RU2574323C1 - Cylindrical position-sensitive detector - Google Patents
Cylindrical position-sensitive detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574323C1 RU2574323C1 RU2014147349/28A RU2014147349A RU2574323C1 RU 2574323 C1 RU2574323 C1 RU 2574323C1 RU 2014147349/28 A RU2014147349/28 A RU 2014147349/28A RU 2014147349 A RU2014147349 A RU 2014147349A RU 2574323 C1 RU2574323 C1 RU 2574323C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scintillating
- neutron
- fibers
- optical
- radiation
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 46
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 4
- 210000004940 Nucleus Anatomy 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M Sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101700014436 RTN4 Proteins 0.000 description 1
- 229940083599 Sodium Iodide Drugs 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000006123 lithium glass Substances 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано в скважинных устройствах, применяемых при каротаже нефтяных и газовых скважин для определения характера насыщения пластов (нефть, вода), их фильтрационно-емкостных свойств и коэффициента нефтенасыщенности.The invention relates to the field of registration of ionizing radiation and can be used in downhole devices used for logging oil and gas wells to determine the nature of the saturation of the formations (oil, water), their filtration-capacitive properties and oil saturation coefficient.
В настоящее время для детальных геологических исследований, проводимых в скважинах, широко используются ядерно-физические методы. К ним относятся, в частности, методы нейтронного каротажа, основанные на применении в качестве источника зондирующего излучения нейтронных источников: ампульных или нейтронных генераторов, излучающих быстрые нейтроны. При этом нейтронные генераторы могут быть непрерывного действия или импульсными.Currently, nuclear physics methods are widely used for detailed geological studies in wells. These include, in particular, neutron logging methods based on the use of neutron sources as ampoule radiation probes: ampoule or neutron generators emitting fast neutrons. In this case, neutron generators can be continuous or pulsed.
К наиболее информативным методам нейтронного каротажа относится метод импульсного нейтронного каротажа (ИНК), сущность которого заключается в следующем.The most informative methods of neutron logging include the method of pulsed neutron logging (INC), the essence of which is as follows.
В скважину спускают нейтронный генератор, который периодически в течение коротких (несколько мкс) интервалов времени облучает породу вокруг скважины потоком быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ. Эти нейтроны распространяются в исследуемой породе практически изотропно, претерпевая при этом упругие и неупругие рассеяния на атомных ядрах породы.A neutron generator is lowered into the well, which periodically for short (several microseconds) time intervals irradiates the rock around the well with a stream of fast neutrons with an energy of 14 MeV. These neutrons propagate in the rock under study almost isotropically, while undergoing elastic and inelastic scattering on the atomic nuclei of the rock.
Распространяясь в породе, быстрые 14 МэВ нейтроны претерпевают упругие и неупругие рассеяния на атомных ядрах породы. В результате упругого рассеяния быстрые нейтроны генератора замедляются и постепенно приходят в тепловое равновесие с породой. Расстояние от мишени генератора, на котором наступает тепловое равновесие, зависит от свойств породы и, в значительной степени, от количества содержащихся в ней водородосодержащих веществ. Тепловые нейтроны диффундируют во все стороны и постепенно поглощаются атомами породы, излучая гамма-кванты радиационного захвата.Propagating in the rock, fast 14 MeV neutrons undergo elastic and inelastic scattering on the atomic nuclei of the rock. As a result of elastic scattering, the fast neutrons of the generator slow down and gradually come into thermal equilibrium with the rock. The distance from the target of the generator at which thermal equilibrium occurs depends on the properties of the rock and, to a large extent, on the amount of hydrogen-containing substances contained in it. Thermal neutrons diffuse in all directions and are gradually absorbed by rock atoms, emitting gamma rays of radiation capture.
