Способ рационального измерения плотности

) Авторыязобретени Ж, Жалсараев и Р, П, Мещеряк институт ядерной фпри Томскоме им. С, М, Кирова Научно-исследовательски электроники и автоматик политехническом инстит 71) Заявит(54) СПОСО О чИзобретение 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 гамма- излучению, в которых используется либо мягкое гамма-излучение селективный гамма-гамма-метод) для определения эффективного атомного номера ( Х ) либо относительно жесткое гамма-излучение с энергией поряд" ка 1 МэВ плотностной гамма-гамма - метод). В основу этих методов положено комптоновское рассеяние гамма.- квантов. Так как вероятность рассеяния пропорциональна плотности электронов в.,облучаемам участке Среды ре,ИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНО 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,Эти способы рсуществимы в приставных,скважинных 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, заключаацийся в облучении среды коллимированным пу ком гамма-излучения и регистрации1;" ",:Ф"3 7074 03 аот источника, просматривают точ-,ки А и В исследуемой среды 3, причемчерез эти точки проходит коллимированный пучок высокоэнергетических квантов источника 4.Облучение производят, например,тормозным излучением с максимальнойэнергией 68 МэВ. В детекторах 1и 2 схемами дискриминации выделяются кая статистика при регистрации одно аннигиляционные и комптоновские рассеянные кванты. Эффективный атомныйномер среды в исследувгом участке,ограниченном треугольником АВС, определяют по формуле вторичного излучения в двух детекто=рах, удаленвых от источника на разные расстояния. Детекторы регистрируют" йараллепьйые "пучки однократно рассеянных квантов йо отношениям скоростей .счета этих квантов судят о плотности среды в исследуемом участке 2,Недостатком способа является низ" кратно рассеянноГо йэлученйя, поэтому приходится регистрировать также и "ййогок 1 гатно рассеянное излучение,приходящее из участков меньшей глубины, Йалая проникающая способностьпервичных и вторичных квантов и(М 2 й)ФО,Е) ф1 слабая йнтенсивность регистрируемого излучения приводят к повышенным требованиям к активности источника.Но даже при достаточной активности источника размазывание первичного пучка и вклад многократно рассеянного ""йзлучения ограйичивает глубинность 1 А,2 Агде М = -У Йд = - -отис к 3 кшения скоростей счета (интенсивностей) аннигиляционных ( Лд ) квантов к комптоновски рассеянным квантам ( 11 ) в детекторах 1 и 2 соответственно В -ф 2 растояние от точек А или С до поверхности среды вдоль пучков вторичного излучения; ф ( Ос, Г 7 - независимая от 1 величина 20 способа. На определение плотностивлияет также изменение атомного номера среды,25 Цель изобретения - увеличение точ-,ности, определения плотности, а также Еи (,е 2-)) увеличение глубинности исследования этих параметров средыЭто достигается тем, что в способе исследования материалов по рассеянйому гамма-излучению, включающем облуф (6,Е) = 30 Еи(ф) (1-ая для все чениесреды ксллимированным пучком Е,г)величина, пох элементов, Здесь полное сечение обратами с энергией Е в тивным атомным но- Я ) - дифференциальеяния на один электде фОтоянн3 и (Е,г)ования пареществе сером 8ое сечениеон. гамма-излучения и регистрацию вториченого излучения в нескольких, напримердвух, детекторах с параллельнымиколлиматорами, направленными на точки среды, расположенные на оси первичиого пучка, удаленных от источника на разные расстояния, облучениейроводят высокоэнергетического гамма, излучейия с энергией выше порога образЬвания пар, определяют эффективный "атомйый номер среды по отношениям 45скоростей, счета аннигиляционных квантов к комптоиовски рассеянным квантамв каждом из детекторов, а о плотностисреды судят по отношению скоростейсчета аннигиляционных квантов в разных 0детекторах с учетом йзмеренного значенйя эффективного атомного номерасреды.На чертеже изображена схема облчения и регйстрации вторичного излчения,Коллимиро 2р асположенны я ва фе сс среды в зоне АВС опремуле откос деляют и.де М Д - отношение скоростей счета.