基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井儀，測(cè)井儀內(nèi)雙中子探測(cè)器和雙中子時(shí)間譜儀內(nèi)部包含兩組正比計(jì)數(shù)管、包裹超熱中子探測(cè)器的聚乙烯中子慢化材料、包裹在慢化材料外的金屬鎘皮、探測(cè)器高壓電源、前置放大器、成形與甄別電路，以及記錄雙中子探測(cè)器輸出信號(hào)的脈沖計(jì)數(shù)器、時(shí)間譜分析與緩存電路。利用公開(kāi)的雙中子探測(cè)器和雙時(shí)間譜儀，測(cè)量超熱中子、熱中子的時(shí)間譜，并定義自原生中子慢化為熱中子時(shí)刻到任意時(shí)刻的超熱中子、熱中子的衰減量比值為“E／T”比，以此構(gòu)建了基于飽和礦層的鈾定量實(shí)時(shí)算法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于鈾礦勘探鉆孔的脈沖中子測(cè)井技術(shù)，也是一種基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井儀。
【背景技術(shù)】
[0002]核測(cè)井是在鉆孔中開(kāi)展的核輻射測(cè)量，是隨著當(dāng)代科技的發(fā)展，以及在礦產(chǎn)(特別是能源礦產(chǎn))勘查中的應(yīng)用而迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)尖端技術(shù)。核測(cè)井是利用地層巖石天然產(chǎn)生或人工誘發(fā)的放射性射線，研究射線沿鉆孔軸線(井軸)分布規(guī)律，進(jìn)而確定地層巖石中是否含有某些核素(元素)，并確定元素含量的一種無(wú)損探測(cè)方法。相比地面開(kāi)展的核輻射測(cè)量，很多常規(guī)測(cè)量方法難以在井中實(shí)現(xiàn)。核測(cè)井必須克服鉆孔空間狹小、隨井深加大所伴隨的高溫高壓及其它條件約束。目前的核測(cè)井主要有Y測(cè)井、中子測(cè)井等，其中脈沖中子測(cè)井是利用小型可控中子發(fā)生器(氘氚或氘氘加速器制作而成)，以脈沖方式向井下地層巖石(達(dá)數(shù)千米)發(fā)射快中子，探測(cè)中子誘發(fā)的Y能譜、或原生中子或二次中子的時(shí)間譜，是一種先進(jìn)的核測(cè)井技術(shù)。
[0003]在鈾礦勘探領(lǐng)域，我國(guó)一直采用自然Y測(cè)井(總量型或能譜型)進(jìn)行鈾礦定量，因鈾元素并非Y核素(而是其衰變子體)，屬于“間接測(cè)鈾”技術(shù)；須經(jīng)巖性取樣與化學(xué)分析求取鈾與子體(特別是鐳及子體)的放射性平衡系數(shù)，以及釷系Y核素與40K(鉀同位素)的Y射線份額，以此修正這些影響因素造成的鈾定量偏差；因而具有鉆探效率低、勘探成本高、鈾定量周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井是“直接測(cè)鈾”的一種鈾礦定量測(cè)井技術(shù)，在確定深部地層巖石的鈾含量時(shí)，甚至無(wú)需巖性取樣與化學(xué)分析。
[0004]因地層巖石的含鈾量較低，小型中子發(fā)生器產(chǎn)額難以提高，使中子誘發(fā)地層巖石235U裂變的核反應(yīng)率極低。因而，探測(cè)鈾裂變瞬發(fā)中子(或緩發(fā)中子)的脈沖中子測(cè)井技術(shù)現(xiàn)仍處于理論研究和實(shí)驗(yàn)階段。目前，鈾裂變瞬發(fā)中子(或緩發(fā)中子)測(cè)井還沒(méi)有研制國(guó)產(chǎn)儀器，美歐核大國(guó)的儀器產(chǎn)品一直限制出口我國(guó)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的主要目的在于:自主研發(fā)鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井技術(shù)、儀器關(guān)鍵部件與鈾礦定量方法，以便擺脫國(guó)外技術(shù)封鎖，促進(jìn)我國(guó)鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井盡快實(shí)用化，以替代現(xiàn)行鈾礦定量的自然Y測(cè)井技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“直接測(cè)鈾”及鈾礦定量解釋。