Физические основы нейтронных методов

Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Это обусловлено тем, что, являясь незаряженными частицами, нейтроны не взаимодействуют с электронными оболочками атомов и не отталкиваются кулоновским полем ядра.

Так же как и гамма-кванты, нейтроны характеризуются энергией Е, которая в этом случае связана с их скоростью. Различают быстрые нейтроны с энергией 1-15 МэВ, промежуточные 1 МэВ - 10 эВ, медленные или надтепловые 10-0,1 эВ и тепловые нейтроны со средней энергией 0,025 эВ. Взаимодействие нейтронов с веществом заключается в упругом столкновении с ядром с потерей части энергии, т.е. в замедлении нейтрона, и захвате нейтрона ядром. Для нейтронов с энергией от нескольких МэВ до 0,1 эВ основным видом взаимодействия

является упругое рассеяние. mV¢²

При упругом рассеянии n

нейтронов величина потерь

энергии на соударение

определяется только массой

ядра: чем меньше масса ядра, MV

тем больше потеря энергии. mV

Наибольшая потеря энергии ядро

происходит при столкнове- Рис.3.8. Схема взаимодействия нейтрона

нии нейтрона с ядром с ядром: m, V, - масса, скорости

атома водорода. нейтрона до и после взаимодействия;

При столкновении с ядрами М - масса ядра

всех остальных элементов потери значительно меньше. Поэтому замедляющая способность горных пород определяется их водородосодержанием. При наличии в породах даже небольшого количества воды или нефти - 5-7 % замедление происходит в основном на ядрах водорода.

Одним из основных нейтронных параметров среды является длина замедления Lз. Это среднее расстояние от места вылета нейтрона до места, где он замедлится до тепловой энергии. Длина замедления составляет в воде несколько сантиметров, а в горных породах 15-35 см в зависимости от содержания в них воды или нефти.

Замедлившиеся нейтроны продолжают двигаться и сталкиваться с ядрами элементов, но без изменения средней энергии. Этот процесс называется диффузией. Среднее расстояние, которое проходит нейтрон от точки замедления до точки захвата, называется диффузионной длиной. Диффузионная длина обычно значительно меньше длины замедления.

Конечным результатом движения теплового нейтрона является поглощение его каким-либо ядром атома. При захвате нейтрона ядром выделяется энергия в виде одного или нескольких -квантов. Способность среды поглощать нейтроны определяется макроскопическим сечением захвата å , где n - количество, а - сечение захвата ядер атомов, составляющих данную среду. В осадочных породах большой и средней пористости большинство тепловых нейтронов захватывается ядрами водорода, и поглощающая способность породы тем больше, чем выше ее водородосодержание. Однако для малопористых пород большую роль играет элементный состав. Из широко распространенных элементов, входящих в состав осадочных пород, наибольшее сечение захвата у хлора - в 100 раз больше, чем у водорода. Поэтому поглощающая способность породы резко повышается при насыщении ее высокоминерализованной пластовой водой.

Распределение плотности надтепловых n и тепловых n нейтронов в средах, не содержащих элементов с аномально высокими сечениями захвата (кадмия, бора, хлора, марганца и др.) зависит от водородосодержания среды (т.е. от содержания водорода в единице объема). В среде с высоким значением вблизи источника происходит значительно больше актов рассеяния быстрых нейтронов, чем в среде с низким , поэтому и плотность надтепловых нейтронов будет выше. С удалением от источника начинает сказываться поглощение тепловых нейтронов, которые тем интенсивнее, чем больше водородосодержание. Поэтому при больших расстояниях от источников плотности n и n уменьшаются с ростом водородосодержания.

n ,отн.ед. График изменения плотностей n_пт

шифр кривых в% и n в зависимости от расстояния

от источника показывает, что су-

ществует область инверсии, соответ-

20 ствующая значениям r =20-30 см,

30 при которой плотность нейтронов

40 не зависит от водоросодержания.

10 20 40 L, см

Рис.3.9. Зависимость n_т=f(L)

Дата добавления: 2014-11-06