Нейтронные свойства горных пород

Нейтроныне имеют заряда и поэтому не испытывают электрического воздействия электронов и ядер и проникают достаточно далеко в горную породу. Их взаимодействие с горной породой зависит от энергии. Различают нейтроны:

тепловые (Е_n <1эВ),

промежуточные (1 эВ< Е_n <0,1 МэВ) и

быстрые (Е_n>0.1 МэВ). При комнатной температуре энергия теплового нейтрона равна приближенно 0,025 эВ.

Нейтроны, как и гамма-кванты, испытывают в породе рассеяние и поглощение [25]. Отличие заключается в том, что взаимодействует нейтрон исключительно с ядрами, при рассеянии нейтрон не только изменяет направление движения и теряет свою энергию, но и замедляется, а при поглощении не исчезает, а входит в состав ядра. Поэтому процесс поглощения ядром нейтрона (теплового) еще называют захватом.

Потеря энергии нейтрона (а значит, и его замедление) зависит от массы ядра А и угла рассеяния нейтрона. При изотропном рассеянии логарифмическая потеря энергии нейтроном при столкновении с ядром (ξ) зависит только от массы этого ядра

, (3.17)

где Е₁ и Е₂ - энергия нейтрона до соударения и после соударения.

Как видим из формулы (3.17), наибольшие потери энергии нейтронов происходят при соударении с легкими ядрами, а максимально возможная потеря – при столкновении нейтрона с ядром водорода, равным ему по массе.

Быстрые нейтроны, которыми облучаются горные породы в скважине, в результате упругих и частично неупругих (с передачей части энергии ядру) соударений замедляются. Нейтроны, достигшие теплового состояния, в процессе их диффузии, в конечном счете, поглощаются (захватываются) ядрами элементов породы. Высокими поглощающими способностями обладают ядра Li, B, Cl, Cd, Hg.

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

Рис. 3.12. Нейтронные параметры основных групп минералов. 1 – оксиды; 2 – силикаты; 3 – карбонаты; 4 – сульфиды; 5 – минералы с аномальными свойствами; 6 – нефть; 7 – вода (с точками – рассол). А – минералы, не содержащие водород; Б – водородосодержащие минералы