Неупругое рассеяние быстрых нейтронов приводит к образованию гамма-квантов неупругого рассеяния, излучаемых во время нейтронных импульсов. Энергия этих гамма-квантов характерна для каждого элемента. Так в результате неупругого рассеяния на ядрах углерода (С) образуется гамма-кванты с энергий 4,43 МэВ, на ядрах кислорода - 6,13 МэВ. Количество гамма-квантов, зарегистрированных в определенных энергетических областях, пропорционально концентрации элементов, испускающих данные гамма-кванты.Inelastic scattering of fast neutrons leads to the formation of gamma rays of inelastic scattering emitted during neutron pulses. The energy of these gamma rays is characteristic of each element. So, as a result of inelastic scattering, gamma rays with energies of 4.43 MeV are formed on carbon (C) nuclei, and 6.13 MeV on oxygen nuclei. The number of gamma rays recorded in certain energy regions is proportional to the concentration of elements emitting these gamma rays.
Регистрация тепловых и/или эпитепловых нейтронов, а также гамма-квантов неупругого рассеяния и радиационного захвата позволяет определить нейтронную пористость, плотность и состав породы. Эти характеристики используются для определения характера насыщения пластов (нефть, вода), их фильтрационно-емкостных свойств и коэффициента нефтенасыщенности.The registration of thermal and / or epithermal neutrons, as well as gamma rays of inelastic scattering and radiation capture, allows one to determine the neutron porosity, density and composition of the rock. These characteristics are used to determine the nature of formation saturation (oil, water), their filtration-capacitive properties and oil saturation coefficient.
Расстояние между мишенью нейтронного генератора и детектором (длина зонда) влияет на размер исследуемой области вокруг скважины (глубинность зондирования) и величину измеряемого эффекта, связанного с ядерно-физическими характеристиками породы.The distance between the target of the neutron generator and the detector (probe length) affects the size of the investigated area around the well (sounding depth) and the size of the measured effect associated with the nuclear physical characteristics of the rock.
Вследствие того, что по мере удаления от оси скважины порода вокруг скважины имеет переменный состав и плотность, для определения радиального распределения ее свойств необходимо применение нескольких зондов различной длины.Due to the fact that the rock around the well has a variable composition and density as it moves away from the axis of the well, it is necessary to use several probes of different lengths to determine the radial distribution of its properties.
Часть каротажной аппаратуры, опускаемая в скважину, называется скважинным устройством. Существует большое разнообразие состава и конструкций скважинных устройств.The part of the logging equipment lowered into the well is called a downhole device. There is a wide variety of composition and designs of downhole devices.
Так основными элементами типичного многофункционального скважинного устройства ИНК являются: нейтронный источник в виде нейтронного генератора 14 МэВ нейтронов, детектор для мониторирования нейтронного выхода генератора, нейтронные и гамма зонды, защитный экран, устанавливаемый между нейтронным генератором и детекторами гамма излучения, электронные устройства.So the main elements of a typical multifunctional downhole INC device are: a neutron source in the form of a 14 MeV neutron neutron generator, a detector for monitoring the neutron output of the generator, neutron and gamma probes, a protective screen installed between the neutron generator and gamma radiation detectors, electronic devices.
Длина нейтронных генераторов, применяемых при нейтронном каротаже, обычно составляет не менее 150 см. В то же время длина измерительных зондов обычно не превышает 50-70 см. Поэтому расположение детекторов нейтронного или гамма-излучения вдоль оси скважинного устройства за пределами нейтронного генератора существенно уменьшает интенсивность падающего на них гамма-излучения и увеличивает, таким образом, время проведения измерений, а также увеличивает длину скважинного устройства, что нежелательно для обеспечения свободной проводки скважинного устройства по скважине.The length of neutron generators used in neutron logging is usually not less than 150 cm. At the same time, the length of the measuring probes usually does not exceed 50-70 cm. Therefore, the location of neutron or gamma radiation detectors along the axis of the downhole device outside the neutron generator significantly reduces the intensity the gamma radiation incident on them and thus increases the measurement time, and also increases the length of the downhole device, which is undesirable to ensure free wiring Nogo downhole device.
Длина детекторов, входящих в состав нейтронных или гамма-Σзондов, составляет порядка 10 см и определяет пространственное разрешение применяемых в настоящее время зондов.The length of the detectors that make up the neutron or gamma-Σ probes is about 10 cm and determines the spatial resolution of the probes currently used.
Диаметр нейтронных генераторов, применяемых в скважинных устройствах, предназначенных для нейтронного каротажа, составляет не более 34 мм, а внутренний диаметр корпуса скважинного устройства обычно составляет не менее 80 мм, что позволяет разместить между корпусом скважинного устройства и корпусом нейтронного генератора детекторы диаметром до, примерно, 20 мм.The diameter of the neutron generators used in borehole devices designed for neutron logging is not more than 34 mm, and the inner diameter of the body of the borehole device is usually not less than 80 mm, which allows you to place detectors with a diameter of up to about 20 mm.
Из-за разности диаметров скважинного устройства и скважины между их стенками имеется полость, размер которой различен в различных азимутальных направлениях и меняется в процессе каротажа случайным образом. Это приводит к изменению счета детектора зонда, не связанному с характеристиками породы вокруг скважины. Для учета влияния полости используются зонды, содержащие несколько детекторов, расположенных равномерно по окружности вокруг оси скважинного устройства. При этом для каждого детектора зонда вычисляется параметр асимметрии с использованием следующего выражения (заявка на патент US 2013/0187035, МПК: G01V 5/08, G01V 5/10, 2013 г.):Due to the difference in diameters of the borehole device and the borehole, there is a cavity between their walls, the size of which is different in different azimuthal directions and varies randomly during logging. This leads to a change in the probe detector count, which is not related to the characteristics of the rock around the well. To account for the influence of the cavity, probes are used that contain several detectors located evenly around the circumference around the axis of the downhole device. In this case, for each probe detector, the asymmetry parameter is calculated using the following expression (patent application US 2013/0187035, IPC: G01V 5/08, G01V 5/10, 2013):
где A(i) - параметр асимметрии i-го детектора зонда, N - число детекторов в зонде, С(i) - скорость счета i-го детектора зонда, ΣС(i) - сумма скоростей счета по всем N детекторам зонда.where A (i) is the asymmetry parameter of the i-th detector detector, N is the number of detectors in the probe, C (i) is the counting speed of the i-th detector detector, ΣС (i) is the sum of counting rates for all N probe detectors.
Параметр асимметрии позволяет определить положение скважинного устройства относительно стенок скважины и произвести коррекцию счета детектора с учетом этого положения. Очевидно, что детекторы зонда на всей их длине должны быть расположены на одном расстоянии от оси скважинного устройства, т.е. параллельно оси скважинного устройства. Чем больше число детекторов в зонде N (чем меньше угловое расстояние между детекторами) и чем больше число зондов при условии, что зонды повернуты относительно друг друга так, что детекторы из всех зондов находятся при различных угловых положениях относительно оси скважинного устройства, тем точнее выполняется коррекция счета детекторов.The asymmetry parameter allows you to determine the position of the downhole device relative to the walls of the well and to correct the count of the detector taking into account this position. Obviously, the probe detectors along their entire length should be located at the same distance from the axis of the downhole device, i.e. parallel to the axis of the downhole device. The larger the number of detectors in the probe N (the smaller the angular distance between the detectors) and the greater the number of probes, provided that the probes are rotated relative to each other so that the detectors from all the probes are at different angular positions relative to the axis of the downhole device, the more accurate the correction accounts of detectors.
Проблемы нейтронного каротажа в настоящее время сводятся к необходимости создания детектора, обеспечивающего регистрацию нейтронного или гамма-излучений и обладающего не только осевым (однокоординатным), но и угловым (азимутальным) пространственным разрешением, конструкция которого дает возможность его размещения в зазоре между корпусом скважинного устройства и нейтронного генератора. Длина детектора должна быть порядка расстояния между обычно применяемыми зондами, состоящими из нескольких одинаковых детекторов, например пропорциональных счетчиков или сцинтилляционных детекторов. Это расстояние обычно составляет несколько десятков сантиметров.The problems of neutron logging currently boil down to the need to create a detector that records neutron or gamma radiation and has not only axial (single-coordinate), but also angular (azimuthal) spatial resolution, the design of which allows it to be placed in the gap between the body of the downhole device and neutron generator. The length of the detector should be of the order of the distance between commonly used probes consisting of several identical detectors, for example, proportional counters or scintillation detectors. This distance is usually several tens of centimeters.
