核物理测井

1、能否产生可控伽马源？

由α、β衰变产生的子核往往处于激发态，而后可通过发射伽马射线或内转换电子释放多余的能量而退激到基态激发态的原子核通过发射γ射线而退激到较低能级或基态的过程，称为伽马跃迁，或称伽马衰变。

能够产生伽马射线的装置就称为伽马源，由人工或天然放射性同位素制成。人工产生一般是利用高能基本粒子或是光子撞击原子核产生人工放射性核素，再通过核素的核反应来放出γ射线。主要方法有：带电粒子撞击（如电子）、快速中子撞击、热中子撞击、高能伽马射线撞击。

在油田广泛使用的测井仪器中,属于伽玛—伽玛测井范畴的补偿密度和岩性密度测井仪是岩性孔隙度测井系列中的主要仪器，对地层密度的测量精度很高。它们与中子测井等组合,在确定地层孔隙度、判断岩性、确定地层的泥质含量和解决与泥质含量有关的铀矿地质问题，进行地层对比，跟踪射孔，寻找放射性矿物等方面发挥了重大作用。

国内使用的伽马源基于成本考虑一般都是不可控的，但是在越来越国际化的今天，不可控的伽马源的使用受到限制，而且核测井仪器所用的伽马源是一种能产生对生态环境及人类身体有极大损害的放射性物质,因此国家对放射源的使用有着非常严格的规定,用可控式放射源替代现有井下测井仪所用化学放射源,将避免放射源对人体的损害,并且更符合安全环保的要求。

能否产生可控的伽马源呢？答案是肯定的，以下是我在网上找到的文献说明 【文献题名】 井下可控伽马源测井的基本原理和现状 【年卷期】 1986,10(2) 【作者】 李中奇，彭琥 【原文出版年】 1986 本文指出了伽马-伽马测井的优点和不足，建议在井下仪器中使用可控伽马源，这个建议是有条件实现的，并例举了可供井下仪器选用的四种伽玛源加速器。由于引用了可控伽玛源，使伽马粒子的发射时间可【文摘】 以随意控制，这样可以增大伽马源的发射剂量，因而又可能引起放射性测井技术的新发展，如分区康普顿散射测井技术和湮灭光子测井技术等等。 井下可控伽玛源已经成为现实，为了进一步增强伽玛一伽玛测井解决地质问题的能力, 可能用井下可控伽玛源。用它做成的测井仪, 不但能够保证工作人员的安全和环境保护问题, 而且能够在广阔得多的领域里同时得到带有地质特征的辐射场的空间、时间和能量等参数的完整信息。

苏联全苏核地球物理和地球化学研究所已经研制出一种高压脉冲伦琴管式光子发生 器, 其光子平均能量为250千电子伏, 最大能量在550~600千电子伏之间, 光子脉冲宽度为1.5~2毫微秒, 频率1赫, 功耗30瓦。对于能量大于200千电子伏的光子,输出约2 x 1012光子/脉冲。距靶10厘米处, 可得到大约0.07~0.1伦琴脉冲的剂量率, 相当于20~40居里艳一137源的效应。已用它装配成密度测井仪原型, 其外径为124毫米, 全长2800毫米(发生器自身长1200毫米)。在模型井和油井中试测的初步结果表明, 当源距为65厘米时, 它的体积密度灵敏度是用同位素源的常规仪器（源距35厘米）的4倍, 探测深度是后者的两倍。

美国已有人在早些时候获得了使用电子直线加速器的测井仪专利。斯仑贝谢测井公司已经推出这类新型测井仪。

可控伽马源的技术在国内还不成熟，成本过高，相信在不久之后我国定会生产出性价比较高的可控伽马源。

2、为什么电子对效应在测井中没有得到应用？

当入射γ光子的能量增加到大于两个电子的静电质量能（即大于1.022MeV）时，在原子核的库伦场作用下，光子转化为一个负电子和一个正电子，形成正负电子对，这个过程称为电子对效应。产生的正负电子对在物质中损失能量后，达到热平衡，正电子在热平衡时与物质中的负电子产生淹没光子，发出两个0.511MeV的γ射线，方向相反。这两个γ射线产生的时间非常短，与物质再次相互作用产生光电效应与康普顿效应，产生次级快速电子。

