[发明专利]伽马射线探测装置及系统

说明书

本公开实施例提出了一种伽马射线探测装置及系统，所述装置包括：探测器，设置为接收伽马射线，并将接收到的伽马射线转换为可见光光子，将可见光光子转换为第一电脉冲信号，并对所述第一电脉冲信号进行采样，得到采样数据；第一控制器，设置为接收所述采样数据，并将采样数据还原成离散脉冲信号，根据所述离散脉冲信号获取第二电脉冲信号。其中，所述探测器包括高速闪烁晶体；所述高速闪烁晶体，设置为接收伽马射线，并将所述伽马射线转换为可见光光子；其中，所述高速闪烁晶体为相对于碘化钠闪烁晶体的光输出不低于120％、衰减时间不高于100ns的闪烁晶体。

技术领域

本公开涉及地质资源勘探领域，尤其涉及一种伽马射线探测装置及系统。

背景技术

测井技术是石油勘探领域一种非常重要的技术手段，其通过电学、声学、放射学等多种方式，将电子技术和计算机技术结合在一起获取地层的各项物理参数，进一步通过数据解析获取油气信息。常见的测井技术包括电法测井、声波测井、核测井和核磁测井等，其中，核测井以物质的原子核物理性质为基础，根据岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理性质研究钻井地质剖面，寻找煤、石油等矿藏，核测井包括自然伽马、密度、中子和地层元素等测井技术及配套的仪器设备。

在中子测井中，通常采用镅铍(AmBe)中子源和中子发生器作为激励源，使其与地层反应，得到返回的高能射线，比如伽马射线，进一步使用高能射线探测器探测返回的射线信息，经过进一步的数据解析可以获取相应的地层信息。一般而言，高能射线探测器使用闪烁晶体探测器。为了将高能射线转换为便于解析处理的电信号，通常采用闪烁晶体(或称为闪烁晶体)将高能射线转换为可见光，采用光电倍增管件将可见光转换为电信号，继而对电信号进行采样解析。常用的闪烁晶体包括碘化铯，碘化钠等闪烁晶体，常见的光电倍增管件包括光电倍增管(PMT)以及硅光电倍增管(SiPM)。首先，现有技术中使用的闪烁晶体多为碘化铯、碘化钠，二者的相对光输出约为85％、100％，与溴化镧闪烁晶体的相对光输出值178％左右相较而言较低，低光输出直接导致碘化钠和碘化铯等闪烁晶体探测器的能量分辨率性能弱于溴化镧闪烁晶体探测器；二者的衰减时间约为250ns、600ns，相比溴化镧闪烁晶体的衰减时间约18ns而言较长。现有技术中的闪烁晶体能够在低伽马射线剂量率(比如剂量率低于1mGy/h)下探测，但难以胜任高剂量伽马射线剂量率(比如剂量率大于1mGy/h)下的探测任务。其次，中子石油测井应用中需要分析中子发射出后短时间(5ms周期)内的射线能谱和计数谱，需要对辐射脉冲信号进行高速的数字化和分析。传统比较常见的数字化方法有两种，第一种是高速ADC直接数字化的方法，其需要首先对电脉冲信号信号进行整形展宽，然后再使用高速ADC(1GSps)进行数字化采样，然而，工程化实践中数字化一个脉冲想要获得比较准确的能量信息需要至少采集20个采样点，同时在高温(175℃)条件下工作的ADC芯片的采样率性能通常不是很高，并且成本很高，因此无法完成高速闪烁晶体脉冲信号的数字化，使其较难应用于石油测井中；第二种是峰值保持法，使用峰值保持电路将电脉冲信号的幅值锁定，然后使用ADC采集幅值，以获取脉冲的能量信息，峰值保持法虽然可以处理高速闪烁晶体的脉冲，但由于其存在峰值保持锁定建立及峰值保持电路恢复过程，其死时间很长，通常会达到几百微秒级别，这极度的限制了数字化部分的脉冲通过率(单位时间内处理脉冲的数量)，在石油测井中，脉冲事件的数量经常会爆发式的增长，常见的中子石油测井中，脉冲数量会达到100KCPS，平均每10us就会产生一个脉冲，峰值保持法的死时间会使数字化过程丢失很多脉冲信号，从而引起测量结果偏差。

另外，在测井中，探测器需要在地下高温高湿环境中进行工作，为了防止热量对探测器内部电子器件的影响，往往采用隔热层在探测器内部构件一个与外部环境隔离的独立空间，同时为了克服高湿的影响，该独立空间往往采取了各种密封措施。在此情况下，由于探测时接收到大量的射线，电子器件在信号采集时往往会释放出热量，造成独立空间内部的温度升高，当温度升高到一定程度时，将极大的影响采集信号的准确性，比如信号受温度影响会发生漂移，造成信号失真，探测器不能再继续工作。

发明内容

本公开实施例提供了一种伽马射线探测装置，包括：