Метод мгновенных нейтронов деления

Метод мгновенных нейтронов деления (МН) основан на регистрации мгновенных нейтронов, возникающих при делении ядер урана-235 под действием тепловых нейтронов, образующихся при замедлении быстрых нейтронов генератора [9,15]. В связи с тем, что соотношение изотопов в природной смеси постоянно (²³⁸U – 99/274%, ²³⁵U – 0.7196%, ²³⁴ U – 1/0057%), метод МН является прямым методом определения урана в скважинах.

Рис. 3.15. Схема формирования полей быстрых (1), мгновенных (2), запаздывающих (3), тепловых (4) и надтепловых (5) нейтронов вокруг сквадинного пробора [9,15]. 1 – генератор нейтронов; 2 - детектор

Если в урановую руду поместить генератор быстрых нейтронов (14 МэВ), работающий в импульсном режиме (рис. 3.15), то сразу после прекращения импульса в среде будут находиться быстрые нейтроны генератора и мгновенные нейтроны деления ядер ²³⁸U и ²³²Th (порог реакции около 1.4 МэВ).

В результате взаимодействия с горной породой и те и другие замедляются за время 100-200 икс до тепловых Под лействием тепловых нейтронов происходит деление ядер ²³⁵U, сопровождающееся испусканием мгновенных нейтронов деления со средней энергией около 2 МэВ.

Рис. 3.16. Изменение интенсивности нейтронных полей во времени между импульсами быстрых нейтронов [15]. Нейтроны6 1 – замедляющиеся генератора; 2 – тепловые генератора; 3 – надтепловые; 4 – запаздывающие; 5 – импульс генератора.

Мгновенные нейтроны деления ²³⁵U, замедленные в породе до надтепловых энергий (0,7-1,0 кэВ), регистрируются скважинным прибором в интервале 1,8 мс после импульса. Чтобы детектор не регистрировал тепловые нейтроны, детектор помещают в кадмиевый экран.

Сигнал, вызываемый мгновенными нейтронами деления, зависит от мощности источника, пористости, влажности и плотности руды, присутствия в ней аномальных поглотителей нейтронов, а также от толщины обсадных труб и слоя промывочной жидкости, от длины зонда L. В методике каротажа МН разработаны приемы учета этих факторов путем введения поправок за отклонение от стандартных условий, в которых проводилось эталонирование аппаратуры.

Содержание урана (%) вычисляют по формулам, которые аналогичны применяемым в ГК:

(3.18)

где S – площадь аномалии; h – мощность рудного тела; Nф – фоновая частота импульсов в безрудных вмещающих породах; Ко – пересчетный коэффициент; Сж и Ст – экспериментальные поправки на поглощение нейтронов в промывочной жидкости и в обсадных трудах; m – поправка, определяемая автономно для каждого рудного подсечения, зависит от σ и τ руды, диаметра скважины, длины зонда и времени регистрации нейтронов [9].