基于空气中氮气闪烁测氡方法的实验验证研究

本文建立了基于空气中氮气闪烁进行测氡的方法,该方法通过测量α粒子激发空气中的氮气后退激产生的紫外光来实现实时测量氡浓度的目的。针对空气中氮气闪烁光产额极低带来的探测效率低和易受噪声干扰的问题,在二重符合与阈值判选信号的基础上通过模拟优化来进行实验设计,并通过实验验证方案的可行性。首先,基于Geant4建立了空气中氮气闪烁测氡探测器的模拟模型,考虑到PMT暗噪声以及宇宙射线等本底的影响,采用了设置阈值和二重符合的方法抑制噪声,并通过模拟和理论研究了降噪的效果,然后通过优化探测器尺寸以实现对α粒子最高的探测效率。最后,搭建了基于空气中氮气闪烁测氡的实验平台,测试结果表明,探测器净计数率与RAD7测量所得氡浓度呈明显的线性关系,证明了基于空气中氮气闪烁测量空气氡浓度的可行性,经实验拟合,此探测器的灵敏度为0.010 27次/min/(Bq/m3)。该方法可满足采矿业、铀矿勘探等地下工程领域中对氡浓度水平实时在线监测的需求外,还可为无须采样且实时在线测量空气α气溶胶提供测量手段。

可控中子源密度测井仪的密度响应特性与算法研究

在可控中子源密度测井中,脉冲中子源的中子产额存在波动,采用探测器绝对计数的密度算法受地层环境、测量条件的影响较大,因此会导致密度算法的精度较差。为提高密度测量的稳定性和精确性,本文针对可控中子源一体化测井仪的研发需要,建立了适合所研发仪器的密度算法:首先,结合蒙特卡罗数值模拟软件MCNP对新型一体化测井仪及地层进行了建模;然后,利用所建模型,模拟了在不同岩性、孔隙度条件下可控中子源发射的快中子与地层物质的相互作用过程,并通过记录γ探测器的近、远非弹性散射γ计数和俘获γ计数,中子探测器的近热中子及近超热中子计数信息,获得了一体化测井仪探测器计数与地层密度之间的响应关系,并对影响密度算法的主要因素进行了分析;最后,在密度响应特性分析的基础上,提出了使用近超热中子与近热中子计数比、近远非弹γ计数比来提高稳定性和精确性的可控中子源密度测井新算法。采用新密度算法对所建模型进行计算,结果表明,砂岩、灰岩、白云岩3种岩性下计算的密度与真密度非常接近,其相对误差小于6%。与哈里伯顿和斯伦贝谢算法的计算结果相比,本文方法显示了更好的效果:公式参数少、没有探测器的绝对计数、精确度高。

可控中子源核测井中γ射线时间和空间分布特性的模拟计算

针对用伴随α粒子技术核测井的应用需求,为探索通过时间信息反映空间信息实现定域测井的可行性,应用蒙特卡罗数值模拟工具包Geant4,模拟了可控中子源发射的快中子在地层中的输运过程。通过记录中子与地层核素反应产生γ射线的时间及位置信息,获得了γ射线的时间和空间分布特性,并通过分析射线的时空特性,研究了γ射线产生时间与位置之间的相关性。结果表明,在中子发射角为30°~90°内,非弹性散射γ射线产生时间和径向距离之间呈现较好的线性关系,可以根据时间信息获取空间信息,从而有望实现定域测井。

可控源一体化测井仪性能的影响因素研究

利用蒙特卡洛程序,探讨可控源一体化测井仪近源距伽马探测器源距对探测深度、层分辨率、伽马能谱形状的影响,以及近远源距中子探测器源距对计数比的影响。结果表明,源距越大,各探测器计数越小,近远源距中子探测器计数的比值也越小;伽马探测器的探测深度和层分辨率变大,伽马探测器谱形保持不变。针对来自仪器外壳材料对伽马能谱干扰较大问题,探讨硼套长度和仪器外壳材料对伽马能谱的影响。通过更换外壳材料来降低Fe峰的干扰,所选的3种外壳材料,结合价格因素、加工难度和解谱主要元素可以看出,钛钢TC11是比较合适的选择。