Mélyfúrási geofizika Balázs László

gammatranszport egyenlet forrástagját megadjuk (S
is
), míg a befogási gamma fotonok esetében a termikus fluxus
(Φ
2
) térbeli eloszlása segítségével származtatható a megfelelő forrástag (S
a
).
A forrástag, amely a fluxus és a makroszkopikus hatáskeresztmetszet szorzatával kifejezett reakciósebesség és az
adott gamma foton kibocsátási valószínűségének (y) szorzata:
(11.21a.)
,
(11.21b.)
.
A rugalmatlan szórás esetében a hatáskeresztmetszet és a kibocsátási valószínűség is erősen energiafüggő.
A gammatranszport leírása viszonylag egyszerű, hiszen a detektorban csak a nem szóródott fotonokat tudjuk
azonosítani teljesenergia-csúcsként, amelyek a keletkezés helyétől közvetlenül a detektorba kerülnek. A vizsgált
gamma-energiáknál jórészt a Compton-szórás az egyetlen szórási folyamat, amely kőzetek esetén közelítőleg a
sűrűséggel arányos makroszkopikus hatáskeresztmetszettel rendelkezik.
Vizsgáljuk most adott elemtől (adott izotópjától) származó befogási gamma fotonok detektálást. Ha feltételezzük,
hogy a sűrűség kevéssé változik akkor detektornál mérhető – adott energiához köthető – gamma fluxus az alábbi
egyszerűsített integrállal fejezhető ki:
(11.22.)
.
Ha az adott elem koncentrációja konstans, akkor a makroszkopikus hatáskeresztmetszet kiemelhető az integrál
(
) elé.
(11.23.)
.
Ha egy másik természetes izotóp jellemző befogási gamma fotonjára felírjuk ugyanezt az integrált, kiemelve szintén
a makroszkopikus hatáskeresztmetszeteket, akkor az izotóp arányokra vonatkozóan viszonylag egyszerű közelítést
kapunk, a megfelelő gamma intenzitás arányokból (azaz a spektrumban mért teljesenergia csúcsok arányából (A
i
)):
(11.24.)
.
Azaz az izotóp arányok meghatározását egyszerűen a csúcsterületek arányából tudjuk meghatározni. A rugalmatlan
szórás kezelése némiképp bonyolultabb a többféle atommag gerjesztési lehetőség miatt.
94
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

11.12. ábra. Fontosabb természetes izotópok rugalmatlan szórásból származó gamma spektruma. (Ellis 2007)
A rugalmatlan szórás által kiváltott gamma fotonok alapján kimutatható elem köre: O, Si, C, Ca, S, Fe, Mg (11.12.
ábra), míg a befogási gamma fotonok alapján kimutatható leglényegesebb elemek: H,Cl, Si, Fe (11.13. ábra).
11.13. ábra. A neutronbefogásból származó karakterisztikus gamma fotonok spektruma (Ellis-2007)
Az előbbiek miatt a módszer interpretációja sokkal egyszerűbb, ha izotóp arányokat vagy elemarányokat képezünk.
Az elemarányokból a folyadék összetételre vagy a kőzetösszetételre vonatkozó indikátorokat származtathatunk.
A mérési technológiát igazítani kell az impulzusszerű gerjesztéshez. A vizsgált gamma fotonokat szinte késési idő
nélkül bocsátja ki a mag. A spektrumon a kiértékelés alapjául szolgáló csúcs területek (A) relatív szórása a terület
növekedésével csökken. Maga a terület szórásnégyzete a feltételezhető Poisson eloszlású fluktuációja miatt magával
a területtel egyenlő, de ehhez még az ugyancsak Poisson jellegű háttérfolyamat (B) is járul:
95
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

(11.25.)
.
Mivel a mérés időtartama igen rövid, a relatív szórás úgy csökkenthető, ha a mérést sokszor megismételjük és a
spektrumot összegezzük. Ehhez megfelelő mérési stratégiát kell kidolgozni. A méréseket a ciklikusan (pl. 100 μs-
onként) indított neutronimpulzus indítja, az impulzussal egyidejűleg rögzítik a rugalmatlan szórás spektrumát,
majd késve a ciklus vége felé rögzítik a befogási spektrumot. (11.14. ábra) Vagy közvetlenül a neutron impulzus
után vagy külön ciklusban háttér spektrumot is mérnek, melyet levonnak a kiértékelendő spektrumból
11.14. ábra. Impulzus üzemű neutronaktivációs mérés mérési stratégiája, az egymást követő spektrummérési
ciklusok.
A legfontosabb elemarányokból képzett indikátorváltozók
Kapcsolódó kőzetjellemző
Indikátor
Szénhidrogén indikátor
C/O
Szalinitás indikátor
Cl/H
Porozitás indikátor
H/(Si+Ca)
Litológiai indikátor
Si/(Si+Ca)
11.4. táblázat. Fontosabb neutron aktivációs indikátor függvények
96
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

11.15. ábra. C/O arány és víztelítettség összefüggése különböző litológiánál és porozitásnál (Ellis 2007)
Megjegyezzük, hogy a C/O arányt termelésgeofizikai méréseknél is használják folyadék összetétel meghatározásra
(11.15. ábra).
Az aktiválásnak további módjai és alkalmazásai vannak. Használható bizonyos elemek koncentrációjának
meghatározására a hagyományos értelemben vett neutron aktiváció. Neutron forrás környezetében bizonyos elemek
neutron befogva, béta sugárzóvá tehetők és a bétabomlást követően gerjesztett állapotban maradhat a mag, a többlet
energiát karakterisztikus gamma foton formájában kisugározva. A bétabomlás, melyet már nem az erős kölcsönhatás,
hanem a gyenge kölcsönhatás irányít, általában lényegesen lassabb folyamat hosszabb felezési idő mellett, így a
mérés az aktiválást követően is végezhető. A felaktiválás is felezési időfüggő, általában a rövid felezési idejű
izotópokra vezető aktiválást használhatjuk fel a gyakorlatban. Az említett módszer jól alkalmazható pl. alumínium
kimutatására. Magyarországon is felhasználták ezt a módszert a bauxitkutatásnál, neutron aktivációs módszer
segítségével határozták meg a rétegek Al
2
O
3
tartalmát, illetve az érc minőségét meghatározó Al
2
O
3
/SiO
2
arányt.
(Hursán L.)
97
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---