由正负电子对在物质中产生的电子－离子对将与淹没辐射产生的次级电子在物质中再产生的电子－离子对叠加在一起，形成电子对效应的γ射线信号输出谱。

正电子很不稳定，其寿命大约为10-10 ~10-7S，正电子使物质原子电离损失能量后，和电子结合转化为2个γ光子，即正电子湮没。由于正电子的的寿命太短，增大了测井仪器测量的难度，并且电子对效应后产生次级快速电子，产生次生γ射线，并附带产生光电效应和康普顿效应，这些都会对测量结果产生影响。

发生电子对效应的条件：一是除了γ光子和电子外，还必须由原子核参与；二是γ光子必须具有足够大的能量（大于1.022MeV）。 这就要求作为放射源的伽马源射线具有较强的能量，从而提高了测量的难度，增加测井的成本。

半导体探测器和纳米警惕探测器有哪些？应用于核辐射测井的前景如何？

一,PN结型探测器（扩散型)

将一种类型的杂质扩散到另一种类型的半导体内形成PN结.通常是把五价磷在高温下(800-1000oC)扩散到P型硅中,扩散深度由调节温度和时间来控制.从而在P型硅表面形成高浓度的N+层,在P型硅和N型硅交界处就得到了PN结.结区厚1-2 m,电极和信号引出的欧姆接触利用真空沉积或化学镀等方法实现.

优点:漏电流小,对辐射损伤不灵敏.缺点:死层较厚,不易获得大面积PN结,生产过程中高温处理,导致载流子寿命减小,影响能量分辨率. 二,锂漂移型探测器

由于锂在Si和Ge中的电离能较低,在室温下锂全部电离,电子进入导带内起施主作用.Li+半径小于Si和Ge的晶格距离很多,在电场作用下很容易进入半导体内部,向深处扩散. Li+和P型受主杂质B-由于静电作用形成稳定的 (Li+ B-)对,达到补偿的目的.形成电阻率很高的本征层(I型,亦称I区),本征层电场很强,是探测器的灵敏区. 锂漂移型探测器是准本征材料和PN结的组合,常称作NIP探测器.

硅锂探测器Si(Li),可在室温下工作,在液氮温度下性能改善.主要探测 射线和低能 射线,E <100KeV.

锗锂探测器Ge(Li),必须在液氮温度下工作.锂漂移型探测器必须在低温下加反偏压存储,否则锂离子在室温下有相当的迁移率而会使性能变坏.

同轴型Ge(Li)探测器大多数是圆柱形.单开,端双开端井型只要延长单晶长度就可以增大灵敏体积.

三,高纯锗探测器

利用纯度很高的锗制成PN结,耗尽层随反向偏压的增加而增厚.当偏压很高时,整块晶体都成了耗尽层.有平面型,或具有环状深沟的槽型结构,也可是同轴型. 四,化合物半导体探测器(CdTe,CdZnTe探测器)

CdZnTe(CZT)晶体是近年发展起未的一种性能优异的室温半导体核辐射探测器新材料.CZT晶体是由于CdTe晶体的电阻率较低,所制成的探测器漏电流较大,能量分辨率较低,就在CdTe中掺入Zn,使其禁带宽度增加,而发展成了的一种新材料.随Zn含量的不同,禁带宽度从1.4eV(近红外)至2.26eV(绿光)连续变化,所制成的探测器漏电流小,在室温下对X射线,γ射线能量分辨率好,能量探测范围在10ke V-6MeV,且无极化现象. 半导体探测器的优点:

1)很高的能量分辨率,比气体探测器大约高一个数量级,比闪烁计数器高的更多.因为在半导体中电离产生一对电子-空穴对只需要3eV左右的能量;带电粒子在半导体中的能量损失很多,在硅晶体中大约为3.9MeV/ cm,所以能量相同的带电粒子在半导体中产生的电子-空穴对数比在气体中产生的离子对数高一个数量级以上.这样电荷数的相对统计误差比气体小很多.

2)很宽的能量响应线性范围

3)很快的响应时间,ns量级,高计数率>108/cm2·s 4)体积小

5)很好的位置分辨率,好于1.4 m.

综上，半导体探测器在测井中的应用会增加测井分辨率，促进工作效率，提高生产率，有很好的应用前景。

纳米晶体探测器暂未找到相关资料。

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