[实用新型]基于超热中子时间谱的瞬发中子铀矿测井仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及在铀矿勘探钻孔中用于地层岩石铀定量的一种铀裂变瞬发中子测井仪。

背景技术

在钻孔中开展的核辐射测量称为核测井，是随着当代科技发展，以及在矿产(特别是能源矿产)勘查中的应用而迅速发展起来的一项尖端技术。核测井是利用地层岩石天然产生或人工诱发的放射性射线，研究射线沿钻孔轴线(井轴)分布规律，以此确定地层岩石是否含有某些核素(元素)、并确定元素含量的一种无损探测方法。相比地面核辐射测量，很多测量方法难以在井中实现，即核测井必须克服钻孔空间狭小、井深加大伴随的高温高压及其它条件约束。目前的核测井主要有γ测井、中子测井等，其中脉冲中子测井是利用小型可控中子发生器(氘氚或氘氘加速器制作而成)，以脉冲方式向井下地层岩石(达数千米)发射快中子，探测中子诱发的γ射线能谱、或原生中子或二次中子的时间谱，是一种定性与定量的先进核测井技术。

在铀矿勘探领域，我国一直采用自然γ总量(或能谱)测井进行铀定量，因铀元素并非γ核素(而是其衰变子体)，属于“间接测铀”技术；须岩性取样与化学分析求取铀与子体(特别是镭及子体)的放射性平衡系数，以及钍系γ核素与⁴⁰K(钾同位素)的γ射线份额，以此修正这些影响因素造成的铀定量偏差。具有钻探效率低、勘探成本高、铀定量周期长等缺点。铀裂变瞬发中子测井是“直接测铀”的一种铀矿定量测井技术，在确定地层岩石铀含量时，甚至无需进行深部岩性取样与实验室化学分析。

因地层岩石铀含量均偏低，小型中子发生器产额难以提高，使中子诱发地层岩石²³⁵U裂变的核反应率极低。因而，基于脉冲中子的铀裂变瞬发中子(或缓发中子)测井技术现仍处于理论研究和实验阶段。目前，该测井技术无国产仪器，美欧核大国仪器产品一直限制出口我国。

发明内容

本实用新型的目的在于提供基于超热中子时间谱的瞬发中子铀矿测井仪，以替代现行铀定量的自然γ测井技术，进而实现“直接测铀”及铀矿定量。

本实用新型的技术方案为：一种基于超热中子时间谱的瞬发中子铀矿测井仪，该仪器由小型可控中子发生器向钻孔周围的地层岩石发射快中子，也称为原生中子。原生中子被地层岩石与钻孔介质相继慢化为超热中子与热中子，热中子诱发²³⁵U裂变并放射出铀裂变瞬发中子，也称为二次中子。二次中子又相继慢化成为超热中子与热中子，并可再次诱发²³⁵U裂变，如此反复，将形成与铀裂变密切相关的超热中子随时间的特有变化规律；其特征在于：选用³He的正比计数管制作超热中子探测器2，其内部充气压力为0.6Mpa～1.2Mpa；超热中子探测器正比计数管19外围包裹5mm～6mm壁厚的含氢量很高的聚乙烯中子慢化材料14，慢化材料14外围再包裹0.5mm～1.5mm壁厚的金属镉皮15，其中慢化材料14用于将热中子慢化为超热中子，金属镉皮15用于阻挡热中子进入超热中子探测器2；超热中子探测器正比计数管19紧靠中子发生器1。测井仪探管包含³He正比计数管19、包裹³He正比计数管19的聚乙烯中子慢化材料14、包裹在慢化材料14外的0.5mm～1.5mm壁厚的金属镉皮15、探测器高压电源6、前置放大器4、成形与甄别电路16，以及记录超热中子探测器输出信号的脉冲计数器17、时间谱分析与缓存电路18、探管马笼头10和滑轮12。其中，探测器高压电源6与正比计数管19相连，正比计数管19输出端与的前置放大器4相连，前置放大器4输出端与成形及甄别器16相连；成形及甄别器16输出端与脉冲计数器17相连，脉冲计数器17输出端与时间谱分析器及数据缓存电路18相连；测井仪探中子时间谱仪电路采用485通讯电路7与地面测井计算机11进行数据通信与数据传输；探管低压电源电路8负责将地面送来的AC200V交流电源，经稳压和滤波转换为各电路模块所需的±24V、±5V直流电源；探测器高压电源电路6将+24V直流电源转换为+1200V～+1800V直流高压，连接正比计数管19的加速极。

具体为：

(1)研制在钻孔中探测超热中子的³He正比计数管。也就是在正比计数管中充入³He(氦同位素)气体，利用³He(n，p)T或¹⁰B(n，α)⁷Li中子核反应可探测热中子，即利用热中子(n)轰击³He核或¹⁰B核，发生如下两种核反应：