Известен «Скважинный позиционно-чувствительный счетчик гамма-излучения», состоящий из корпуса-катода, по оси симметрии которого на опорных изоляторах размещен анод, выполненный в виде нити с жестко закрепленными на ней перегородками в виде стеклянных бусинок диаметром не менее 1 мм, которые разделяют анодную нить на участки-секции. Патент RU 2152105, МПК G01T 1/18, G01V 5/06. 2000 г. Аналог.The well-known "downhole position-sensitive gamma-ray counter", consisting of a cathode casing, along the axis of symmetry of which an anode is placed on the supporting insulators, made in the form of a filament with baffles rigidly fixed on it in the form of glass beads with a diameter of at least 1 mm, which divide anode thread into sections sections. Patent RU 2152105, IPC G01T 1/18, G01V 5/06. 2000, Analog.
Недостатком аналога является невозможность определить направление, под которым излучение приходит на детектор в плоскости, перпендикулярной оси корпуса-катода (отсутствие азимутального углового разрешения).A disadvantage of the analogue is the inability to determine the direction under which the radiation arrives at the detector in a plane perpendicular to the axis of the cathode body (lack of azimuthal angular resolution).
Известен "Метод и аппаратура для нейтронного каротажа, использующая позиционно-чувствительный нейтронный детектор», который содержит сцинтиллятор с осью, параллельной оси корпуса прибора, и фотоумножители на противоположных концах сцинтиллятора, каждый фотоумножитель подключен к соответствующему амплитудному анализатору и через него к контроллеру, служащему для определения осевого положения зарегистрированного нейтрона по отношению амплитуд оптических сигналов, зарегистрированных фотоумножителями. Патент СА 2798070, МПК G01V 5/10. 2011 г. Аналог.The well-known "Method and apparatus for neutron logging using a position-sensitive neutron detector", which contains a scintillator with an axis parallel to the axis of the instrument body, and photomultipliers at opposite ends of the scintillator, each photomultiplier connected to a corresponding amplitude analyzer and through it to the controller, which serves to for determining the axial position of a detected neutron in relation to the amplitudes of optical signals recorded by photomultipliers Patent CA 2798070, IPC G01V 5/10 2011 A tax.
Недостатком аналога является невозможность определить направление, под которым излучение приходит на детектор в плоскости, перпендикулярной оси корпуса прибора, т.е. отсутствие азимутального углового разрешения.The disadvantage of the analogue is the inability to determine the direction under which the radiation arrives at the detector in a plane perpendicular to the axis of the device’s body, i.e. lack of azimuthal angular resolution.
Известны «Азимутально чувствительные гамма-детекторы», включающие сцинтиллятор, форма которого обеспечивает азимутальную чувствительность относительно оси скважины, или множество сцинтилляторов, разделенных отражающим материалом, помещенным между сцинтилляторами, каждый сцинтиллятор находится в оптическом контакте с фотодетектором. Заявка Норвегии NO 20120033, МПК: G01V 5/10, 2012. Прототип.Known "Azimuthally sensitive gamma detectors", including a scintillator whose shape provides azimuthal sensitivity relative to the axis of the well, or a plurality of scintillators separated by reflective material placed between the scintillators, each scintillator is in optical contact with the photodetector. Application of Norway NO 20120033, IPC: G01V 5/10, 2012. Prototype.
Недостатком прототипа является низкое угловое разрешение при определении азимутального распределения гамма-излучения в плоскости, перпендикулярной оси корпуса прибора, обусловленное низким угловым разрешением функций отклика устройств, основанных на применении защитного экрана/коллиматора или сцинтиллятора нецилидрической формы.The disadvantage of the prototype is the low angular resolution when determining the azimuthal distribution of gamma radiation in a plane perpendicular to the axis of the instrument housing, due to the low angular resolution of the response functions of devices based on the use of a protective screen / collimator or non-cylindrical scintillator.
Техническим результатом изобретения является повышение углового разрешения при определении азимутального распределения гамма-излучения в плоскости, перпендикулярной оси корпуса прибора.The technical result of the invention is to increase the angular resolution in determining the azimuthal distribution of gamma radiation in a plane perpendicular to the axis of the instrument housing.
Технический результат достигается тем, что в цилиндрическом позиционно-чувствительном детекторе, содержащем множество сцинтилляторов, разделенных отражающим материалом, помещенным между сцинтилляторами, каждый сцинтиллятор находится в оптическом контакте с фотоприемником, сцинтиллятор состоит из одного или нескольких цилиндрических наборов, составленных из сцинтиллирующих волокон, обеспечивающих регистрацию нейтронного или гамма-излучения, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон.The technical result is achieved in that in a cylindrical position-sensitive detector containing a plurality of scintillators separated by a reflective material placed between the scintillators, each scintillator is in optical contact with a photodetector, the scintillator consists of one or more cylindrical sets composed of scintillating fibers, providing registration neutron or gamma radiation, scintillating fibers are provided with reflective shells and lightproof coatings ytiyami opposite ends of scintillation fibers are connected by the optical connector with two optical fibers located on the opposite side in optical contact with two photodetectors matrix, the number of photosensitive elements each of which is equal to or greater than the number of scintillating fibers.
Устройство цилиндрического позиционно чувствительного детектора поясняется чертежом, где:The device is a cylindrical position sensitive detector is illustrated in the drawing, where:
1 - цилиндрические наборы сцинтиллирующих волокон;1 - cylindrical sets of scintillating fibers;
2 - волоконные световоды;2 - fiber optical fibers;
3 - матричные фотоприемники;3 - matrix photodetectors;
4 - оптические соединители;4 - optical connectors;
5 - сцинтиллирующие волокна для регистрации нейтронного или гамма-излучения.5 - scintillating fibers for detecting neutron or gamma radiation.
На чертеже схематично показано устройство цилиндрического позиционно-чувствительного детектора с двумя наборами 1 сцинтиллирующих волокон 5 круглого сечения для регистрации тепловых нейтронов или гамма-излучения.The drawing schematically shows the arrangement of a cylindrical position-sensitive detector with two sets 1 of scintillating fibers 5 of circular cross section for detecting thermal neutrons or gamma radiation.
Устройство содержит: один или несколько вложенных друг в друга цилиндрических наборов 1 сцинтиллирующих волокон 5; волоконные световоды 2, оптически соединенные посредством оптических соединителей 4 с сцинтиллирующими волокнами 5 в цилиндрических наборах 1, а с противоположной стороны также с двумя матричными фотоприемниками 3, каждый из которых состоит из набора фоточувствительных элементов (на чертеже не показаны).The device comprises: one or more cylindrical sets 1 of scintillating fibers 5 inserted into each other; fiber optic fibers 2 optically connected via optical connectors 4 to scintillating fibers 5 in cylindrical sets 1, and on the opposite side also to two matrix photodetectors 3, each of which consists of a set of photosensitive elements (not shown in the drawing).
В каждом цилиндрическом наборе 1 сцинтиллирующие волокна 5 располагаются параллельно оси устройства на одном расстоянии от нее и изготавливаются из материала, обеспечивающего регистрацию того или иного вида излучения: гамма-квантов или тепловых нейтронов, например из йодистого натрия или литиевого стекла.In each cylindrical set 1, scintillating fibers 5 are located parallel to the axis of the device at the same distance from it and are made of a material that ensures registration of one or another type of radiation: gamma rays or thermal neutrons, for example, sodium iodide or lithium glass.
Сцинтиллирующие волокна могут быть различного поперечного сечения: круглые, квадратные и прямоугольные. Размер поперечного сечения обычно не превышает нескольких миллиметров. Максимальная длина сцинтиллирующих волокон определяется длиной ослабления в них света, испускаемого во время сцинтилляционной вспышки, и может достигать нескольких метров.Scintillating fibers can be of various cross sections: round, square and rectangular. The cross-sectional size usually does not exceed a few millimeters. The maximum length of scintillating fibers is determined by the length of attenuation in them of the light emitted during the scintillation flash, and can reach several meters.
Для улучшения светосбора и увеличения доли света, переносимого на торцы сцинтиллирующих волокон, их поверхность покрывают светоотражающим покрытием (одно- или двухслойным) с меньшим, чем у материала волокна, коэффициентом преломления, либо выращивают волокна с заданным радиальным градиентом состава (Н.В. Классен, В.Н. Курлов, С.Н. Россоленко, О.А. Кривко, А.Д. Орлов, С.З. Шмурак. Сцинтилляционные волокна и наносцинтилляторы для улучшения пространственного, спектрометрического и временного разрешения радиационных детекторов. Известия РАН. Серия Физическая, 2009, том 73, №10, с. 1451-1456; Патент РФ №2411543, MПK: G01T 1/20, 2008 г.).To improve light collection and increase the proportion of light transferred to the ends of scintillating fibers, their surface is coated with a reflective coating (single or double layer) with a lower refractive index than the material of the fiber, or fibers with a given radial gradient of the composition are grown (N.V. Klassen , VN Kurlov, SN Rossolenko, OA Krivko, AD Orlov, SZ Shmurak Scintillation fibers and nanoscintillators for improving spatial, spectrometric and temporal resolution of radiation detectors. Physical tions, 2009, Volume 73, №10, from 1451-1456, the Russian Patent №2411543, MPK:. G01T 1/20, 2008).
Для предотвращения попадания света от сцинтилляционной вспышки, возникшей в сцинтиллирующем волокне, в соседние волокна его поверхность покрывают дополнительно светонепроницаемым тонким покрытием, например, из алюминия, двуокиси титана, окиси магния. Толщина покрытия, обеспечивающая полное поглощение света, составляет не более 1 мкм.To prevent light from the scintillation burst that has arisen in the scintillating fiber from entering neighboring fibers, its surface is additionally coated with an opaque thin coating, for example, aluminum, titanium dioxide, magnesium oxide. The coating thickness, providing complete absorption of light, is not more than 1 μm.
Торцы сцинтиллирующих волокон 5 соединены с помощью оптических соединителей 4 с двумя волоконными световодами 2 с оптическим контактом. Оптические соединители 4 обеспечивают механически оптическую связь торцов сцинтиллирующих волокон 5 с торцами волоконных световодов 2. Поперечное сечение волоконных световодов 2 обычно равно или больше поперечного сечения сцинтиллирующих волокон 5 для того, чтобы уменьшить потери света в месте сопряжения их торцов. Волоконные световоды 2 изготавливаются обычно из стекла или пластмассы со светоотражающими и светопоглощающими покрытиями, выполняющими ту же роль, что и в случае сцинтиллирующих волокон.The ends of the scintillating fibers 5 are connected using optical connectors 4 with two optical fibers 2 with an optical contact. Optical connectors 4 provide mechanically optical coupling of the ends of the scintillating fibers 5 with the ends of the optical fibers 2. The cross section of the optical fibers 2 is usually equal to or greater than the cross section of the scintillating fibers 5 in order to reduce the light loss at the interface of their ends. Fiber optic fibers 2 are usually made of glass or plastic with reflective and light-absorbing coatings that perform the same role as in the case of scintillating fibers.
Противоположные торцы волоконных световодов 2 соединены с фоточувствительными элементами матричных фотоприемников 3 с оптическим контактом.The opposite ends of the optical fibers 2 are connected to the photosensitive elements of the array photodetectors 3 with an optical contact.
Фоточувствительными элементами матричных фотоприемников 3 могут быть, например, так называемые, кремниевые фотоумножители или двухкоординатные фотоумножители. Число фоточувствительных элементов в каждом из матричных фотоприемников 3 как минимум равно числу сцинтиллирующих волокон 5.The photosensitive elements of the matrix photodetectors 3 can be, for example, the so-called silicon photomultipliers or two-coordinate photomultipliers. The number of photosensitive elements in each of the matrix photodetectors 3 is at least equal to the number of scintillating fibers 5.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
На устройство падает регистрируемое излучение: тепловые нейтроны или гамма-излучение, выходящие из стенок скважины. Интенсивность этих излучений имеет осевое и азимутальное распределение. Осевое распределение связано со слоевой структурой породы, окружающей скважину. Азимутальное распределение вызвано в основном несимметричным положением скважинного устройства по отношению к оси скважины.The registered radiation is incident on the device: thermal neutrons or gamma radiation coming out of the borehole walls. The intensity of these emissions has an axial and azimuthal distribution. The axial distribution is associated with the layer structure of the rock surrounding the well. The azimuthal distribution is caused mainly by the asymmetric position of the downhole device with respect to the axis of the well.