аннигиляционных квантов в детекторахИ 2; Ь- коэффициент, зависящий только от геометрии измерений; Од = О 1+ Од- коэффициент, в общем случае зависящий от атомногономера; ф 4 и О - массовые коэффициенты ослабления первичных и ан гиляционных квантов; )"4 - ДВ; Г 2 = ВСВ предлагаемом, способе по измеренму значению 2. уточняют значения у У ниванные детекторы 1 ие наразных расстояйи 1х яо707403 би затем прослойки. Если они неизвестны, тоих 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 методическиеособенности, справедливые для моно- слойки 1 О хроматографических квантов. Преимущества облучения высокоэнергетическимиквантами и исполь-,зования аннигиляционныхквантов подт-верждают дайные расчета выходованнигиляционных и однократно рассеянных квантов при энергии первичныхквантов 6 МэВ.Выход этих квантов сравнивается с . выходом рассеянныхквантов при энергиипервичных кван тов 6 МэВ, Выход этих квантов сравнивается с выходом рассеянных квантовпри энергии источника 1 МзВ, характерной для прототипа (см. таблицу,ИгКСпособ Выход на 10квантов из 1 смв телесньйугол 10 ср Номердетектора Дифференциальное сечеЭнергиявторичных квантов,кэВ Энергияпервичных квантов,МэВ измерения плотности ние процесса б/атом ср,26, 53 2,7 Предлагаемый Образование аннигиляционных кван"2 тов,3,7 1 О 511 2 358 Рассеяние,.2,910ЭФ 7,63 3,6, 10 3,4 О8,9 О2 276 " Рассеяние 11,8 10Известный 1 Данные приведены для материала,близкого по плотности и атомному Номеру к горным, породам ( =2,7 г/см,3 452. =13) при геометрии измерения спараметрами 9 =40 ,=70, 6=11 д .К=40 см, 1-, =10 см. При этом исследуемый участок АВС находится на глубине 25,7 см, Г,6,85 см, К=27,4 см,Из таблицы видно, что выход анни-гиляционных квантов Д,д и ЭА из единичного объема среды в точках А и В1 55превышает выход рассеянных квантов як/и к от источника с энергией 1 МэВв 78 и 300 раз при одинаковых условиях облучения и регистрации. 5,Ц, и,Од и величинуопределяют плотность.Плотность может быть опред также по формулееи(нт ь)(,йк.- Од) " где Д к - массовый коэффицие лабления комптоновски рассея излучения.При наличии инородной про или стенки между детекторами и средой атомный номер глубинной зоны может быть определен с учетом ослабЛения вторичных квантов по фор- муле где 1 а(к "Р ) ф), с 1 И,О массовые коэффициенты ослабления;у 1Р и 6 - плотность и толщина Для квантов с энергией 6 МэВ фо(Е = 1,31 О см и Ф(Щ 0,093.В рассматриваемом примере й 1-, 3 дЯ 1=3,47;4,43 "- К 13"=4. По этим даййым определяем, согласно (1), величинуХ=13.Далее определяем,что МАф 21 д З 2 д = ф 9,7 Ц д= 0,843 =0, так как данные приведены для уэкопараллельных пучков; по отношению МА и с учетом величины бА 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 Составитель Л, Василевскодцева Техред А. Ач ктор Т. рректо а 907омитета СССР одписн ткрытийская наб., д. 4/ л ППП Патент , г. Ужгород, ул, Проектна 7" " " "ностью и атомным номером, возможноболее точное определение плотностив широком диапазоне изменения атомного номера и показания, не зависятот изменения расстояния до поверхности среды. Кроме того, нестабильность интенсивности источника невлияет на измеряете отношения и назначенияи Х. Способ радиационного измерения плотности среды, включающий облучейие среды коллимированнымпучком гамма-излучения и регистрацию вторичного излучения в нескольких, например двухдетекторах с параллельнымщ коллиматорами, направленными на точки среды, расположенные на оси первичного пучка, удаленных от источника иа разные расстояния, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с аказ 4523 18 Тираж ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рацелью увеличения точности определения плотности, а также увеличения глубинности измерения, облучение проводят пучком высокоэнергетическогогамма- излучения с энергией выше поро 5га образования пар, определяют эф-фективный атомный нфмер среды по.отношениям скоростей счета аннигиляционных квантов к комптоновски рас-.сеянным квантам в каждом из детекторов, а о плотности среды судят поотношению скоростей счета аннигиляциовных квантов в разЙЦх детекторахс учетом измеренного значения эффективного атомного номера среды. Источники йнформации,принятые во внимание при экспртизе1. Филлипов Е. М Ядерная геофизика, т. 1. Новосибирск, "Наука",1973, с. 356.2, Филлипов Е, М, Ядерная геофизикафт. 1, Новосибирск Наукаф1973, с. 396.