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井儀，該儀器由小型可控中子發(fā)生器向鉆孔周?chē)牡貙訋r石發(fā)射快中子，也稱(chēng)為原生中子。原生中子被地層巖石與鉆孔介質(zhì)相繼慢化為超熱中子與熱中子，熱中子誘發(fā)235U裂變并放射出鈾裂變瞬發(fā)中子，也稱(chēng)為二次中子。二次中子又相繼慢化成為超熱中子與熱中子，并可再次誘發(fā)235U裂變，如此反復(fù)，從而由鈾裂變瞬發(fā)中子延長(zhǎng)了超熱中子消逝時(shí)間。利用測(cè)井儀內(nèi)超熱中子探測(cè)器和熱中子探測(cè)器及對(duì)應(yīng)的中子時(shí)間譜電路探測(cè)地層巖石中超熱中子和熱中子隨時(shí)間衰減變化的時(shí)間譜信息可推算出地層中的鈾含量。[0007]在鉆孔中探測(cè)超熱中子、熱中子的兩個(gè)中子探測(cè)器2、3和中子時(shí)間譜儀內(nèi)部包含兩組正比計(jì)數(shù)管19、20、包裹超熱中子探測(cè)器2的聚乙烯中子慢化材料14、包裹在慢化材料外的金屬鎘皮15、探測(cè)器高壓電源6、前置放大器4、成形與甄別電路16，以及記錄兩個(gè)中子探測(cè)器輸出信號(hào)的脈沖計(jì)數(shù)器17、時(shí)間譜分析器與緩存電路18。其中，探測(cè)器高壓電源6與兩組正比計(jì)數(shù)管19、20相連，兩組正比計(jì)數(shù)管19、20輸出端與分別與對(duì)應(yīng)的前置放大器4相連，前置放大器4輸出端與成形及甄別器16相連；成形及甄別器16輸出端與脈沖計(jì)數(shù)器相連17，脈沖計(jì)數(shù)器17輸出端與時(shí)間譜分析及數(shù)據(jù)緩存電路18相連；中子時(shí)間譜電路可分別記錄二次中子和原生中子慢化而來(lái)的超熱中子和熱中子，也就是超熱中子和熱中子的時(shí)間譜。中子時(shí)間譜電路采用485通訊電路7與地面測(cè)井計(jì)算機(jī)11進(jìn)行數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)傳輸；探管低壓電源電路8負(fù)責(zé)將地面送來(lái)的AC200V交流電源，經(jīng)穩(wěn)壓和濾波轉(zhuǎn)換為各電路模塊所需的±24V、±5V直流電源；探測(cè)器高壓電源電路6將+24V直流電源轉(zhuǎn)換為+1200V~+1800V直流高壓，連接正比計(jì)數(shù)管18、20的加速極。
[0008]選用3He氣體的正比計(jì)數(shù)管制作超熱中子探測(cè)器2和熱中子探測(cè)器3，其內(nèi)部充氣壓力為0.6Mpa~1.2Mpa ;超熱中子探測(cè)器2內(nèi)的正比計(jì)數(shù)管19外圍包裹5mm~6mm壁厚的含氫量很高的聚乙烯中子慢化材料14,慢化材料14外圍再包裹0.5mm~1.5mm壁厚的金屬鎘皮15，熱中子探測(cè)器3內(nèi)的正比計(jì)數(shù)管20外圍無(wú)任何包裹材料，其中慢化材料14用于將熱中子慢化為超熱中子，金屬鎘皮15用于阻擋熱中子進(jìn)入超熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管19。兩個(gè)中子探測(cè)器2、3的正比計(jì)數(shù)管19、20采用上下結(jié)構(gòu)或梅花結(jié)構(gòu)，采用上下結(jié)構(gòu)時(shí)，超熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管19緊靠中子發(fā)生器1，熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管20緊靠超熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管19 ;采用梅花結(jié)構(gòu)時(shí)，超熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管19位于探管截面中心的軸線上，熱中子探測(cè)器由4~6個(gè)小體積正比計(jì)數(shù)管20構(gòu)成，位于超熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管19周?chē)⒁猿瑹嶂凶犹綔y(cè)器正比計(jì)數(shù)管19為中心，形成以軸線對(duì)稱(chēng)的梅花狀分布，金屬鎘皮15包裹在慢化材料14外沿，輪廓為梅花狀。
