Нейтронный активационный анализ

(метод наведенной активности)

Метод наведенной активности (МНА) основан на изучении ис­кусственной радиоактивности, возникающей при облучении гор­ных пород нейтронами. По периоду полураспада Т_1/2 искусст­венно радиоактивных ядер и энергии их гамма-излучения опре­деляют возникший радиоактивный изотоп, а следовательно, и исходный изотоп горной породы, из которого он образовался. По интенсивности гамма-излучения радиоактивных ядер нахо­дят концентрацию соответствующих исходных элементов в гор­ной породе.

Активация ядер может осуществляться как быстрыми, так и особенно медленными нейтронами. В первом случае актива­ция происходит обычно в результате реакций (n, p) и (n, α), во втором (n, γ). В разрезе нефтяных и газовых месторожде­ний наиболее типичны реакции: ²⁷Аl (n, γ) ²⁸Al (T_1/2 = 2,3 мин); ²³Na (n, γ) ²⁴Na (T_1/2 = 15 ч); ¹⁶О (n, γ) ¹⁶N (T_1/2 = 7,4 с); ²⁸Si (n, p) ²⁸Аl. В обсаженных скважинах существенны также реакции в материале колонны ⁵⁶Fe (n, p) ⁵⁶Mn (T_1/2 = 2,5 ч) и ⁵⁶Мn (n, γ) ⁵⁶Mn.

В методе наведенной активности используют установку со­держащую источник нейтронов и детектор гамма-излучения, удаленный от источника на большое расстояние (1,5—2 м), достаточное для того, чтобы интенсивностью гамма-излучения радиационного захвата у детектора (эффектом НГМ) можно было пренебречь.

В зависимости от периода полураспада изотопа, определяе­мого при МНА, исследования проводят при непрерывном дви­жении прибора по скважине (для изотопов с периодом полу­распада, исчисляемым секундами и первыми минутами) или на точках (при значении Т_1/2 в несколько минут и более). В пер­вом случае источник находится впереди и «наводит» искусствен­ную радиоактивность, а индикатор движется за источником и регистрирует наведенную радиоактивность. Скорость движения прибора поддерживается строго постоянной. Точку записи отно­сят к середине детектора. Такой способ применим лишь при на­ведении в породе преимущественно одного изотопа с небольшим значением T_1/2, например ²⁸Аl.

При образовании в породе нескольких изотопов в сравнимых количествах, а также в случае одного изотопа с периодом полу­распада порядка нескольких минут и более проводят исследо­вания при неподвижном приборе — по точкам. Скважинный при­бор опускают на такую глубину, чтобы источник расположился против точки, намеченной к исследованию. После некоторого времени, достаточного для активации интересующих нас изото­пов, прибор быстро перемещают на расстояние, равное интерва­лу между источником и индикатором, и последний устанавливают точно против облученной точки. Далее измеряют интенсив­ность гамма-излучения при нескольких значениях времени за­держки после конца облучения либо непрерывно регистрируют изменение во времени наведенной активности с помощью реги­стратора. Измерения продолжают в течение времени, равного примерно периоду полураспада наиболее долго живущего из определяемых изотопов. Примерно таким же берут обычно и время облучения:

При исследовании на точках данные об интенсивности наве­денной активности (после вычитания естественной гамма-ак­тивности) обычно подвергают дальнейшей обработке с целью определения периода полураспада и активности всех изотопов, активирующихся в заметной степени. Для этого часто используют графический способ. Строят кривую спада активности, пред­ставляющую зависимость наведенной активности (в логарифми­ческом масштабе) от времени (в арифметическом масштабе) (рис. 45).

При наличии в породе одного активного изотопа та­кая кривая представляет прямую с наклоном, равным постоян­ной распада этого изотопа (кривые 1 и 2 на. рис. 45). Но и при активации нескольких изотопов (если проводить измерения в течение достаточно большого времени) к концу измерений обыч­но остается лишь один, наиболее долго живущий из активирован­ных изотопов. Соответственно правая часть кривой спада актив­ности будет иметь вид прямой линии с угловым коэффициентом, равным постоянной распада для этого изотопа. Продолжая эту прямую влево до пересечения с осью ординат, получают кривую спада активности наиболее долго живущего изотопа для любого момента времени (см. рис. 45).

Вычитая активность этого изотопа в разные моменты време­ни из суммарной активности, получают кривую спада активности остальных активных изотопов. Проводя, как и прежде, асимпто­ту к правой части этой кривой, будем иметь кривую спада активности следующего изотопа, а по наклону кривой — его период полураспада. Поступая и далее подобным образом, всю кривую расчленяют на прямолинейные (в полулогарифмической системе координат) кривые спада от­дельных изотопов, сумма активности которых и измеряется при МНА. В качестве величины, характеризующей активность изото­пов, берут их активность к концу облучения, т. е. ординату пе­ресечения с осью ординат соответствующих прямых для отдель­ных изотопов. Эту величину далее делят на мощность источни­ка и пересчитывают на бесконечное время облучения. Переход от значений начальных активностей изотопов к концентрации элементов горной породы осуществляют на основании переход­ных коэффициентов, полученных по данным исследований моде­лей пластов с известной концентрацией элементов и с конструк­цией скважины, совпадающей с конструкцией исследуемых сква­жин. Результаты исследований зависят (кроме конструкции скважины) от содержания в породе водорода и среднего вре­мени жизни нейтронов. Поправку за их влияние вводят по ре­зультатам измерений другими нейтронными методами.

В настоящее время МНА применяют в основном для выделе­ния в разрезе скважины руд и оценки концентрации таких элементов, как алюминий, медь, марганец, фтор (флюорит).

При применении источников высокоэнергетических нейтро­нов (генераторов нейтронов) удается получить достаточно ин­тенсивную активацию кислорода по реакции ¹⁶О (n, p) ^l6N (Т_1/2 = 7,4 с). По изменению активности этого изотопа по стволу скважины можно выделить в разрезе скважины полезные ис­копаемые, бедные кислородом (каменный уголь, самородную серу, иногда нефтеносные пласты), а также изучить содержа­ние углеводородов в жидкости, заполняющей скважину, что важно при контроле за разработкой нефтяных месторождений (см. гл. X).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: