Неупругое рассеяние нейтронов
При этом взаимодействии кинетическая энергия нейтрона расходуется не только на создание отдачи ядра-мишени, но и на повышение его внутренней энергии, т.е. на возбуждение ядра. Энергия возбуждения в последующем высвобождается в виде γ-кванта. Неупругое рассеяние – пороговая реакция, энергия порога Eпор уменьшается с ростом массы ядра – от нескольких тысяч КэВ для лёгких ядер до 100 КэВ для тяжёлых. Поэтому неупругое рассеяние происходит только с быстрыми нейтронами и преимущественно на тяжёлых ядрах. Сечение рассеяния становится больше 0 при достижении нейтроном энергии выше Eпор, при энергии 10-15 МэВ достигает максимального значения.
Поглощение нейтронов
Для ядерной геофизики, из всех реакций поглощения нейтрона веществом, наиболее важны реакция радиационного захвата нейтрона ядром (n, γ), а также реакция (n, α) на изотопах 10B и 6Li. Эти реакции идут при любых энергиях нейтронов, но максимум сечения приходится на область низких энергий. Сечение реакции захвата в тепловой области убывает обратно пропорционально энергии нейтрона, для тяжёлых элементов (Z>45) в области промежуточных энергии существуют интервалы резкого роста сечения поглощения – резонансные интервалы.
Остальные реакции поглощения, т.е. реакции типа (n, p) и (n, α) для большинства элементов являются пороговыми и начинаются при энергии n более 2 – 5 МэВ. В результате поглощения нейтрона ядром, образуются изотопы, отличные от ядра-мишени, большинство из них являются радиоактивными. Различие спектра гамма-излучения для различных элементов при радиационном захвате нейтронов может быть использовано для определения элементного состава породы. Необходимо отметить, что энергия гамма-квантов, образующихся в результате р/а захвата нейтронов, достаточно большая – до 8 МэВ, что облегчает регистрацию их в полевых и скважинных условиях.
Полное сечение и пробеги нейтронов в веществе
Нейтроны, испускаемые источником и попавшие в ГП, относительно быстро (за 10-4 – 10-5 с) замедляются в результате упругих и, частично, неупругих соударений. Большая часть нейтронов избегает поглощения в области высоких энергий, и захватывается ядрами по реакции р/а захвата (n, γ), уже имея очень малую энергию (0,025 эВ). Распределение нейтронов в среде определяется нейтронными свойствами среды, главным образом массой ядер и сечением различных процессов.
Полное сечение равно сумме сечений элементарных процессов:
, где индексы обозначают: t – суммарное сечение, рз – р/а захват, ур – упругое рассеяние, нур – неупругое рассеяние.
Нейтронные параметры среды
3. Петрофизическая информативность методов радиометрии скважин
Радиоактивный каротаж (РК) – исследования, основанные на измерении параметров полей ионизирующих частиц (нейтронов и гамма-квантов) с целью определения ядерно-физических свойств и элементного состава горных пород.
Радиоактивный каротаж нефтяных и газовых скважин включает следующие основные группы измерений: гамма-каротаж – ГК, гамма-гамма каротаж – ГГК, нейтронный каротаж – НК, нейтронный активационный каротаж. Каждая группа подразделяется на несколько модификаций, различающихся типом и энергетическим спектром регистрируемого излучения, конструкцией измерительных зондов, методиками измерений и обработки первичных данных.
Приборами РК непосредственно измеряются сигналы детекторов ионизирующего излучения в виде скорости счета – числа импульсов, регистрируемых в единицу времени. В импульсных и спектрометрических модификациях РК регистрируют скорости счета во временных и энергетических окнах.
Переход от скорости счета к геофизическим характеристикам пород (плотность пород) и их геологическим параметрам (пористость, насыщенность, вещественный состав пород) осуществляют с использованием зависимостей между показаниями скважинных приборов и указанными характеристиками и параметрами, установленными на моделях пород (с имитацией скважины) или методами математического моделирования.
Повышение детальности исследований достигается уменьшением шага дискретизации по глубине при одновременном снижении скорости каротажа. Шаг дискретизации по глубине выбирают из ряда 0,2; 0,1; 0,05 м.