[0009]具體為:
[0010](I)研制在鉆孔中探測(cè)熱中子的3He正比計(jì)數(shù)管。也就是正比計(jì)數(shù)管中充入3He氣體，利用3He (η，ρ) T或kiB (n，CO7Li的中子核反應(yīng)，探測(cè)熱中子，即熱中子(η)轟擊3He核或10B核發(fā)生如下兩種核反應(yīng):
[0011](η, ρ)核反應(yīng):n+3He — p+T+0.765MeV σ 0=5333土7b
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井儀，其特征在于:該儀器測(cè)井儀探管中包括超熱中子探測(cè)器(2)和熱中子探測(cè)器(3)，超熱中子探測(cè)器(2)內(nèi)含超熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管(19)、包裹超熱中子探測(cè)器的聚乙烯中子慢化材料(14)、包裹在慢化材料外的金屬鎘皮(15);熱中子探測(cè)器(3)內(nèi)含熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管(20);測(cè)井儀還包含探測(cè)器高壓電源出)、前置放大器(4)、成形與甄別電路(16)，以及記錄雙中子探測(cè)器輸出信號(hào)的脈沖計(jì)數(shù)器(17)、時(shí)間譜分析與緩存電路(18)、探管馬籠頭(10)和滑輪(12)；其中，探測(cè)器高壓電源(6)與兩組正比計(jì)數(shù)管(19)和(20)相連，兩組正比計(jì)數(shù)管(19)和(20)輸出端與分別與對(duì)應(yīng)的前置放大器(4)相連，前置放大器(4)輸出端與成形及甄別器(16)相連；成形及甄別器(16)輸出端與脈沖計(jì)數(shù)器相連(17)，脈沖計(jì)數(shù)器(17)輸出端與時(shí)間譜分析器及數(shù)據(jù)緩存電路(18)相連；雙中子時(shí)間譜儀可分別記錄快中子和瞬發(fā)中子慢化而來(lái)的超熱中子和熱中子，也就是超熱中子和熱中子的時(shí)間譜，雙中子時(shí)間譜儀采用485通訊電路(7)與地面測(cè)井計(jì)算機(jī)(11)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)傳輸，探管低壓電源電路(8)負(fù)責(zé)將地面送來(lái)的AC200V交流電源，經(jīng)穩(wěn)壓和濾波轉(zhuǎn)換為各電路模塊所需的±24V、±5V直流電源；探測(cè)器高壓電源電路(6)將+24V直流電源轉(zhuǎn)換為+1200V?+1800V直流高壓，連接正比計(jì)數(shù)管(19、20)的加速極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井儀，其特征在于:選用3He氣體的正比計(jì)數(shù)管制作雙中子探測(cè)器，其內(nèi)部充氣壓力為0.6Mpa?.1.2Mpa ;超熱中子探測(cè)器(2)內(nèi)的正比計(jì)數(shù)管(19)外圍包裹5mm?6mm壁厚的含氫量很高的聚乙烯中子慢化材料(14),慢化材料外圍再包裹0.5mm?1.5mm壁厚的金屬鎘皮(15),熱中子探測(cè)器(3)內(nèi)的正比計(jì)數(shù)管(20)外圍無(wú)任何包裹材料。其中慢化材料用于將熱中子慢化為超熱中子，金屬鎘皮(15)用于阻擋熱中子進(jìn)入超熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管(19)；雙中子探測(cè)器的正比計(jì)數(shù)管(19)和(20)采用上下結(jié)構(gòu)，采用上下結(jié)構(gòu)時(shí)，超熱中子探測(cè)器(2)內(nèi)的正比計(jì)數(shù)管(19)緊靠中子發(fā)生器(I)，熱中子探測(cè)器內(nèi)的正比計(jì)數(shù)管(20)緊靠超熱中子探測(cè)器正比計(jì)數(shù)管(19)。
【文檔編號(hào)】E21B49/00GK203515572SQ201320592736
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】湯彬, 王仁波, 張雄杰, 王海濤, 陳銳, 劉志鋒 申請(qǐng)人:東華理工大學(xué)