибирс

1973,с. 396, \

Составитель Л. Василевская

Редактор Т. Колодцева Техред A, A Корректор Л. Иван

Заказ 4523 18 Тираж 907 Под пи с но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,4