SGS自然伽馬能譜探頭

530SGS自然伽馬能譜探頭

使用及維護(hù)保養(yǎng)北京環(huán)鼎科技有限責(zé)任公司總體技術(shù)部SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!前言一、530測(cè)井儀器放射性測(cè)井串概述二、放射性測(cè)井放射性測(cè)井包括自然伽馬測(cè)井、自然伽馬能譜測(cè)井、中子測(cè)井、密度測(cè)井。大家知道，地層中各種天然放射性同位素在衰變中放出三種射線，即：α射線（氦核）、β射線（電子）和γ射線（電磁輻射），由于前兩種的穿透能力很弱，很難從較深的地層中透出，也很難進(jìn)入堅(jiān)實(shí)的測(cè)井儀探測(cè)器。只有γ射線具有較強(qiáng)的穿透力，使得距離井壁20～30厘米的射線對(duì)探測(cè)器仍能產(chǎn)生貢獻(xiàn)。

三、自然伽馬測(cè)井天然放射性測(cè)井或自然伽馬測(cè)井在某種意義上說(shuō)主要是測(cè)量地層中的放射性的量。自然伽馬測(cè)井僅需要一個(gè)放射性探測(cè)器，通過(guò)計(jì)數(shù)進(jìn)入探測(cè)器的部分伽馬射線進(jìn)行測(cè)量。雖然地層中各種天然放射性同位素發(fā)射α、β、γ射線，只有γ射線能穿透相當(dāng)距離，通過(guò)地層和儀器外殼進(jìn)入探測(cè)器。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!

量轉(zhuǎn)換效率高，因而它是所有實(shí)用的閃爍體中能量分辨率最好的一種，對(duì)137Cs的662Kevγ射線分辨率可達(dá)5~6%；密度大，這有利于測(cè)量高能量的電子和γ射線；制造相對(duì)容易，可以做成各種形狀和大小的晶體，最常見的是園柱形，尺寸有大有小。碘化鈉晶體的最大缺點(diǎn)是容易潮解，吸收空氣中的水份發(fā)黃變質(zhì)而不能使用，因此必須裝在密閉的盒子內(nèi)。通常是放在鋁套中，有一面是透明性很好的光學(xué)玻璃，它與晶體之間加一點(diǎn)硅油，鋁外套與晶體之間填進(jìn)干燥的氧化鎂反射層，使晶體向四面八方發(fā)出的光被反射后大部分透過(guò)玻璃進(jìn)入光電倍增管，因此可以提高光的收集系數(shù)。通常，射線是通過(guò)鋁窗（或鈹窗）入射。封裝的外殼還可以對(duì)晶體起機(jī)械保護(hù)作用。五、光電倍增管主要有光陰極、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)、二次發(fā)射倍增系統(tǒng)和陽(yáng)極組成的光電倍增管放入抽真空的玻璃筒內(nèi)，做成真空電子器件。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!

六、伽馬射線與物質(zhì)的相互作用伽馬射線與物質(zhì)的原子在一次碰撞中能損失其大部或全部能量，伽馬射線束在通過(guò)物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減。伽馬射線與物質(zhì)的作用主要是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。

光電效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)能量為hv的伽馬量子（光子）進(jìn)入一個(gè)原子并消失，這時(shí)就產(chǎn)生了光電效應(yīng)，并發(fā)射一個(gè)高速電子。這個(gè)電子能量為hv-E，或是光子能量減去電子的結(jié)合能。當(dāng)伽馬射線的能量低于大約150Kev時(shí)，光電效應(yīng)在三個(gè)過(guò)程中占最主要的地位。

康普頓散射：一個(gè)能量為hv的伽馬量子（光子）進(jìn)入原子，以減低的能量hv?散發(fā)出去,并打出一個(gè)反沖電子，這個(gè)過(guò)程就是康普頓散射。電子對(duì)效應(yīng)：一個(gè)能量為hv的伽馬量子（光子）進(jìn)入核的范圍并消失，發(fā)射一個(gè)電子對(duì)，這個(gè)過(guò)程叫做電子對(duì)的產(chǎn)生。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!在地層中的各種放射性發(fā)射的伽馬射線，都要經(jīng)受地層本身的散射和吸收，因而在地層中任何一個(gè)觀查點(diǎn)上都看不到伽馬射線的初始譜，而是能量分布已經(jīng)變化了的伽馬譜。地層與自身發(fā)射的伽馬射線發(fā)生康譜頓效應(yīng)，使很大一部分能量較高的光子轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰枯^低的光子，形成能量從零到Er初始能量的連續(xù)譜，高能段光子數(shù)減少，而低能段光子數(shù)增加，并使分立的譜線變成連續(xù)的能譜圖，峰值壓低而坪區(qū)抬高。光電效應(yīng)不改變初始譜的能量組成，對(duì)譜的基本形態(tài)影響不大。伽馬射線能量在400Mev~3Mev的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為光電效應(yīng)基本不改變初始譜的能量成分。但在0~400Kev的低能段，當(dāng)?shù)貙拥牡刃г有驍?shù)Z增加時(shí)，低能光子將發(fā)生強(qiáng)烈的光電吸收，使光子數(shù)量減少。電子對(duì)效應(yīng)使能量大于1.02Mev的光子減少，0.51Mev光子增加。地層等效原子序數(shù)Z較小，Er不太大時(shí)，電子對(duì)效應(yīng)對(duì)地層伽馬射線的自吸收貢獻(xiàn)可不于考慮。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!安全注意事項(xiàng)

放射性

儀器刻度時(shí)，使用SGS-Y放射源刻度器，注意遵守放射源使用規(guī)則。

晶體活化

如果儀器偶然的靠近放射源（特別是中子源）存放或運(yùn)輸，晶體將被活化。這種活化表現(xiàn)為高的本底計(jì)數(shù)率。這將使儀器不能正常工作。消除晶體的活化可能需要幾個(gè)小時(shí)，要盡量避免該現(xiàn)象的發(fā)生。

晶體的易碎性。

儀器搬運(yùn)晶體是一種貴重、易碎的元件，在儀器運(yùn)輸、操作使用過(guò)程中要特別注意，盡量減輕顛簸、碰撞。

電擊危險(xiǎn)

儀器工作時(shí)，光電倍增管使用上千伏高壓，操作時(shí)應(yīng)小心，謹(jǐn)防電擊。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井

防磨環(huán)的安裝使用SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!

普通的自然伽馬測(cè)井方法是測(cè)量地層中所有的自然放射性造成的計(jì)數(shù)率?？傆?jì)數(shù)率只是反映地層中全部放射性核素的總效應(yīng)，而不能區(qū)別這些核素的種類，因此地層信息沒(méi)有得到完全的應(yīng)用。地層中同時(shí)含有鈾系、釷系和鉀的放射性同位素，在測(cè)定天然樣品和測(cè)井時(shí)得到的都是鈾、釷、鉀的混和譜。如下圖所示，圖中所說(shuō)的釷和鈾是分別指釷和鈾整個(gè)放射性系。圖中2.62Mev伽馬射線的釷鋒，實(shí)際上是由釷的子體產(chǎn)物鉈208發(fā)射的。同樣，圖中1.76Mev伽馬射線的鈾鋒，實(shí)際上是由鈾的子體產(chǎn)物鉍204發(fā)射的。只要放射性系是處于平衡狀態(tài)，這些伽馬射線中任何一種的豐度分別與鈾或釷的豐度成比例。圖中1.46Mev伽馬射線的鉀鋒就是放射性同位素鉀40發(fā)射的自然輻射。鉀有三種同位素組成，它們的質(zhì)量數(shù)分別是39、40與41，相應(yīng)豐度為93.08%、0.0119%、6.9%。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!

如下圖所示，釷（232Th）、鈾（238U）、鉀（40K）是不穩(wěn)定的核素，具有自然放射性。在衰變過(guò)程中，它們或它們的子系產(chǎn)物能放射出特定能量的伽馬射線。釷系和鈾系的最終產(chǎn)物均為鉛的穩(wěn)定同伴素。通過(guò)測(cè)定這些特定伽馬射線的強(qiáng)度和能量，就能確定地層中釷（Th）、鈾（U）、鉀（K）的含量。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!應(yīng)用的基本理論釷(Th)、鈾(U)、鉀(K)三種元素在地殼中的平均豐度為：232Th＝12ppm238U＝4ppm(39+40)K＝2％使用API為單位測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)伽馬射線的放射性強(qiáng)度可以用這三種元素的線性組合表示：GR＝α·Th+β·U+γ·K其中系數(shù)α、β、γ取決于探測(cè)儀器的下列參數(shù)：

—儀器的幾何參數(shù)

—儀器的外殼尺寸

—晶體尺寸

—電路計(jì)數(shù)閾值等等釷(232Th)、鈾(238U)、鉀(K)的含量通過(guò)探測(cè)它們子核產(chǎn)生的伽馬射線強(qiáng)度來(lái)確定，使用特征方程進(jìn)行計(jì)算。帶有閃爍晶體探測(cè)器的井下儀器探測(cè)的伽馬譜線如下圖：為了區(qū)分伽馬射線的能量，儀器設(shè)有5個(gè)能譜窗口，以記錄這些特征伽馬射線。

SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!我們利用碘化鈉晶體與光電倍增管耦合組成的閃爍計(jì)數(shù)器去探測(cè)伽馬射線。一旦伽馬射線進(jìn)入晶體，就可能發(fā)生幾種相互作用，從而放射短促光線，由光電倍增管將其捕捉，轉(zhuǎn)換成250ns的電脈沖。這個(gè)電脈沖的幅度與入射到晶體的伽馬射線能量成正比。儀器的基本測(cè)量是基于把整個(gè)伽馬能譜劃分成五個(gè)能量窗口，分別對(duì)各窗口的每秒鐘計(jì)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。五個(gè)能量窗口的劃分為：W1200Kev～500KevW2500Kev～1100KevW31100Kev～1590KevW41590Kev～2000KevW52000Kev～3000Kev能量窗口由參考電壓正比于伽馬射線能量的比較器組成。隨著溫度的上升，晶體增益下降，光電倍增管的特性也將發(fā)生變化。而比較器參考電壓是固定的，這樣由于溫度變化而引起的脈沖幅度變化將等效于伽馬射線能量發(fā)生了移動(dòng)。這時(shí)伽馬射線將會(huì)進(jìn)入錯(cuò)誤的窗口，從而導(dǎo)致探測(cè)的失敗，針對(duì)這種情況，儀器電路設(shè)置了兩個(gè)內(nèi)部相關(guān)的溫度穩(wěn)定控制系統(tǒng)。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!自然伽馬能譜儀器的組成及各部分的作用

自然伽馬儀器由能譜探頭和電路兩部分組成，如下頁(yè)框圖所示。能譜探頭的功能是將從地層中入射的自然伽馬射線轉(zhuǎn)換成與其強(qiáng)度和能量成正比的電信號(hào)。自然伽馬能譜探頭由伽馬射線探測(cè)器（碘化鈉晶體和光電倍增管耦合組成）。自然伽馬能譜電路由兩部分組成：在探頭中有高壓電源模塊和前置放大器；在NEC中有GPD-01A板、GPD-01B板、A2板的U8、U9及A1板的部分電路。儀器的探測(cè)器由碘化鈉晶體與光電倍增管耦合組成。一旦伽馬射線進(jìn)入晶體，就可能發(fā)生幾種相互作用，從而放射短促光線，由光電倍增管將其捕捉，轉(zhuǎn)換成250ns的電脈沖。這個(gè)電脈沖的幅度與入射到晶體的伽馬射線能量成正比。高壓電源模塊是為光電倍增管提供高壓用的一個(gè)部件，其中包括一塊方波震蕩電路板，一個(gè)高壓倍增鼓，一塊高壓輸出幅度控制調(diào)整電路板。前置放大器將光電倍增管輸出的電脈沖進(jìn)行幅度和功率放大，然后作為探頭信號(hào)輸出。GPD-01A板由控制信號(hào)產(chǎn)生器和幅度分析器（I）兩部分組成。GPD-01B板由6.6V標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)、REF5.5V參考信號(hào)及放大器（I）、放大器（II）組成。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!

然后Q2、Q3交替地飽和和截止。當(dāng)Q3飽和時(shí)，L8上產(chǎn)生一上正下負(fù)其大小正比于（E+12）的電壓；當(dāng)Q2飽和時(shí)，L8上產(chǎn)生一下正上負(fù)其大小正比于（E+12）的電壓。因此當(dāng)Q2、Q3交替地飽和和截止時(shí)，在L8上就得到了幅度正比于（E+12）的方波。

NSS-004是一個(gè)負(fù)反饋的控制電路。運(yùn)算放大器U1的3為同相輸入端，2為反相輸入端。有三個(gè)信號(hào)加到U1同相輸入端3：個(gè)信號(hào)是+12V電壓經(jīng)電阻R3到U1的同相輸入端3；第二個(gè)信號(hào)是光電倍增管上的負(fù)高壓經(jīng)R7到U1的同相輸入端3；第三個(gè)信號(hào)是線路一A1板的指令控制信號(hào)HVC經(jīng)R4到到U1的同相輸入端3。這三個(gè)信號(hào)控制晶體管Q1的射極輸出電壓的大小，從而調(diào)整高壓，以保持光電倍增管的放大倍數(shù)不變。由NSS-002、NSS-003、NSS-004組成的高壓電源電路是一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，故V3=V2，由于V2=0，所以V3=0。這樣，就可以導(dǎo)出光電倍增管上負(fù)高壓-HV與高壓控制信號(hào)HVC的關(guān)系式。

根據(jù)彌爾曼定理有：HV/60000+HVC/681+(1.78/(14.7+1.78))*12/((1.78*14.7/(1.78+14.7))+56.2)=0

解得：-HV=1340+88HVC

通常線路1的A1板給出的HVC在-4V-6V之間調(diào)整高壓。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!

能譜核脈沖成形放大電路板GDP-01B：此電路板由四部分構(gòu)成：即由放大器（I）、放大器（II）、6.6V直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電路和REF5.5V參考信號(hào)電路。U1、U2構(gòu)成放大器（I），U3、U4構(gòu)成放大器（Ⅱ）。U5、Q1構(gòu)成6.6V直流標(biāo)準(zhǔn)電源，產(chǎn)生6.6V的參考電壓作為比較器的門坎電平，用來(lái)控制脈沖幅度分析器（I）。U6、U7、Q2構(gòu)成REF5.5V參考信號(hào)（C22上的電壓）產(chǎn)生電路，U6為加法器，這個(gè)參考電壓是可控制的，控制量是SPECTRUMCONTROL（這個(gè)信號(hào)是由車間刻度的搜譜來(lái)確定）。6.6V直流標(biāo)準(zhǔn)電源與SPECTRUMCONTROL信號(hào)一起產(chǎn)生REF5.5V參考信號(hào)，為脈沖幅度分析器（Ⅱ）提供參考電壓，其輸入輸出關(guān)系為：VC22

=(10/12)*6.6+(10/89)*SPECTRUMCONTROL=5.5+SPECTRUMCONTROL/9SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!

能譜信號(hào)鑒別控制電路板GDP-01A：

這部分電路由控制信號(hào)產(chǎn)生器和幅度分析器（I）兩部分構(gòu)成。

U1、U2、U3三組比較器組成幅度分析器（I），這三組比較器的輸出控制NEC的A1板產(chǎn)生N1Amt和N2Am信號(hào)。

U4、U5、U6、U7等組成控制信號(hào)產(chǎn)生器。

U7B和U7A均為單穩(wěn)態(tài)電路。當(dāng)A1板來(lái)的200Kev的信號(hào)送到U5C時(shí)，U5C的輸出作為U7B的觸發(fā)信號(hào)，U7B的5端的輸出信號(hào)作為U7A的觸發(fā)信號(hào)。U7B的5端與12端的信號(hào)是反相的，U7A的13端與4端的信號(hào)是反相的，這樣U7A的13端輸出通過(guò)U6的4端產(chǎn)生讀脈沖READ（正脈沖）信號(hào)，同樣，U7A的4端輸出送到U5A，再經(jīng)U6的15端輸出信號(hào)LRESET（電路復(fù)位）作為脈沖幅度分析器（I）的復(fù)位信號(hào)，U7B的12端輸出送到U5B，再經(jīng)U6的2端輸出信號(hào)SRESET（能譜復(fù)位）作為脈沖幅度分析器（Ⅱ）的復(fù)位信號(hào)。

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如果探測(cè)到一個(gè)能量介于40-60kev的伽馬射線，則電路中相應(yīng)的脈沖信號(hào)幅度介于比較器U3的門坎電平和U2的門坎電平之間，此時(shí)U1和U2的輸出仍然保持高電平，但U3的輸出T14變?yōu)榈碗娖?，低電平信?hào)T14送到A1板。如圖，低電平的T14信號(hào)送到了U10的6端，U10的4端變成了高電平。由于此時(shí)U9的3端為高電平，所以當(dāng)讀脈沖READ（正脈沖）來(lái)到時(shí)，U11B的6端就得到一個(gè)負(fù)脈沖，在N1Am能窗中產(chǎn)生一正脈沖。之后，電路復(fù)位脈沖（負(fù)脈沖）LRESET到來(lái)到時(shí)，由U10構(gòu)成的RS觸發(fā)器被復(fù)位，為下一次計(jì)數(shù)作好準(zhǔn)備。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!

同樣，U6、U7、Q2構(gòu)成脈沖幅度分析器（Ⅱ）的參考電壓REF5.5V產(chǎn)生電路,U6的反相輸入端輸入了兩信號(hào)，一個(gè)是6.6V的直流標(biāo)準(zhǔn)電壓，另一個(gè)是來(lái)自NEC的SPECTRUMCONTROL電壓，SPECTRUMCONTROL電壓與儀器的搜譜有關(guān)，當(dāng)譜搜完成后這個(gè)電壓就固定了，在這兩個(gè)信號(hào)的控制下，在Q2輸出5.5V-7V的參考電壓，控制脈沖幅度分析器（Ⅱ）的如下九個(gè)能窗：W1：200Kev-500KevW2：500Kev-1100KevW3：1100Kev-1590KeW4：1590Kev-2000KevW5：2000Kev-3000KevN1K：1365Kev-1460KevN2K：1460Kev-1590KevN1Th：2515Kev-2610KevN2Th：2610Kev-2740KevSGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!自然伽馬能譜儀器的穩(wěn)譜

低能區(qū)的穩(wěn)譜

在NaI(TL)晶體端面嵌入241Am放射源就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)譜的。如下圖所示，此放射源發(fā)射出的伽馬射線能量為60Kev。由于探測(cè)器的能量分辨率有限，因此盡管輸入到探測(cè)器的伽馬射線能量均為60Kev，但探測(cè)器輸出的脈沖幅度并不是一個(gè)恒定的值，而是圍繞著某一平均值漲落起伏。由此可見，60Kev的伽馬射線有時(shí)落入能窗40～60Kev（N1Am），有時(shí)落入能窗60～80Kev（N2Am），圖中所示曲線為一對(duì)稱曲線，因此，如果光電倍增管放大倍數(shù)正常，那么60Kev的伽馬射線落入能窗N1Am和N2Am的幾率是相等的，即（N1Am-N2Am）/（N1Am+N2Am）=0，也就是：N1Am=N2Am參考源穩(wěn)譜電路由NSS-004及NEC上GPD-01A的幅度分析器（I）邏輯單元、NEC上的HVC回路控制電路單元等組成。镅鋒（N1Am、N2Am）的兩個(gè)信號(hào)經(jīng)地面計(jì)算機(jī)處理后，變成了“高壓狀態(tài)”信號(hào)，此信號(hào)在NEC中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成了高壓控制信號(hào)HVC，去控制光電倍增管的高壓。

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搜譜過(guò)程如下：使用GSR-Y刻度器，內(nèi)裝一種礦物(Monazite)發(fā)射Th譜伽馬射線，用此Th峰作為譜信號(hào)能量窗口標(biāo)定的基本校準(zhǔn)峰。在電路設(shè)計(jì)上考慮可稍稍改變譜信號(hào)窗口閾值，而不改變譜的總幅度，使窗口閾值與其理論能級(jí)準(zhǔn)確匹配。在Th峰兩側(cè)設(shè)置對(duì)稱窗口，窗口基準(zhǔn)電壓可不受譜位置的限制而改變。方法是改變譜誤差控制電壓值，這是一個(gè)名為＂PCSL＂(ProgrammableConstantSlowLoop)的計(jì)算機(jī)控制指令，通過(guò)計(jì)算機(jī)鍵盤改變以Kev為單位的這個(gè)常量，有效的窗口電壓閾值也改變了相應(yīng)的數(shù)值。PCSL的范圍是-256Kev～+256Kev。

釷鋒（N1Th、N2Th）的兩個(gè)信號(hào)經(jīng)地面計(jì)算機(jī)處理后，變成了“能譜誤差”信號(hào)，此信號(hào)在NEC中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成了SPECTRUMCONTROL信號(hào)，與6.6V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一起產(chǎn)生了REF5.5V參考信號(hào)，即改改變著幅度分析器（II）的參考電平。

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對(duì)于不同的PCSL值，函數(shù)的近似形式如右： 當(dāng)FF＝0時(shí)，得到理想標(biāo)準(zhǔn)。但是由于統(tǒng)計(jì)誤差的存在，對(duì)于確定標(biāo)定值來(lái)說(shuō)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是不可能的，所以當(dāng)FF的絕對(duì)值小于0.1時(shí)，我們就認(rèn)為此時(shí)的Th峰就被定在PCSL值上。對(duì)某一支自然伽馬能譜探頭當(dāng)和對(duì)應(yīng)的NEC配套做車間搜譜，這個(gè)PCSL值就是車間刻度的搜譜值。每次測(cè)井開始前用＂改變指令＂將PCSL值直接送入，就可以進(jìn)行測(cè)前刻度和測(cè)井了。通常，PCSL的默認(rèn)值是0Kev?；拘?zhǔn)值應(yīng)該在-256～+256Kev之間，如果超出了這個(gè)范圍很可能是探頭有缺陷，儀器不能使用。 譜參考電壓REF5.5V的調(diào)節(jié)范圍是：5.5V～7V，對(duì)應(yīng)PCSL的值是：-256Kev～+256Kev。對(duì)應(yīng)PCSL的缺省值0Kev，REF5.5V應(yīng)是6.5V左右。實(shí)際上這個(gè)過(guò)程就是我們的車間刻度過(guò)程。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!能譜儀器檢查依次連接遙測(cè)短節(jié)、能譜探頭、NEC。給儀器供電后，雙擊“測(cè)井”命令下的“定時(shí)測(cè)井”選項(xiàng)，觀測(cè)屏幕右側(cè)狀態(tài)區(qū)SGTS項(xiàng)顯示為“cd****”，cd表示能譜儀器的高壓已經(jīng)穩(wěn)住，****代表該儀器的具體高壓值，不同儀器該值會(huì)有所差異。伽馬能譜儀器采用硬件穩(wěn)高壓工作方式，即儀器在工作中自身電路產(chǎn)生高壓控制指令控制儀器高壓。。對(duì)于同一個(gè)NEC掛接同一個(gè)自然伽馬能譜探頭，車間刻度的能譜窗口值應(yīng)該滿足下表要求。PCSL譜搜索及車間刻度一支新的自然伽馬能譜測(cè)井儀器投入使用前，首先要對(duì)儀器的PCSL值進(jìn)行標(biāo)定并進(jìn)行車間刻度。能譜儀器做車間刻度時(shí)要求將儀器放置高于地面1.5米。

