《中子测井》PPT课件

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1、第九章中子测井（Neutronlogging）中子测井主要用于识别岩性，计算孔隙度、饱和度（套管井）利用中子源照射地层（向地层发射中子）用中子探测器或伽马探测器探测中子与地层的相互作用后的中子或伽马射线主要测井方法有：中子孔隙度测井、中子寿命测井、次生伽马能谱测井(C/O)、元素俘获谱测井（ECS)§1中子测井的核物理基础一、中子和中子源1.中子：半衰期为11.7分钟，由核反应产生。高能中子：En>10MeV快中子：10KeV10MeV中能中子：100eV10KeV慢中子：0.03eV100eV按能量可分：

2、En1ev,超热中子En0.025ev,热中子2.中子源：由核反应产生中子的装置，分为连续中子源和脉冲中子源（1）连续中子源（同位素中子源）：镅-铍中子源：5Mev特点:体积小,制备简单,连续发射中子,使用方便靶核中子源强度：源单位时间内发射的中子数（2）脉冲中子源（加速器中子源，中子管）靶14Mev用直流高压加速到0.126Mev能量优点：强度高，发射单色中子，可人为控制（产生脉冲中子）缺点：寿命短，一般只有几百个小时核聚变（核能）较轻的原子核聚合成较重的原子核而释放能量最常见是氘和氚聚合成较重的氦，释放出

3、能量理论上，１公斤氘和１０公斤锂（通过锂可以得到氚）发的电相当于１万吨煤通过电解海水，可以得到大量的氘；锂也要从海水里提取，但要比提取氘难度大地球上海水中有45万亿吨氘，足够人类使用60亿年2006年，中国、印度、日本、俄罗斯、韩国、美国和欧盟的代表在法国(反应堆地址所在国)签署国际热核聚变实验反应堆计划（ＩＴＥＲ）联合实施协定，总投资额为100亿欧元,欧盟承担50％，其余6方承担50％;预计35年创造可控制的产生聚变的物理条件：氘和氚的混合气体被加热到一亿度以上“托卡马克”型磁场约束法——利用巨大环形超导磁场，

4、对等离子体进行加热、约束二、中子与地层的作用（一）快中子的非弹性散射1、概念2、非弹性散射（微观）截面一个中子与单位面积上的靶核发生非弹性散射的几率，单位是靶恩，即10-24cm2快中子被靶核吸收,再放出一个较慢的中子,激发态的靶核一般发射γ光子后回到基态。中子的能量必须大于靶核的最低激发能级才能发生非弹性散射（随中子能量增大及靶核质量数的增大而增大）3、中子非弹性散射的应用与不同原子核发生非弹性散射,产生的γ射线能量不同,选择记录具有某些特征能量值的γ射线强度,可测出相应核素的相对含量。核素28Si40Ca12

5、C16O非弹性散射伽马（Mev）1.783.734.436.13（二）快中子对核的活化快中子与某些稳定核素发生核反应产生的新核是放射性核素（称为活化核）,衰变产生或活化伽马射线的强度很低且变化较慢与自然伽马一起作为非弹性伽马及俘获伽马的本底计数（三）快中子的弹性散射及减速过程1、快中子的弹性散射中子与原子核发生碰撞前后,系统的总动能不变,中子所损失的能量全部转变为原子核的动能,而原子核仍处于基态快中子经过非弹性散射后，降低了能量，没有足够的能量再发生非弹性散射时，它和原子核碰撞时就只能发生弹性散射而继续减速一

6、次弹性散射，中子可能的最大能量损失为：A：靶核的质量数，E0：入射中子的初始能量氢核，A=1，中子与氢核发生正碰撞时，中子将失去的最大能量是全部动能碳核,A=12，中子与碳核发生正碰撞时，中子可能损失的最大能量是0.284E0中子与靶核每次弹性碰撞时，平均能量损失为：靶核质量数A越小，中子的能量损失越大氢核A=1，中子与氢核弹性碰撞时失去能量最多（平均失去50%的能量），而与碳核碰撞时，每次碰撞平均损失14%的能量。氢核对中子的减速能力最强。2、快中子减速距离Le减速距离Le:快中子由初始能量E0减速到能量为En

7、=0.025eV的热中子,移动的直线距离R石英：Le=37cm方解石：Le=35cm淡水：Le=7.7cm（四）热中子扩散和被俘获1、热中子的扩散：热中子从中子密度大的区域向中子密度小的区域扩散，直至被介质的原子核俘获为止。热中子:温度25℃时，能量为0.025eV，速度为2.2×105cm/s2、辐射俘获核反应靶核俘获一个热中子后成为激发态的复核，放出γ光子后回到基态，反应中放出的γ射线称为俘获γ射线不同原子核俘获热中子放出的俘获γ射线能量不同测量地层中俘获伽马总强度——中子伽马测井测量特定能量的俘获伽马——俘

8、获伽马能谱测井核素1H28Si35Cl40Ca56Fe俘获伽马(Mev)2.233.441.956.116.647.426.147.643、宏观俘获截面及热中子寿命宏观俘获截面Σa：1cm3的介质中所有原子核微观俘获截面的和地层中常见核素的宏观俘获截面：ClHCOMgAlSiCaB31.60.3290.00450.00160.460.2150.130.43710热中子的寿