Радиоактивные методы каротажа

Радиоактивный каротаж проводится в двух модификациях ГК-гамма каротаж и НГК-нейтронный гамма каротаж. При ГК измеряют относительную естественную радиоактивность пород, пересеченных скважиной, а при НГК интенсивность вторичного гамма излучения вызванного действием нейтронов на породу.

Радиоактивность пород

Радиоактивностью называется самопроизвольный или искусственный вызванный распад атомных ядер химических элементов, сопровождающийся радиоактивным излучением. Радиоактивные элементы испускают Ь-, г-, и в лучи. Ь-лучи представляют собой поток положительно заряженных Ь частиц-ядер атома Не⁴. в лучи представляют собой поток отрицательно или положительно заряженных в частиц электронов или позитронов (радий Е изотоп висмута обладает в радиоактивностью. Ьи в излучение сопровождается испусканием г-лучей, представляющих собой электромагнитное излучение с весьма малой длиной волны. В результате альфа или бета распада возникает новое ядро с дополнительной энергией возбуждения, переход ядра из состояния возбуждения в основное состояние сопровождается освобождением энергии в форме нескольких фотонов (г-кванта), т. е. г лучи испускаются после того как произошел радиоактивный распад. Радиоактивный распад приводит к образованию нового элемента с иными физическими и химическими свойствами. Атомы радона распадаются испуская а-частицы > радий, А > испуская а-частицы он превращается в > радий В, который излучая в частицы > радий С и т. д. пока не образуется новый устойчивый элемент, т. е. образуется цепь последовательного превращения одного радиоактивного элемента в другой. Конечным продуктом распада радия является свинец. Скорость распада элементов показала, что за один и тот же промежуток времени распадается одна и та же часть радиоактивного вещества. Скорость радиоактивного распада характеризуется периодом полураспада Т= 0,693/л, где л-постоянная радиоактивного распада для радия Т= 1590 лет эта величина остается неизменной для каждого радиоактивного элемента.

Для оценки радиоактивных веществ принята единица кюри соответствующая количеству радиоактивного вещества, в котором за единицу времени распадается столько атомов, сколько распадается в 1 г радия, т. е. 3,7*10¹⁰ атомов секунду м Cu. За единицу эквивалентного содержания радия принимается грамм радия — эквивалента на 1 г породы гRaэкв/г или мм гRaэкв/г. Грамм радия эквивалента раве суммарной концентрации радиоактивных веществ, при которой в среднем за секунду в грамме вещества происходит распад 3,7*10¹⁰ атомов, распадающихся в секунду в 1 г радия микрорентген/час. Единицей радиоактивности называют количество радона, находящемуся в радиоактивном равновесии с 1 г радия и называется кюри 1Киравно 6,51*10^-6 г радона и испускает 3,7*10¹⁰ а-частиц в секунду. Ко всем радиоактивным элементам применяют значения миликюри и микрокюри. Энергия излучения создаваемого радиоактивными веществами выражается в электрон вольтах — эв. Для выявления радиоактивного излучения и определения его интенсивности используют свойство радиоактивного излучения вызывать электрическую ионизацию газа. Испускаемые Ь-, г-, и в лучи, проходя вблизи атома, взаимодействуют с электронами электронной оболочки. В результате взаимодействия электрон вырывается из электронной оболочки и молекула, атом которой потерял электрон, приобретает положительный заряд, а электрон, движущийся самостоятельно отрицательный, соединяясь с какой либо молекулой, последняя становится отрицательным ионом. Такой процесс — образование ионов под действием радиоактивного излучения называется ионизацией газов. Если в камеру, содержащую ионизированный газ поместить два электрода и подать напряжение, то в цепи появится ток, сила которого будет зависеть от величины напряжения и степени ионизации газа. Степень ионизации пропорциональна интенсивности излучения. На этом основании создана установка, названная ионизационной камерой, служащая для определения интенсивности радиоактивного излучения. Интенсивность излучения определяется при помощи счетчик (счетчик Гейгера-Мюллера) действие которого основанного на явлении ионизации газов (камера с тонкой металлической нитью 0,1 мм заполнена смесью инертного газа и паров высокомолекулярного соединения под низким давлением 100−200 мм ртутного столба). Между нитью и стенкой камеры создается напряжение 1000 В. Нить соединяется с положительным полюсом, при этом заряженная частица попадает в счетчик создает пару ионов, движущихся с огромной скоростью, при этом движении к нити отрицательный ион (электрон) создает новые ионы, устремляющиеся к нити, возникает лавина электронов и в счетчике возникает разряд, создающий импульс тока в цепи, питающей счетчик. Этот ток длится всего 10^-4с. Ь-, г-, и в излучения легко поддаются исследованию при помощи разрядного счетчика благодаря их высокой ионизирующей способности, только при этом необходимо учитывать поглощающую способность стенок счетчика (тяжелый металл медь или свинец толщиной 1−2 мм). Как правило регистрируют г-кванты, а Ьи в лучи поглощаются стенкой.

Искусственная радиоактивность возникает при воздействии нейтронов n⁰ на атомы веществ. Нейтроны, как известно не обладают зарядом, не производят ионизации среды, при взаимодействии с электрическими зарядами электронов и ядер при движении нейтронов не происходит, что объясняет высокую проникающую способность нейтронов. Но они взаимодействуют сталкиваясь с атомными ядрами, причем если ядро, легкое то оно, получив кинетическую энергию от нейтрона при столкновении начинает двигаться, а нейтрон замедлит движение и отклонится от траектории. Источником нейтронов служит смесь радиоактивных элементов — соли радия или полония с порошком бериллия, помещенная в стеклянную ампулу. ў-частица Не⁴ действуя на ядро Ве превращает его в ядро углерода С¹² при этом испускает нейтронn_0. Нейтрон имеет массу близкую к массе протона и его массовое число равно 1 с зарядом равным нулю.

Ве₄⁹ + Не₂⁴ = С₆¹² +n₀^/

Обнаружить нейтроны и определить их плотность можно по взаимодействию с окружающей средой 1) по г-излучению, возникающему при захвате нейтронов ядрами атомов, 2) по наблюдению интенсивности излучения радиоактивных веществ, 3) по излучению Ь-частиц некоторыми элементами (бора лития) при захвате тепловых нейтронов (при движении нейтрон сталкивается до 150 раз с ядрами, при этом он теряет часть энергии и превращается в тепловой нейтрон пока не захватится протоном).