Комплексные параметры, характеризующие интенсивность взаимодействия нейтронов с горными породами. Их зависимость от химического состава, плотности, пористости, характера насыщения пород.

Способность пород рассеивать и поглощать нейтроны- их рассеивающая и поглощающая активности, оцениваются макроскопическими сечениями рассеяния Σр и поглощения Σз.

σ_р и σ_з зависят от вида ядер и энергии нейтронов:

Ср= σ_рINs и Сз= σ_з INs, где Ср и Сз выражают числа нейтронов, рассеянных или захваченных ядрами на S=1м2 в 1с-нейтр.∕(м2∙с), I-интенсивность потока, Ns-число ядер.

Для расчета макроскопических эффективных сечений используются формулы:

Σр= σ_рN=σ_р*(Nаδт)∕А

Σз= σ_зN=σз*(Nаδт)∕А, где N-число ядер, А и δт-относительная атомная масса и плотность элемента, Nа- постоянная Авогадро, σ_р и σ_з - эффективные микроскопические сечения рассеяния и захвата соответственно.

Но горные породы состоят из элементов с разными микроскопическими сечениями, поэтому:

Σр= δ_рN_А∕100 Σ m_эi σ_pi∕Ai

Σз= δ_рN_А∕100 Σ m_эi σ_зi ∕Ai, где σ_{pi ,}σ_зi, m_{эi и} Ai-микроскопические эффективные сечения рассеяния и захвата, содержание в % (массовых) и относительная атомная масса i-го элемента породы; δп-ее плотность.

Если анализ твердой части породы дан в виде окисло элементов, а анализ жидкой части поэлементарно, то для расчета используют:

Σз=N_А[δ_т(1-k_п) Σm_Мiσ_змi ∕М _i + k_пδ_жΣm_эiσзэi ∕ A_i]

Σр=N_А[δ_т(1-k_п) Σm_Мiσр_мi ∕М _i + k_пδ_жΣm_эiσрэi ∕ A_i], где

k_п –коэффициент пористости; δ_{т и} δ_ж- коэффициенты твердой и жидкой фаз; m_Мi mэi – содержания (в %)i-й молекулы в твердой и i-го элемента в жидкой фазах породы.

σ_змi и σзэi-эффективные поперечные сечения поглощения i-й молекулы в твердой и i-го элемента в жидкой фазах породы. A_i—относительная атомная масса i-го элемента жидкой фазы.

Т.е для подсчета Σз и Σр должны быть известны: химический состав породы, их плотность (при естественной влажности или плотности твердой и жидкой частей),микроскопические сечения рассеяния и поглощения молекул и элементов, составляющих породу.

К другим величинам, определяющим поведение и интенсивность взаимодействия пород с нейтронами относят:

D₀ – коэффициент диффузии; D₀=λтр∕3, где λтр- транспортная длина свободного пробега

Ls-длина замедления;

Ld-длина диффузии; опред-ся как расстояние отсчитываемое от источника на котором поток Ф=Q*e ^-kr/(4πD₀r) нейтронов уменьшается, где Q-число нейтронов, испускаемых источником за 1с, r-расстояние от источника.

Ld(T₀)= √D₀(T₀)τd(T₀)

τз-время замедления(время необходимое нейтрону для замедления в породе);

τ_d-время жизни тепловых нейтронов. τ_d=λз ∕ υ=1∕ N_Аσ_з υ=( υΣni σзi)^-1, где υ-скорость тепловых нейтронов, λз-средняя длина свободного пробега нейтрона до поглощения

длина пробега нейтронов включает длину замедления и длину диффузии. Средняя длина замедления нейтронов ( ) определяется способностью ядер рассеивать нейтроны и равна расстоянию, на котором энергия нейтронов уменьшается от исходной (у быстрых нейтронов энергия превышает 0,5 МэВ) до тепловой (0,025 эВ). Наименьшей длиной замедления ( 10 см) обладают минералы, в которых имеются бериллий, углерод, железо и водородосодержащие породы, насыщенные водой, нефтью или газом. В других породах, особенно содержащих тяжелые химические элементы, составляет первые десятки сантиметров.

Ослабленные до тепловой энергии нейтроны перемещаются в породе путем диффузии до тех пор, пока не поглотятся какими-нибудь ядрами. Способность горных пород поглощать тепловые нейтроны выражают через среднюю длину диффузии или пропорциональное ей среднее время жизни тепловых нейтронов . Наименьшими значениями этих параметров ( 5 см, 5 мкс) отличаются руды, содержащие химические элементы с высоким сечением поглощения нейтронов (редкоземельные, кадмий, бор, ртуть, железо, хлор и др.), и рыхлые осадочные породы, насыщенные минерализованными водами. Для большинства породообразующих минералов и горных пород изменяется от 10 до 30 см, а - от 10 до 3000 мкс. Важным параметром среды является также коэффициент диффузии .

На изменении перечисленных нейтронных свойств химических элементов основаны нейтронные методы поэлементного анализа горных пород и их водонефтегазонасыщенности. Они сводятся к изучению плотности (интенсивности) тепловых нейтронов или вторичного гамма-излучения .

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: