Mélyfúrási geofizika Balázs László

emittálja egy
9
Be(α,n)
6
C reakcióval. Az alfasugárzó általában Plutónium vagy Polonium (PuBe vagy PoBe források).
A PuBe és PoBe források jellemző neutronenergiája 4-5 MeV körüli.
Több szondatípusnál alkalmaznak impulzusüzemű neutronforrást az un. neutrongenerátort. A neutrongenerátor
egy gyorsító cső, ahol a felgyorsított deutérium ionokkal váltanak ki neutronokat a trícium targetnél. A neutronokat
az alábbi reakció kelti:
(11.12.)
.
A keletkező neutronok izotróp szögeloszlásúak és 14.1 MeV energiával rendelkeznek, a reakcióban felszabaduló
energia többi részét az alfa-részecske viszi magával. Ez az energia már több atommag gerjesztésére is elég. A
neutronok μs-os impulzusokban termelődnek.
11.2. Neutrondetektorok
Az eddig ismertetett nukleáris detektorok közös tulajdonsága volt, hogy a sugárzásokat ionizáló hatásuk alapján
detektálták. A neutronok esetében – töltésük nem lévén – ezt közvetve valamilyen magreakció közbeiktatásával
kell megvalósítani. Erre olyan izotópokat választanak, amelyeknél a neutronok kis energiával (termikus
tartományban) is képesek a magból töltött részecske kibocsátását kiváltani (11.2. táblázat).
A legfontosabb neutrondetektálásra alkalmas izotópok és termikus neutron magreakciók.
felszabaduló energia (MeV)
magreakció
Izotóp
2.79
(n,α)
10
B
4.78
(n,α)
6
Li
0.764
(n,p)
3
He
11.2. táblázat. Neutron detektálásban alkalmazható magreakciók
A felsorolt reakciók következtében alfa vagy proton kibocsátása történik, amely már ionizálhatja a detektor anyagát.
A
10
B és
3
He izotópokat töltőgázként felhasználva egy un. proporcionális kamránál, termikus neutronok detektálására
alkalmas eszközt kapunk.
A proporcionális kamra a GM-csőhöz hasonló gáztöltésű detektor, de nem alakul ki az a töltés lavina, csak
megsokszorozódnak a primer ionizációból származó töltéshordozók, úgy hogy a jel arányos marad a primer
ionizációval, azaz a sugárzás által a detektorban leadott energiával.
A neutronok által kiváltott reakciótermékek (töltött részecske és a visszalökődő ionizált atommag) ionizálja a gázt
(primer ionizáció), mely a kamra kimenetén többszörös ionizáció után felerősödött impulzust eredményez. A
neutrondetektorok tervezésének kulcskérdése, hogy a gammasugárzástól elválasztható legyen a neutronjel. Ez az
ismert detektorban könnyen megoldható egy amplitúdó diszkriminációval, hiszen a háttér gamma fotonoktól
származó primer ionizáció jóval kisebb, mint a neutron reakcióban keletkező töltött részecskék által okozott primer
ionizáció (11.4. ábra). A
6
Li izotópra alapozva szcintillációs detektor állítható elő, mely alkalmas termikus neutronok
detektálására.
86
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

11.4. ábra. He-3 töltésű neutrondetektor amplitúdó spektruma, a neutronok és gamma fotonok által keltett jelek
jól diszkriminálhatók. (Balázs, Gyurkócza 2002)
Bizonyos szondák esetében epitermikus neutronok detektálása is szükséges, ezt többnyire hasonló detektorokkal
oldják meg, egy termalizáló réteg beiktatásával.
11.3. Neutronszondák
A neutronszondázás során a szondatestben elhelyezett forrás terét vizsgáljuk különböző távolságra elhelyezett
neutrondetektorokkal. A detektorok jelét közelítőleg arányosnak vehetjük a detektornál kialakuló termikus fluxussal.
A szondák tervezésénél, a detektortávolság megválasztásánál fontos szempont, hogy a termikus neutrontér általában
rendelkezik egy maximummal, melynek pozíciója a kőzetösszetételnek megfelelően elmozdul. A detektorok
távolságát úgy választják meg, hogy a porozitás növekedése csökkenést okozzon az impulzusszámban (11.5. ábra).
Kezdeti időszakban használatos szondák esetében közvetlenül a mért impulzusszámlálási sebességet rögzítették.
Ezt az értelmező próbálta porozitáshoz kötni pl. magminták alapján. A kezdeti méréseknél nem is neutronokat,
hanem az abszorpciós gamma fotonokat detektálták (n-γ mérések).
87
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

11.5. ábra. Neutrondetektor jele és a porozitás közötti összefüggés különböző litologiáknál (Ellis 2007)
11.6. ábra. Neutrondetektor típusok. Egy detektoros (SNP) (bal), két detektoros lyukkompenzált (CNL) (középen)
és 4 detektoros klór hatásra is kompenzált (jobb) neutronszondák.
A neutron detektor által mért impulzusszámlálási sebességet megfelelő kalibrációval neutron porozitássá konvertálják.
A legelső szondák egy forrás és egy detektort tartalmaztak (SNP Sidewall Neutron Porosity). Itt is hamar megjelentek
a lyukkompenzált eszköz (CNL Compensated Neutron Log), mellyel a lyukfal, iszaplepény zavaró hatásait kívánták
csökkenteni. Ezeknél az eszközöknél a két detektor impulzusszámlálásának hányadosát konvertálták neutron
porozitássá.
88
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

11.7. Lyukkompenzált neutronszonda kalibrációja különböző litológiáknál a közeli és távoli detektor
impulzusszámainak arányával. (Ellis 2007)
A rétegvízben levő klórnak viszonylag nagy a termikus abszorpciós hatáskeresztmetszete, így a termikus fluxus
csökkentésével a nagy klórtartalom megnöveli a látszólagos neutronporozitást. A klór – és esetleges további
termikus neutronabszorbens – zavaró hatása kiküszöbölhető, ha epitermikus tartományban is végzünk méréseket,
melyeket nem zavar a klór hatása. Epitermikus detektorok alkalmazásával pontosítható a porozitásmérés. A
neutronszondák kutatási mélysége általában nagyobb a gamma-gamma szondákénál: 30 – 40 cm.
11.4. Neutronporozitás
A neutronporozitás lineáris függvénye a kőzetalkotók neutronporozitásának:
(11.13.)
-
A neutronporozitás értékeket több zavaró hatás is terhelheti. Kalibráláskor a referencia mátrix a mészkő, ha a
mátrix eltér, ennek megfelelő korrekciót kell alkalmazni. Ez többnyire szondatípustól függő néhány százalékos
eltolással közelítjük.
Ha póruskitöltő anyag nem víz, különösen, ha kis sűrűsége miatt kisebb hidrogénkoncentrációval jellemezhető
gáz tölti ki, akkor a kevésbé erélyes termalizálás és abszorbció miatt, a szonda jóval kisebb neutronporozitást mér
(11.8. ábra). Felfoghatjuk úgy, mintha a gázban levő hidrogén mennyiséget a víznek megfelelő koncentrációra
préseljük össze, hogy megkapjuk a gáztartalmú kőzet mért porozitását. A becslést tovább kell pontosítani, mert a
fennmaradó üres tér egyáltalán nem termalizál, nem ekvivalens a mátrix hatásával. Ezt az eltérést nevezzük
exkavációs effektusnak.
Az agyagoknál a kötött víz és egyéb termikus neutron abszorbensek miatt nagyon nagy neutronporozitást (35-40
%) mérhetünk. Agyagtartalmú kőzetek esetében a látszólagos porozitásértéket korrigálni kell az agyaghatással:
(11.14.)
.
Az agyag neutronporozitását (ϕ
Nsh
) a szomszédos agyagrétegeknél olvashatjuk le.
89
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---