測(cè)量范圍

單位

W1463--519CPSW2263--301CPSW338--46CPSW420.5--25.5CPSW537.5--46.5CPSSGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!測(cè)前刻度測(cè)前刻度與車間刻度過(guò)程一樣，只是少了伽馬能譜坪搜索的過(guò)程。執(zhí)行“測(cè)前刻度”，選擇“自然伽馬能譜測(cè)前刻度“菜單，完成“零測(cè)量”、“正測(cè)量”后，雙擊“刻度列表”，刻度計(jì)算結(jié)果的要求也與車間刻度比較，其中W1、W2、W3為要求值的5%，W4、W5為要求值的20%。測(cè)后刻度測(cè)井曲線測(cè)完后，執(zhí)行“測(cè)后刻度”，以驗(yàn)證儀器工作的正確性，選擇“自然伽馬測(cè)后刻度“菜單，完成“零測(cè)量”、“正測(cè)量”后，雙擊“刻度列表”，在與測(cè)前刻度完全相同的環(huán)境下，刻度計(jì)算結(jié)果與測(cè)前刻度比較，其中W1、W2、W3為要求值的5%，W4、W5為要求值的20%。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!

在我們感興趣的地層里通常發(fā)現(xiàn)的天然放射性元素有鉀和所謂釷系及鈾系元素，后兩者是由釷、鈾開始的同它們的放射性子元素處于平衡狀態(tài)的一個(gè)元素族。每個(gè)元素發(fā)射在上述元素或元素族中具有特征數(shù)量和能量的伽馬射線。四、自然伽馬射線探測(cè)器

對(duì)γ射線的探測(cè)有多種方法：電離室、蓋革計(jì)數(shù)管、碘化鈉晶體和半導(dǎo)體探測(cè)器等。目前常用的就是碘化鈉晶體探測(cè)器。碘化鈉晶體，它是透明的單晶體，有純的和加鉈的兩種，化學(xué)符號(hào)為NaI和NaI(Tl),經(jīng)常使用的是后者，在NaI中加入0.1~0.5%的鉈時(shí)，發(fā)光的效率最好，可以達(dá)到12%，相對(duì)NaI晶體為230%。NaI(Tl)目前仍然是探測(cè)γ射線的最好閃爍體，原因如下：因?yàn)樗懈咴有驍?shù)的元素碘，它可以制成大塊，因而對(duì)γ射線的探測(cè)效率較高。例如Φ40*25mm的NaI(Tl)晶體，對(duì)于小于100Kev的γ射線探測(cè)效率近100%，而對(duì)于1MKev的γ射線效率約40%。原子序數(shù)（Z）大，光電效應(yīng)占的比例也大，有利于能量測(cè)量；NaI(Tl)的能SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!

光電倍增管的作用就是把閃爍體發(fā)出的微弱的光轉(zhuǎn)變成電子，然后經(jīng)過(guò)多次倍增變成一個(gè)可以記錄的電脈沖信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換由光陰極來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)光子作用在光陰極上面時(shí)由于光電效應(yīng)能產(chǎn)生電子來(lái)，倍增是由一系列倍增極所組成的倍增系統(tǒng)來(lái)完成的。當(dāng)一個(gè)能量較高的快速電子作用在倍增極上時(shí)，倍增極上就會(huì)發(fā)射出許多個(gè)電子（即二次電子發(fā)射效應(yīng)）。工作時(shí)從光陰極K到各種倍增極一直到陽(yáng)極加上依次遞增的電壓。閃爍光落到光陰極上所產(chǎn)生的電子，經(jīng)陰極電子光學(xué)系統(tǒng)加速和聚集后，打到個(gè)倍增極D1上，倍增極受到電子轟擊后就發(fā)射出更多的電子，電子增加的倍數(shù)稱為二次倍增系數(shù)，一般3~6倍，這些二次電子又被電場(chǎng)加速和聚集后，打到第二個(gè)倍增極D2上，再次得到倍增，這樣不斷的倍增下去（通常有8到13個(gè)倍增極），最后，被放大了許多倍的電子流就由陽(yáng)極A數(shù)集。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!當(dāng)伽馬射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)的原子發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)，其總截面為三種效應(yīng)截面之和。因每種效應(yīng)對(duì)于吸收介質(zhì)的原子序數(shù)和入射的伽馬射線的能量都有一定的依賴關(guān)系，因而對(duì)于不同的吸收物質(zhì)和能量區(qū)域，每種效應(yīng)對(duì)總截面的貢獻(xiàn)是不同的。由此看到：1）對(duì)于低能伽馬射線和原子序數(shù)高的吸收物質(zhì)，光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)；2）對(duì)于中能伽馬射線和原子序數(shù)低的吸收物質(zhì)，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)；3）對(duì)于高能伽馬射線和原子序數(shù)高的吸收物質(zhì)，電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!主要技術(shù)指標(biāo)

工作溫度：-25?C～+150?C最高耐壓：100MPa測(cè)量范圍：0～500API儀器分辨率（Cs137）：<12%(20?C)<15%(150?C)測(cè)速：450m/h縱向分辨率：500mm探測(cè)深度：300mm在TUK標(biāo)準(zhǔn)井的測(cè)量精度：Th1.5PPmU1.5PPmK0.1%(實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、探測(cè)時(shí)間≥800S)用GSR-U刻度：+250Kev>PSCL>-250KevTPFF<0.1W1：491cps±28cpsW2：282cps±19cpsW3：42cps±4cpsW4：22.5cps±2.5cpsW5：42cps±4.5cpsSGR：162API±12API40～80Kev熱離子噪聲：＜250cps(20?C～150?C)高壓穩(wěn)定性：±2V(150?C)SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!

儀器簡(jiǎn)介及測(cè)井原理

530SGS自然伽馬能譜探頭是530快速測(cè)井平臺(tái)系統(tǒng)中重要的測(cè)井儀器之一，可以測(cè)量地層地層中伽馬總計(jì)數(shù)率和釷、鈾、鉀三種天然放射性元素含量。釷（Th）、鈾（U）、鉀（K）三種元素的含量占地層中放射性元素總量的99%以上，其它天然放射性元素只占不到1%，完全可以忽略不計(jì)。根據(jù)釷、鈾、鉀的地球化學(xué)性質(zhì)，利用自然伽馬能譜測(cè)井資料和其它有關(guān)資料結(jié)合，追蹤這三種元素的存在規(guī)律，可以識(shí)別火成巖，區(qū)別巖相，確定黏土含量，幫助劃分儲(chǔ)集層。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!井下儀器探測(cè)的伽馬能譜

SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!Th231、U238、K40放射的伽馬射線

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高能區(qū)域有三個(gè)窗口：W3、W4、W5，以探測(cè)三個(gè)主要的能譜區(qū)。低能區(qū)域有兩個(gè)能譜窗口：W1、W2。按照計(jì)數(shù)率計(jì)算，高能區(qū)的總計(jì)數(shù)率約占全能譜總計(jì)數(shù)的10%。為了減少統(tǒng)計(jì)起伏和適當(dāng)?shù)奶岣邷y(cè)井速度，必須利用低能區(qū)的計(jì)數(shù)來(lái)計(jì)算釷（Th）、鈾（U）、鉀（K）的含量，因此在低能區(qū)開了兩個(gè)窗口。這是一個(gè)復(fù)雜的能譜圖，探測(cè)器的分辨率決定著它形狀的變化。為了識(shí)別各元素對(duì)總的伽馬射線的貢獻(xiàn)，在譜線上設(shè)置了五個(gè)窗口，分別對(duì)進(jìn)入各個(gè)窗口的伽馬射線進(jìn)行累計(jì)，于是Th、U、K及伽馬總量可用下列公式表示：232Th＝a1.w1+a2.W2+a3.W3+a4.W4+a5.W5238U＝b1.W1+b2.W2+b3.W3+b4.W4+b5.W5k＝c1.W1+c2.W2+c3.W3+c4.W4+c5.W5GR＝W1+W2+W3+W4+W5其中系數(shù)ai、bi、ci(i=1、2、3、4、5)由儀器參數(shù)決定，對(duì)已定型儀器的此系數(shù)為常數(shù)。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!種穩(wěn)定系統(tǒng)采用將2.7μCi的小放射源241Am緊貼晶體尾端放置，保持其放射的60Kev伽馬射線為固定電壓幅度，Am回路可以更正溫度升高時(shí)出現(xiàn)的探測(cè)器綜合增益上大的變化，它通過(guò)調(diào)節(jié)光電倍增管的高壓來(lái)控制伽馬能譜的移動(dòng)。第二種穩(wěn)定系統(tǒng)是利用來(lái)自地層中鉀峰(1460Kev)和釷峰(2615Kev)的自然伽馬射線來(lái)微調(diào)窗口門檻電壓。儀器分別在241Am峰(60Kev)、K峰(1460Kev)、和釷峰(2615Kev)的兩側(cè)設(shè)置了穩(wěn)譜窗口。穩(wěn)譜窗口的設(shè)置如下：Am241峰下窗口(APLW)：40Kev～60KevAm241峰上窗口(APUW)：60Kev～80KevK峰下窗口(KPLW)：1365Kev～1460KevK峰上窗口(KPUW)：1460Kev～1590KevTh峰下窗口(TPLW)：2515Kev～2610KevTh峰上窗口(TPUW)：2610Kev～2740Kev在530-伽馬能譜儀器中，鉀峰穩(wěn)譜窗口未被使用。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!自然伽馬能譜儀器電路分析如下圖所示探頭部分：探頭由Am源、NaI晶體、光電倍增管組成。探頭電路由NSS-001前置放大器、NSS-002、NSS-003振蕩器和NSS-004四部分組成。NSS-001前置放大器由U1、U2兩級(jí)放大器組成。NSS-002是由二極管CR1-CR10及C1-C10組成的倍壓整流器，其作用是將振蕩器輸出的低壓方波轉(zhuǎn)變成高壓直流信號(hào)。NSS-003振蕩器是由Q1、Q2等組成。電路分析如下：當(dāng)未接入直流電源時(shí)，線圈L3、L4上均無(wú)電壓。接通直流電源時(shí)，L3、L4上均產(chǎn)生一個(gè)上正下負(fù)的電壓，通過(guò)正反饋過(guò)程，有使Q3、Q2均飽和導(dǎo)通的趨勢(shì)。但由于Q3、Q2不可能完全對(duì)稱，其中必有一個(gè)導(dǎo)通的快一些。我們不妨假設(shè)Q3導(dǎo)通的快一些，則會(huì)有如下正反饋過(guò)程：VL4↑—→Vb3↑—→Vc3↓—→VL4↑↑—→Q3飽和—→Vb2↓—→Vc2↑—→VL3↓—→Q2截止Q3飽和后L4上的電壓為E+12，此時(shí)L4上的電流從零開始線性增長(zhǎng)。當(dāng)L4上的電流接近Q3的最大飽和電流時(shí)，L4上電流就增長(zhǎng)的緩慢起來(lái)，這樣就會(huì)引起另一個(gè)正反饋過(guò)程，使得Q3截止，Q2飽和，即：IL4增長(zhǎng)變慢—→VL4↓—→Vb3↓—→Vc3↑—→Vb3↓↓—→Q3截止IL4增長(zhǎng)變慢—→VL4↓—→Vb2↑—→Vc2↓—→VL3↑—→Vb2↑↑—→Q1飽和SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!

