Принципы обработки и интерпретации результатов измерений РРК.

Обычные счетчики Гейгера не фиксируют рентгеновское излучение и для регистрации применяются пропорциональные или сцинтилляционные детекторы (Na_l+T_l), которые в состоянии регистрировать излучение с энергией не менее 0, 5 кэВ. Поэтому рентген-радиометрический метод применим только для элементов с атомным номером z > 25-30.

Еще один недостаток метода РРК - невозможность разделить излучение близких по атомному номеру элементов, связанная с низкой разрешающей способностью по энергии γ сцинтилляционных детекторов.

Теоретические расчеты показывают, что для получения достаточной интенсивности характеристического излучения энергия γ -квантов возбуждающего излучения Еγ должна быть в пределах: 1, 1 Е_к < Е γ < 3.3 Е_к.

Кванты с энергией меньше 1, 1 Е_к не возбуждают характеристического излучения, а с энергией больше 3, 3 Е_к создают высокий мешающий фон вследствие комптоновского рассеяния первичного излучения.

Рентген-радиометрический метод применяется в лабораторном (РРА) и в скважинном (РРК) вариантах, а также для опробования стенок горных выработок (РРО). В РРК используются зонды, в которых осуществлена геометрия " прямой видимости": детектор регистрирует вторичное излучение (характеристическое и рассеянное) с того же участка изучаемой поверхности, который подвергается γ -облучению источника.

Рисунок 1 - Устройство зонда рентген-радиометрического каротажа

На рисунке 1 представлен схематический разрез зонда РРК. Зонд обычно выполняется в виде выносного блока, прижимаемого к стенке скважины. Источник мягкого γ -излучения облучает участок стенки скважины через коллимационный канал и входное окно, которое для пропускания мягкого излучения закрывается текстолитом или бериллием. Источник и детектор разделены свинцовым экраном. Детектор рентгеновского излучения помещают в другом коллимационном канале, стенки которого покрыты слоем кадмия и меди для поглощения характеристического рентгеновского излучения, возбуждаемого рассеянным γ -излучением источника непосредственно в свинцовом экране.

Измерения интенсивности характеристического и рассеянного излучения производят с помощью скважинных гамма-спектрометров.

С целью стандартизации измерений и уменьшения влияния помех в РРК применяют способ спектральных отношений. Сущность способа заключается в регистрации отношения интенсивностей в двух каналах гамма-спектрометра, один из которых настроен на энергию характеристического рентгеновского излучения элемента (N₁), другой - канал " внутреннего стандарта" - фиксирует интенсивность γ -излучения справа от К-уровня (N₂).

Поясним этот способ с помощью рисунка 2. Кривая а показывает спектр рассеянного γ -излучения источника Se⁷⁵ (Eγ = 0, 27 МэВ), зарегистрированный на модели пласта, состоящего из чистого кварцевого песка.

Рисунок – 2 Спектры рентгеновского и рассеянного гамма-излучения на моделях пластов чистого кварцевого песчаника (а) и песчаника, содержащего 10% свинца (б)

Максимум на энергии около 120 кэВ формируется под действием двух конкурирующих процессов - комптоновского рассеяния γ -квантов источника и фотопоглощения рассеянных γ -квантов. При добавлении в песок 10% РЬ на спектре появляется четкий максимум на энергии 88 кэВ, соответствующий К-линии характеристического спектра рентгеновского излучения свинца. Именно на эту энергию настраивают I канал спектрометра и регистрируют в нем скорость счета N₁. II канал спектрометра настраивают на энергию максимума рассеянного излучения - 120 кэВ и регистрируют скорость счета N₂.

Поскольку области энергий, измеряемых обоими каналами, достаточно близки, то изменения плотности, эффективного атомного номера среды и геометрии измерений будут одинаково влиять на обе интенсивности. В результате, отношение η = N₁/N₂ оказывается линейно зависящим от содержания соответствующего элемента (в данном случае, РЬ).