放射性测井
68页1、第七章 放射性测井,放射性测井(核测井)是测量记录反映岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理性质的参数,研究井剖面岩层性质、寻找石油矿藏等的一类测井方法。,7-1自然伽马测井和自然伽马能谱测井,一、伽马测井的核物理基础 1、放射性和放射性衰变 (1)核素和同位素 核素:一种核素是指原子核的质子数和中子数都相等并处于同一能态的同一类原子,用下列符号表示: ,其中 为元素的符号;Z和A分别表示质子数和质量数,例如 是一种核素。,同位素:是指几种质子数相同而中子数不同的核素统称为该种元素的同位素,例如 、 和 ,这三种核素都是氢的同位素。 (2)放射性和放射性核素 放射性:原子核自发地放出各种射线的性质统称为放射性。,放射性核素:能自发地发生衰变,由一种核变为另一种核的核素称为放射性核素,如 就是放射性核素; 稳定核素:不能自发发生变化的核素就是稳定核素,例如 、 就是稳定核素。,(3)核射线,射线是高速运动的氦原子核(粒子),它的穿透能力最低,但电离能力最强。在核测井中,利用 粒子和某些原子核的相互作用可制造中子源;,射线是高速运动的电子流,它的穿透能力比 射线强,但电离能力较 射线弱; 射线
2、是波长很短的电磁波,它的贯穿能力最强,但电离能力最弱。 射线能穿透几十厘米的地层、水泥环、套管和下井仪器的外壁而被探测仪器接收到,是核测井的主要探测对象。,(4)放射性衰变,放射性核素的原子核自发地释放出一种粒子变成另外一种原子核的放射性现象称为放射性衰变。 衰变方式: 衰变:原子核自发地发射 粒子 ( 核)转变成另一种原子核的放射性现象称为 衰变。,其过程可表示为: 例如放射性核素钋( )经过 衰变变成铅 ,同时放出 射线。, 衰变:原子核自发地放出负电子、正电子或俘获一个轨道电子而发生的转变,统称为 衰变。, 跃迁:由 、 衰变产生的子核往往处于激发态,而后可以通过发射 射线释放多余的能量而退激到基态的过程称为 跃迁,或称 衰变。,(5)核衰变基本规律 半衰期:放射性核素因衰变而减少到原来一半所需的时间,用,(6)放射性活度 一个放射源在单位时间内衰变的原子核数,称为放射性活度 。,2、伽马射线和物质的相互作用,(1) 射线与物质相互作用的几率 利用截面 来描述作用几率的大小,定义式为:,储层岩性分析,储层孔隙度计算,射线,源,地层物质,射线与物质的相互作用,【问题1】伽马射线与物
3、质之间的相互作用有哪些? 【问题2】核测井利用这些过程怎样来确定储集层岩性和孔隙度呢?,伽马源,地层物质,康普顿效应,电子对效应,光电效应,主要作用方式,(2)、光电效应,原子核,核外电子,入射光子,光电子,1.光子与靶物质原子发生电磁相互作用;,2.光子被吸收,能量全部交给内层束缚电子;,3.束缚电子摆脱原子发射出来成为光电子。,原子核,核外电子,入射光子,光电子,光子与靶物质原子发生电磁相互作用,结果是吸收一个光子,并将光子的能量全部转移给某个束缚电子,该束缚电子摆脱原子对它的束缚之后发射出来,这个过程称为光电效应。 由光电效应发射出来的电子称为光电子。,图3-1伽马射线与物质的三种作用 (a)光电效应;(b)康普顿效应; (c)电子对效应,(3)、康普顿效应,原子核,核外电子,入射光子,散射光子,反冲电子,1.光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞;,2.光子一部分能量转移给外层电子,光子发生 散射,其能量和运动方向发生变化;,3.束缚电子获得能量脱离原子成为反冲电子。,原子核,核外电子,入射光子,散射光子,反冲电子,光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞,一部分能量转移给电子,使它脱离
4、原子成为反冲电子,同时光子发生散射,散射光子的能量和运动方向发生变化,即康普顿效应。,(4)、电子对效应,原子核,核外电子,入射光子,负电子,正电子,1.光子受到原子核库仑场的作用;,2.光子转变为一个正电子和一个负电子,自身消失,原子核,核外电子,入射光子,负电子,正电子,当光子从原子核旁经过时,在原子核的库仑场作用下,光子转换为一个正电子 和一个负电子 ,这种过程称为电子对效应,是高能射线与物质作用的一种主要方式。,对于不同的吸收物质和能量区域,每种效应的相对重要性不同:,对于低能伽马射线和原子序数高的吸收物质,光电效应占优势; 对于中能伽马射线和原子序数较低的吸收物质,康普顿效应占优势; 对于高能伽马射线和原子序数高的吸收物质,电子对效应占优势。,(5) 射线的衰减规律,射线通过吸收物质时,由于发生上述三种效应,其强度要减弱,穿过吸收物质后的强度与吸收物质的厚度的关系为:,3、 射线的探测,(1)闪烁探测器 闪烁探测器主要有闪烁体、光电倍增管和电子仪器三部分组成。 常用的闪烁体主要有碘化钠(铊)、碘化铯(铊)和BGO等。,(2)半导体探测器 半导体探测器的探测介质是半导体材料,在
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