具體電路分析如下：

由GDP-01B板產(chǎn)生的6.6V的標(biāo)準(zhǔn)電壓經(jīng)電阻R2、R7、R12、R17等分壓，得到高低不同的直流電壓，這些電壓分別是0.8V、1.0V、1.2V，相當(dāng)于40Kev、60Kev、80kev的能量級(jí)，為三個(gè)比較器提供門坎電平，當(dāng)電路中沒(méi)有脈沖時(shí)，由于三個(gè)比較器的反相輸入端比同相輸入端的電壓低，因此比較器U1、U2、U3的輸出T12、T13、T14均為高電平。（如圖，假如送到了線路1的A1板由U8、U9、U10構(gòu)成的三個(gè)RS觸發(fā)器，這時(shí)三個(gè)RS觸發(fā)器的4端輸出均為低電平，此時(shí)U11的9端和6端均為高電平）

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如果探測(cè)到一個(gè)能量介于60-80kev的伽馬射線，則電路中相應(yīng)的脈沖信號(hào)幅度介于比較器U2的門坎電平和U1的門坎電平之間，此時(shí)U1的輸出T12保持為高電平，U2和U3的輸出T13和T14保持為低電平，兩個(gè)低電平信號(hào)T13和T14送到A1板，如圖，低電平信號(hào)送到了U9和U10的6端，U9和U10的4端變成了高電平。由于此時(shí)U8的3端也為高電平，所以當(dāng)讀脈沖READ（正脈沖）來(lái)到時(shí)，U11A的9端就得到一個(gè)負(fù)脈沖，在N2Am能窗中產(chǎn)生一正脈沖。之后，電路復(fù)位脈沖LRESET到來(lái)到時(shí)，U9、U10被復(fù)位，為下一次計(jì)數(shù)作好準(zhǔn)備。通過(guò)以上分析，我們得出如下結(jié)論：如果探測(cè)到一個(gè)能量介于40-60kev的伽馬射線，則在N1Am窗中有一正脈沖；同樣，如果探測(cè)到一個(gè)能量介于60-80kev的伽馬射線，則在N2Am窗中有一正脈沖。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)伽馬射線按能量的分窗記錄。

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自然伽馬能譜測(cè)井儀不但要測(cè)出伽馬射線的強(qiáng)度，而且要探測(cè)出伽馬射線的能量。能譜儀器就是通過(guò)對(duì)光電倍增管輸出的脈沖幅度的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)伽馬射線能量的分析。由于井下溫度變化范圍很大，而光電倍增管的放大倍數(shù)會(huì)隨溫度的變化而生變化，因此要采取一定的措施控制光電倍增管的放大倍數(shù)來(lái)穩(wěn)譜。如果光電倍增管的放大倍數(shù)變化了，上式就不能成立。當(dāng)式不成立時(shí)，NEC的A1板輸出的高壓控制信號(hào)就要改變。我們知道，光電倍增管的高壓與高壓控制信號(hào)之間的關(guān)系為：

-HV=1340+88HVC

此時(shí)儀器通過(guò)調(diào)節(jié)高壓控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)光電倍增管的高壓HV來(lái)使光電倍增管的放大倍數(shù)向相反的方向變化，從而使光電倍增管的放大倍數(shù)恒定，達(dá)到穩(wěn)譜目的。SGS自然伽馬能譜探頭共52頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!

高能區(qū)的穩(wěn)譜自然伽馬能譜