Излучение, попавшее в сцинтиллирующее волокно 5 одного из наборов 1, поглощается в нем, вызывая сцинтилляционную вспышку.The radiation entering the scintillating fiber 5 of one of the sets 1 is absorbed in it, causing a scintillation flash.
Фотоны сцинтилляционной вспышки, возникшей в сцинтиллирующем волокне 5, с помощью светоотражающей оболочки транспортируются к торцам волокна.Photons of the scintillation flash that has arisen in the scintillating fiber 5 are transported to the ends of the fiber by means of a reflective sheath.
Светопоглощающее покрытие, нанесенное на сцинтиллирующее волокно 5, препятствует прохождению сцинтилляционных фотонов из него в соседние волокна, предотвращая связанное с этим прохождением ухудшение пространственного разрешения.A light-absorbing coating deposited on the scintillating fiber 5 prevents the passage of scintillation photons from it into neighboring fibers, preventing a deterioration in spatial resolution associated with this passage.
Фотоны, дошедшие до торцов сцинтиллирующего волокна 5, через оптические соединители 4, соединенные с оптическим контактом с волоконными световодами 2, переносятся по ним на фотоприемники 3, расположенные на противоположных концах устройства, где регистрируются, вызывая электрический сигнал в соответствующих фоточувствительных элементах матричных фотоприемников 3.Photons reaching the ends of the scintillating fiber 5, through optical connectors 4 connected to an optical contact with fiber optical fibers 2, are transferred through them to photodetectors 3 located at opposite ends of the device, where they are recorded, causing an electric signal in the corresponding photosensitive elements of the matrix photodetectors 3.
Фоточувствительные элементы матричных фотоприемников 3 заранее пронумерованы. Также заранее определено, к каким фоточувствительным элементам матричных фотоприемников 3 приходят фотоны от того или иного сцинтиллирующего волокна.The photosensitive elements of the matrix photodetectors 3 are pre-numbered. It is also predetermined which photosensitive elements of the matrix photodetectors 3 receive photons from a particular scintillating fiber.
Электрические сигналы, поступившие с фоточувствительных элементов, соответствующих противоположным торцам определенного сцинтиллирующего волокна 5, измеряются с помощью амплитудных анализаторов (на чертеже не показаны), анализируются в контроллере (на чертеже не показан) и записываются в его память.Electrical signals from photosensitive elements corresponding to the opposite ends of a certain scintillating fiber 5 are measured using amplitude analyzers (not shown in the drawing), analyzed in the controller (not shown in the drawing) and written to its memory.
Азимутальное распределение регистрируемого излучения определяется по интенсивности сигналов, поступающих с сцинтиллирующих волокон, расположенных при различных азимутальных углах по отношению к оси скважинного устройства. Азимутальное распределение используется для определения положения скважинного устройства по отношению к скважине, а затем для коррекции интенсивности сигнала, поступившего с различных сцинтиллирующих волокон.The azimuthal distribution of the detected radiation is determined by the intensity of the signals coming from scintillating fibers located at different azimuthal angles with respect to the axis of the downhole device. The azimuthal distribution is used to determine the position of the downhole device relative to the well, and then to correct the intensity of the signal received from various scintillating fibers.
