Радиоактивный каротаж

 

Радиоактивный каротаж

Геофизические методы изучения геологического разреза скважины, основанные на использовании радиоактивных процессов (естественных и искусственно вызванных), происходящих в ядрах атомов элементов горных пород, называют радиоактивным каротажем. Наиболее широкое применение получили: гамма-каротаж, предназначенный для изучения  естественного гамма-излучения горных пород; гамма-гамма каротаж и нейтронный каротаж, основанные на эффекте взаимодействия с горной породой источников гамма-излучения и источников нейтронов.

Преимуществом радиоактивного каротажа по сравнению с каротажем КС и ПС является  возможность каротажа при наличии обсадных труб и при заполнении скважины различными глинистыми растворами.

Радиоактивный каротаж решает две группы задач:

1.Каротаж на радиоактивные руды – определение положения радиоактивного пласта, его мощности и степени радиоактивности. Основан на измерении гамма-активности горных пород – гамма-каротаж, ГК.

2.Каротаж с целью литолого-стратиграфического расчленения осадочных толщ, выявление залежей нерадиоактивных полезных ископаемых (нефть, уголь, неметаллические руды). Этот каротаж основан на «вызванном» излучении, которое испускают горные породы при их облучении нейтронами  или гамма-лучами от изотопов. К этой группе каротажа относят нейтронный гамма-каротаж (НГК), нейтронный каротаж (НК), гамма-гамма-каротаж  (ГГК) и др.

Элемента атомной и ядерной физики

Как известно, явление радиоактивности было открыто французским физиком А.Беккерелем в 1896 г. Английский физик Э.Резерфорд установил существование атомного ядра и предложил планетарную модель строения атома. Согласно этой модели в центре атома находится ядро (его размер 10-14 м), а вся остальная часть атома заполнена обращающимися вокруг него электронами.

На основе этой модели датский физик Н.Бор в 1913 г. разработал первую количественную теорию атома (атома водорода), выдвинув два постулата: 1) атомная система может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. Находясь в этом состоянии атом не излучает. 2) излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большой энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. В 1932 г. английский физик Д.Чедвик открыл нейтрон, а немецкий физик В. Гейзенберг и советский физик Д.Д.Иваненко выдвинули протонно-нейтронную модель строения ядра. Согласно этой модели  ядро атома состоит из нуклонов, каждый из которых состоит из протонов и нейтронов,  удерживаемых мощными внутренними силами.  Протон имеет положительный электрический заряд, равный по величине заряду электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда. Ядро атома представляет собой связанную систему нуклонов. Зарядом ядра называется величина Ze,  где e – величина заряда протона, а  Z – порядковый номер химического элемента в периодической системе Менделеева. Число нуклонов в ядре определяется формулой A=N+Z, где  N – число нейтронов в ядре. Величину А называют массовым числом. Одному нуклону (протон+нейтрон) приписывают массовое число, равное единице, электрону – нуль. Ядра с одинаковыми Z,  но различными А называют изотопами. 

В ядрах существуют особые ядерные силы, не сводящиеся ни к одному из известных в классической физике сил – гравитационных и электромагнитных. Они являются короткодействующими силами, и проявляются на расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10-15м.

Ядро характеризуется энергией связи. Оно обладает механическим моментом, называемым спином ядра, и магнитным моментом ядра, обусловленным собственными магнитными моментами протонов и нейтронов, а также движением протонов внутри ядра.

Ядра обладают радиоактивностью. Радиоактивность – это самопроизвольное превращение путем распада одних атомов ядра в другие с испусканием одной или нескольких частиц. При радиоактивном распаде ядра претерпевают превращения, при которых изменяется: число нуклонов в ядре, протонно-нейтронный состав, внутренняя энергия и спин ядра. Самопроизвольный распад ядер в природных условиях называют естественной радиоактивностью.  Радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций, называют искусственной   радиоактивностью.

Обычно все типы радиоактивности сопровождаются испусканием гамма-излучения – жесткого, коротковолнового электромагнитного излучения. Гамма-излучение является основной формой уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений. С

Гамма-лучи, проходя через вещество, взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов вещества. Это взаимодействие выражается их рассеянием (эффект Комптона) и поглощением (фотоэлектрический эффект). Рассеяние заключается во взаимодействии гамма-кванта с электроном и сопровождается передачей части энергии гамма-кванта электрону. При рассеянии происходит изменение первоначального направления движения гамма-кванта, вплоть до возвращения его в исходное вещество. При фотоэлектрическом эффекте гамма-квант вырывает электрон из электронной оболочки атома, передавая ему всю свою энергию.

Нейтроны. Эти частицы не имеют электрического заряда, не ионизируют среду и, тем самым, не теряют энергии при взаимодействии с электрическими зарядами электронов и ядер. Отсюда их высокая проникающая способность. Масса нейтрона близка к массе протона. Поэтому на движение нейтрона в веществе влияет столкновение с ядрами атомов. Это столкновение проявляется в виде рассеяния нейтронов и захватом их ядрами атомов. При рассеянии изменяется направление движения нейтрона и уменьшение его энергии. Наибольшая потеря  энергии бывает при столкновении нейтрона с ядром атома водорода, масса которого почти равна массе нейтрона (в среднем нейтрон теряет половину своей энергии). В конечном счете, в результате процесса столкновения нейтронов с ядрами вещества их энергия становится равной кинетической энергии молекул и они превращаются в тепловые нейтроны. Последние продолжают двигаться (диффундировать) из областей большей плотности в области пониженной плотности и, в конце концов, такие нейтроны захватываются ядрами атомов. При этом захват нейтрона ядрами атома вещества сопровождается испусканием гамма-кванта (вторичное гамма-излучение).

Для большинства горных пород поглощающие и замедляющие свойства определяются водородосодержанием: чем выше водородосодержание, тем быстрее убывает плотность нейтронов с удалением от источника.

29 ноября 2012 /
Похожие новости
Энергетика Земли
Специфика поисков и разведки п.и.Б Комаровский (гео-сервер) Дисциплина знакомит студентов с особенностями поисков и разведки месторождений полезных ископаемых на геологически закрытой территории
Промысловая_Геофизика Каратаев (гео-сервер) Цель преподавания дисциплины – дать студентам знания об  основных методах геофизических исследований скважин и способах геологической
Курс лекций: "Физика" (сдо-геосервер) Программа предназначена для студентов географического факультета (специальность «Геология»). В ней предусмотрено изложение основ курса общей
Курс лекций: "Химия" (сдо-геосервер) Для студентов специальностей:география, экология, геоинформационные системы
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Сколько часов 1 сутках?
Ответ:*
Введите код: