Способ мониторирования генератора быстрых нейтронов и устройство для его осуществления

(5)5 С 01 ЗОБРЕТЕНИ СА МУ СВИДЕТЕЛЬС р е еовательскии инований л кл,(54) СПОСОБ ИОНИТОРИРОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к ядернофизическим методам исследований, проводимых с портативными управляемымиисточниками быстрых нейтронов, и может быть использовано в геологии,геофизике, горной промышленности идругих отраслях народного хозяйства,Применение изобретения позволяетповысить точность ядерных измеренийпутем учета выхода генератора нейтронов. Способ основан на регистрациипотока частиц детектором ионизирующих излучений, расположенным в непосредственной близости от источниканейтронов 14 МэВ, определении изменения выхода потока нейтронов по изменению скорости счета сцинтилляционного детектора бета-излучения, например, кристалла УВхО + РЗЭ (РЗЭредкоземельные элементы , причем дополнительно осуществляют регистрациюбета-излучения, возникающего в реатериал-индикаил. аключенныи с.п. Ф-лы ор. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-иссский и проектно-конструктоститут геофизических исслегеологоразведочных скважин(56) Патент США У 4180731.,кл. С 01 Ч. 5/04, 1979;Патент США К 3034008,С 01 Ч 5/04, 1962,ЯО 1698868А 1 зультате распада активированных быстрыми нейтронами генератора высокобарных короткоживущих ядер материала-индикатора, окружающего детектоГенератор с расположенным внутри дтектором экранирован слоем веществас высоким сечением захвата тепловыхнейтронов, например кадмием, а детектор дополнительно экранирован длязащиты от внешнего мягкого гамма ибета-излучения, а передача света сдетектора на Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) осуществлена посредствомсветопроводящего кабеля. Спектр бетаизлучения, представляющий собой с высокой степенью достоверности экспоненту, стабилизирован путем сравнения скоростей счета в двух энергетических областях и соответствующим изменением коэффициента усиления ФЭУ, при этом интегральная скорость счета с детектора бета-излучения прямо пропорциональна выходу генератора нейтронов. В устройство введены активируемый оыстрыми нейтронами генератора материал-индикатор иэкран тепловых нейтронов, световолоконный кабель, Фотоэлектронный умножитель, два одноканальных анализатора импульсов, КВ-триггер, реверсивный и-разрядньй счетчик, цифроаналоговый преобразователь, логическийэлемент 2 ИЛИ-НЕ, логический элемент.2 И, регистратор выхода нейтронов,причем детектор ионизирующих излучений представляет собой сцинтилляционный кристалл, например, 7510 +Изобретение относится к области ядерно-физических методов исследований, проводимых с портативными управляемыми источниками быстрых нейтронов, и может быть использовано в геологии, геофизике, горной промышленности и других отраслях народного хозяйства.Целью изобретения является повыение точности измерений путем учета выхода генератора нейтронов.На фиг.1. представлен спектр бета- излучения, возникающий при распаде активированных ядер материала-индиКатора, зарегистрированный детектором УБ 10 в + РЗЭ, сочлененным с фотоэлектронным умножителем посредством световолоконной оптики на фиг.2- блок-схема устройства, реализующего способ мониторирования выхода импульсного генератора нейтронов.Способ заключается в регистрации расположенным в непосредственной. близости от источника нейтронов 14 МэВ детектором ионизирующих излучений потока частиц, определений измерения выхода потока нейтронов по изменению скорости счета детектора ионизирующих излучений, например,кристаллом УБхО + РЗЭ (РЗЭ " оедкоземельные элементы), причем дополнительно осуществляют регистрацию бета-излучения, возникающего в результате распада активированных быстрыми нейтро,нами генератора высокобарных. короткоаивущих, например изотопы В , Ве или ц , ядер элементов материала-инди (бЙатора, окружающего детектор, а для исключения влияния тепловых нейтронов детектор и материал-.индикатор экранируют слоем вещества с высоким сечением поглощения тепловых нейтронов, например,кадмием, передачу света с детектора на фотоэлектронный умно- житель (ФЭУ) осуществляют посредством светопроводящего кабеля, спектр бета- . излучения, представляющий собой с высокой степенью достоверности экспоненту, стабилизируют изменением высокого напряжения на Фотоэлектронномумножителе таким образом, цтобы от; ношенив скоростей счета в двух энергетических областях спектра оставалось постоянным, при этом интеграль,ная скорость счета с детектора бета- ,излучения прямо пропорциональна выхо 1 ду генератора нейтронов, 50 55 управляемого высоковольтного источника 12 питания, выход последнего подключен на вход питания ФЭУ 3, генератор 16 с детектором 1 защищены кадмиевым экраном 14.Устройство работает следующим образом.В первоначальный момент временИреверсивный и-разрядный счетчик 10находится в сброшенном состоянии,на его счетных выходах присутствуют Реализация предлагаемого способамониторирования выхода импульсногогенератора нейтронов осуществляетсяустройством, представленным наФиг. 2.