Угловое разрешение устройства определяется отношением поперечного сечения сцинтиллирующего волокна к радиусу окружности, на которой оно находится. В случае размещения устройства между корпусами скважинного устройства диаметром 80 мм и нейтронного генератора диаметром 34 мм средний радиус окружности может составлять около 28 мм. При поперечном сечении сцинтиллирующего волокна, составляющем 1 мм (диаметр обычно применяемых счетчиков или сцинтилляторов составляет не менее 1 см), и указанном радиусе окружности угловое разрешение устройства будет составлять 1/28 радиана или около 2°.The angular resolution of the device is determined by the ratio of the cross section of the scintillating fiber to the radius of the circle on which it is located. In the case of placing the device between the bodies of the downhole device with a diameter of 80 mm and a neutron generator with a diameter of 34 mm, the average radius of the circle can be about 28 mm With a cross-section of scintillating fiber of 1 mm (the diameter of commonly used counters or scintillators is at least 1 cm) and the indicated radius of the circle, the angular resolution of the device will be 1/28 radian or about 2 °.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2574323C1 true RU2574323C1 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2825718C1 (en) * | 2023-04-03 | 2024-08-28 | Вячеслав Валерьевич Жолудев | System of multi-level identification and identification procedure for data authentication when identifying identity documents |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2262720C1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Spectrum-zonal x-ray detector |
| US7521686B2 (en) * | 2007-08-17 | 2009-04-21 | Trinity Engineering Associates, Inc. | Intrinsically directional fast neutron detector |
| US20100127177A1 (en) * | 2008-11-24 | 2010-05-27 | Schmitt William M | Discrimination-enhanced fiber-optic scintillator radiation detector |
| RU2441256C2 (en) * | 2010-04-29 | 2012-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Scintillation detector electronic and beta-radiation |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2262720C1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Spectrum-zonal x-ray detector |
| US7521686B2 (en) * | 2007-08-17 | 2009-04-21 | Trinity Engineering Associates, Inc. | Intrinsically directional fast neutron detector |
| US20100127177A1 (en) * | 2008-11-24 | 2010-05-27 | Schmitt William M | Discrimination-enhanced fiber-optic scintillator radiation detector |
| RU2441256C2 (en) * | 2010-04-29 | 2012-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Scintillation detector electronic and beta-radiation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2825718C1 (en) * | 2023-04-03 | 2024-08-28 | Вячеслав Валерьевич Жолудев | System of multi-level identification and identification procedure for data authentication when identifying identity documents |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO346014B1 (en) | Apparatus and method for detecting radiation comprising neutrons and gamma rays | |
| US9529097B1 (en) | Pixelated gamma detector | |
| US20120138806A1 (en) | Novel radiation detector | |
| Abbas et al. | Calibration of а single hexagonal NaI (Tl) detector using a new numerical method based on the efficiency transfer method | |
| Anassontzis et al. | Light transmissivity in the NESTOR site | |
| CN112997102A (en) | Radiation detection system and method | |
| Chichester et al. | Comparison of BCF-10, BCF-12, and BCF-20 scintillating fibers for use in a 1-dimensional linear sensor | |
| US20220381942A1 (en) | Methods and Means for Neutron Imaging Within a Borehole | |
| RU2574323C1 (en) | Cylindrical position-sensitive detector | |
| Jackson et al. | Testing of a scintillator and fibre optic based radiation sensor | |
| RU153278U1 (en) | POSITIVE SENSITIVE DETECTOR FOR SIMULTANEOUS RECORDING OF NEUTRON AND GAMMA OF RADIATIONS | |
| RU154865U1 (en) | POSITIVE SENSITIVE DETECTOR FOR SIMULTANEOUS RECORDING OF NEUTRON AND GAMMA OF RADIATIONS | |
| CN203673074U (en) | Beta surface contamination position distinguishing detector | |
| RU2574322C1 (en) | Spectrometric position-sensitive detector | |
| JP6014388B2 (en) | Radioactive leakage water monitoring system and radioactive leakage water monitoring method | |
| RU2574415C1 (en) | Spectrozonal position-sensitive gamma radiation detector | |
| US9702984B1 (en) | Long-distance transmission of light in a scintillator-based radiation detector | |
| RU2308056C1 (en) | Scintillation detector | |
| Vitullo et al. | Simultaneous inter-calibration of 160 MiMi neutron detectors | |
| Bentoumi et al. | Reactor power monitoring using Cherenkov radiation transmitted through a small-bore metallic tube | |
| RU2578050C1 (en) | Downhole device with double-sided location measuring probes | |
| RU2190240C2 (en) | Scintillation detector | |
| Wilbur et al. | Flexible X-ray imaging detectors using scintillating fibers | |
| RU166127U1 (en) | POSITIVE-SENSITIVE DETECTOR | |
| RU119131U1 (en) | SCINTILLATION DETECTOR OF ELECTRONS AND BETA RADIATION |