[发明专利]基于伴随α中子管与快中子探测器的铀矿测井装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于伴随α中子管与快中子探测器的铀矿测井装置及方法，属于中子铀矿测井技术领域，该装置包括伴随α中子管、快中子探测器、数据获取系统和计算机，伴随α中子管持续向地层中发射14MeV快中子，并给出每个快中子发射时刻；快中子探测器探测地层中U235与中子发生裂变反应产生的瞬发快中子信息；数据获取系统从快中子探测器获取快中子信号并传给计算机；计算机控制伴随α中子管持续产生快中子，获取伴随α中子管每个快中子发射时刻，再通过数据获取系统得到快中子的时刻和能量，利用快时间符合技术筛选出在裂变中子占优势的时间窗口内和高于能量阈值的快中子总计数。使用本发明提供的装置及方法能提升现有瞬发中子测井仪器的测量精度。

技术领域

本发明属于中子铀矿测井技术领域，具体为一种基于伴随α中子管与快中子探测器的铀矿测井装置及方法。

背景技术

铀是核工业使用的主要燃料。目前，铀矿测井技术主要分为自然γ测井、瞬发或缓发中子测井两类。自然γ测井技术是通过测量铀的衰变产物镭的γ射线的分布确定地层中的铀含量，由于可能存在铀镭衰变不平衡的因素，导致在缺少铀镭衰变不平衡系数情况下，自然γ测井方法得到的铀含量与真实值存在较大偏差，故使用场合受限。另一类瞬发或缓发中子测井技术，是通过中子源向地层发射初始的快中子，快中子与地层介质发生相互作用，减速成为超热中子或者热中子，热中子与地层中的铀235核素发生裂变反应释放多个快中子，快中子再被减速，可以通过探测超热中子或者热中子中子计数率以及时间分布与铀含量的关系计算得到地层中铀含量的技术，该技术是一种直接的铀矿定量测井技术。

同时，尚无成熟的国产仪器，尤其是基于快时间符合技术的超快瞬发裂变快中子测井技术。目前该技术在国内还处于研发阶段，现仅有东华理工大学汤彬团队、中国原子能研究院王新光团队、中国石油大学 (华东)王新光团队发表了脉冲法瞬发中子测井的研究成果，即使用脉冲中子和热中子、超热探测器的方案实现铀矿测井。因此，独立自主研发瞬发中子测井技术、关键的设备部件，以及铀含量定量方法对研制具有自主知识产权的瞬发测井仪器极其重要。

汤彬和王新光的研究都使用脉冲法。脉冲法是利用脉冲中子源向地层发射中子，脉冲宽度设为40μs，通过采集大约150-2000μs窗口的远点探测器热中子的总计数率N(δt)，近点探测器与远点探测器计数率比值R_S/L，以及热中子宏观俘获截面，最后通过计算给出铀含量。这种中子测量的方式中，信号采集时间宽度达到数千秒，信号将会包含较强的本底干扰，影响了铀含量的测量精度。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于伴随α中子管与快中子探测器的铀矿测井装置及方法，利用该装置及方法能提升现有瞬发中子测井仪器的测量精度。

为达到以上目的，本发明采用的一种技术方案是：

一种基于伴随α中子管与快中子探测器的铀矿测井装置，包括伴随α中子管、快中子探测器、数据获取系统和计算机，其中：

所述伴随α中子管用于持续向地层中发射14MeV快中子，并给出每个快中子的发射时刻；

所述快中子探测器用于探测地层中U235与中子发生裂变反应产生的多个瞬发的快中子信息，获取中子衰减谱，所述快中子信息包括被探测到的时刻和能量；

所述数据获取系统用于从所述快中子探测器获取快中子信号并传送给计算机，以及用于控制所述快中子探测器；

所述计算机通过控制总线控制所述伴随α中子管持续产生快中子，获取所述伴随α中子管每个快中子的发射时刻；以及通过所述数据获取系统获取所述快中子探测器测量到快中子的时刻和能量，利用快时间符合技术，筛选出在裂变中子占优势的时间窗口内和高于能量阈值的快中子总计数。

进一步，如上所述的基于伴随α中子管与快中子探测器的铀矿测井装置，所述伴随α中子管能精确标记每个快中子的发射起始时刻，时间精度达纳秒级，为快时间符合测量提供准确的时间信息。