Устройство содержит детектор 1ионизирующих (3) -излучений, световод 2, Фотоэлектронный умножитель(ФЭУ) .3, усилитель 4 импульсов, одноканальные анализаторы 5 и 6 импульсов, КБ-триггер 7, логический элемент 2 ИЛИ-НЕ 8, логический элемент2 И 9, реверсивный и-разрядный счетчик 10, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11,. управляемый высоковольтный источник 12 питания ФЭУ,регистратор 13 выхода нейтронов, кадмиевый экран 14, материал-индикатор15, генератор 16 быстрых нейтронов,Детектор 1, окруженный материалом-индикатором 15, через световод2 оптически соединен с фотокатодомФЭУ 3, выход ФЭУ 3 через усилитель4 импульсов подан на входы одноканальных анализаторов 5 и 6 импульсов, выход первого одноканальногоанализатора импульсов соединен сК-входом КБ-триггера 7 и первым входом логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 8,выход второго одноканального анализатора импульсов соединен с Б-входомКБ-триггера 7 и вторым входом логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 8, выходКБ-триггера 7 подан на вход прямогообратного счета и-разрядного реверсивного счетчика, счетные выходыкоторого подключены к соответствующим входам ЦАП 11, а инверсный выход"Перенос" соединен с первым входом 40 логического элемента 2 И 9, второйвход которого связан с инверснымвыходом логического элемента 2 ИЛИНЕ 8, выход логического элемента 452 И 9 подан на вход стробирования ре- .версивного и-разрядного счетчика 10и вход регистратора 13 выхода нейтронов, выход ЦАП 11 подключен к входупитания приводит к изменению коэффициента усиления ФЭУ 3. Логический 45 элемент,2 И 9 служит для блокировки работы реверсивного и-разрядного счетчика 10 при возможных в режиме установления стабилизации случаях возникновения сигнала "Перенос". Суммарная скорость счета в обоих энер 50 гетицеских окнах, пропорциональная интегральному счету и выходу нейтронов генератора 16, в процессе работы устройства регистрируется регистратором 13. При необходимости эту ин- " формацию можно по кабелю вывести на поверхность. Небольшой размер детектора, порядка 1 х 2 х 2 мм, появляет.уровни "0", Вследствие этого на выходе ЦАП 11 присутствует нулевой потенциал; Управляемый высоковольтный источник 12 питания фотоэлектронного умножителя 12 работает так, что при нулевом. потенциале на его входе напряжение на его выходе максимальнои плавно уменьшается ири повышении входного напряжения. Таким образом в начальный момент коэффициент .усиления ФЭУ 3 максимальный. Этому будет соответствовать большая скорость счета во втором энергетическом окне, задаваемом одноканальным анализатором импульсов 6, цем в первом, задаваемом одноканальным анализатором 5 импульсов. Таким образом реверсивный и-разрядный счетчик 10 начинает считать в прямом направлении, в результате цего поднимается напряжение,на выходе АЦП 11, что, в свою очередь, приводит к понижению высокого напряжения на ФЭУ 3. Это будет происходитьдо тех пор, пока скорости счета в ,обоих энергетических окнах не сравняются -Р -спектр застабилизируется, В дальнейшем при изменении энергетической шкалы скорость счета с соответствующего одноканального анализатора 5 или 6 увеличивается по отношению к скорости счета с другого одноканального анализатора 6 или 5, В зависимости от того, с какого одноканального анализатора пришел импульс, КБ-триггер 7 устанавливается в прямое или инверсное состояние, в результате чего к содержимомуреверсивного и-разрядного счетчика 10единица или прибавляется, или вычитается. Изменение кода, в свою очередь, после работы ЦАП 11 и управляемого высоковольтного источника 12 1015 2025 3040 расположить его внутри материала-индикатора, выполненного, например, ввиде пустотелого цилиндраПри этомобщие габаритные размеры монитора(детектор + материал-индикатор) делают возможным размещение монитора внепосредственной близости от источника быстрых нейтронов. Например, прииспользовании в качестве излучателятрубки НТв скважинных приборахдиаметром 48 мм монитор (детектор ++ материал-индикатор) можно расположить между ускорительной трубкой иохранным кожухом скважинного прибора.При этом достигается малая, порядка10- 15 мм, длина зонда, т,е, расстояние между источником и детекторомпозволяет в генераторе быстрых нейт7ронов с выходом 2 1 О н/с получитьс дете ктора с корос т ь с цет а в нес кол ько тысяч имп./с, Уцитывая, вследствиенабольших размеров относительно невысокой плотности и Емалую эффективность регистрации детекторомУБЫ + РЗЭ гамма-излучения, экранировку от мягкого гамма-излученийдетектора экраном материала-индикатора, можно сцитать фон от гаммаизлучения пренебрежительно малым,Использование световода позволяет отнести ФЭУ и электронные схемына достаточное расстояние и исключить электромагнитные помехи, сопровождающие работу генератора нейтронов,Сплошной спектр бета-излучения,невысокое энергетическое разрешениедетектора, потери при передаче света через световод - все это приводитк тому, цто регистрируемый спектрпредставляет собой с большой степеньюдостоверности экспоненту, Если дваодноканальных анализатора импульсовбудут настроены так, что скоростьсчета в первом и втором энергетических окнах будет одинакова, тоотношение в скоростях счета этихокон, в первоначальный момент равное единице, будет зависеть толькоот энергетической шкалы и не будетзависеть от интенсивности излучения.Так как скорость счета в энергетическом окне выражаетсяй 0 ЕБ =А 1 ИЕ,Егде Е 1 и Е - верхний и нижний уров"ни дискриминации од 169886840 НОКд Ндльных д Ндлиздторов,Л и с - постоянные, характеризующие Форму кривой,то смещение энергетической шкалы вту или иную сторону, например из-заизменения температуры, вызовет одинаковые по знаку (положительные илиотрицательные), но разные по абсолют,ному значению приращения к скоростямсчета в энергетических окнах, вслед,ствие чего отношение скоростей счетав этих энергетических окнах соответ,ственно уменьшатся или увеличатся,В то же время изменение интенсивнос,ти излучения при равных в первона; чальных момент скоростях счета в, энергетических окнах дает одинаковыеприращения к скоростям счета как по,зна ку, та к и по абсолют ным значениям,Таким образом, регистрируя бетаизпучение, возникающее при радиоактивном распаде ядер материала:индикатора, благодаря стабилизиро,ванной энергетической шкале, возмож.но относительное измерение выходапотока нейтронов. В зависимостиот предъявляемых требований и ис пользуемой методики каротажа величину, пропорциональную выходу нейтронов и записанную регистратором,,после сравнения с некоторым опорнымзначением можно подавать на вход уп-.,равления блока питания ускорительной трубки, как это сделано, например, в прототипе,.или же в аналого"вом или цифровом виде передавать наповерхность для дальнейшей интер, претации, что не меняет сущности.Активируемое нейтронами вещество может быть бором или бериллием,Логические элементы 2 ИЛИ-НЕ, 2 И,КЯ-триггер, реверсивный и-разрядныйсчетчик реализуются на микросхемахсерии К 561: ЛЕ 5, ЛА 7, ТВ 1, ИЕ 11,соответственно ЦАП 11 может бытьпредставлен включенными традиционнымспособом микросхемами К 572 ПА 1 иК 110 УЛ 8, Регистратор 13 может бытьвыполнен на информационном канале 50любой скважинной аппаратуры радиоактивного каротажа интегральноготипа.Данный способ мониторирования выхода генератора быстрых нейтронов и 55устройство для его реализации позволяют мониторироват ь выход неитроновмалогабаритных генераторов без увеличения длины зондов, например зондаНГК, и с большей точностью.Формула и зобрет ения1. Способ мониторирования генератора быстрых нейтронов, заключающий-.ся в регистрации детектором ионизирующих излучений потока частиц, определении изменения выхода потоканейтронов. по изменению скорости счета детектора ионизирующих излученил,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с цепью повышения точности измеренийпутем учета выхода генератора нейтронов, регистрируют стабилизированный спектр 3 -излучения, возникающегопри радиоактивном распаде ядер материала-индикатора, активированных быстрыми нейтронами генератора нейтронов,для чего отношение скоростей счетав двух энергетических областях спектра 3 -излучения поддерживают постоянным,2. Устройство для мониторированиягенератора быстрых нейтронов, содержащее генератор нейтронов, детекторионизирующих излучений, усилитель импульсов, управляемый источник питанияи регистратор выхода нейтронов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно снабжено материаломиндикатором, экраномсветоводом, Фотоэлектронным умножителем, двумя одноканальными анализаторами импульсов,КБ-триггером, реверсивным и-разрядным счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, логическим элементом2 ИЛИ-НЕ, логическим элементом 2 И,при этом оптический выход детекторачерез.световод связан с фотокатодомФотоэлектронного умножитепя, выходкоторого через усилитель импульсовподключен к выходам первого и второгоодноканальных анализаторов импульсов,выход первого из которых соединен сВ-входом КБ-триггера и первым входомлогического элемента 2 ИЛИ-НЕ, выходвторого одноканального анализатораимпульсов соединен с Б-входом КБтриггера и вторым входом логическогоэлемента 2 ИЛИ-НЕ, выход КБ-триггераподключен на вход прямого-обратногосчета и-разрядного реверсивного счетчика, счетные выходы которого под-ключены к соответствующим входамцифроаналогового преобразователя, аинверсный выход соединен с первымиг 2 оставитель В.Скоробогехред Л,Олийнык ва Корректор С.Шек Спесив За каз ВНИИП 6 Т Пбретениям и отаушская наб.,жмитета по исква, Ж,лис ноерытиям при ГКНТ СССМ 5 осудерст венного 113035, оизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101 входом логического элемента 2 И,второй вход которого связан с инверснымвыходом:логического элемента 2 ИЛИ-НЕ,выход логического элемента 2 И подключен на вход стробирования реверсивного и-разрядного счетчика и входрегистратора выхода нейтронов, выходцйфроаналогового преобразователя подсоединен к входу управляемого источника питания, связанного выходомс входом питания фотоэлектронного 5 умножителя, причем детектор ионизирующих излучений представляет собойс цинтилля ционный кристалл, размещенный внутри материала-индикатора иэкрана.