Гамма-Гамма каротаж в плотностной и селективной модификациях

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОВОГО ДЕЛА

 

КАФЕДРА Геофизики

 

Гамма – Гамма каротаж в плотностной и селективной модификациях.

 

Курсовая работа по спецкурсу:

«Радиометрия и Ядерная геофизика»

 

Выполнил: студент

 Проверил: Доцент

Содержание.

Введение.  2

Глава 1. Взаимодействие гамма – квантов с веществом. 3

Глава 2. Плотностная модификация Гамма – Гамма каротажа. 8

Глава 3.Селективная модификация Гамма – Гамма каротажа. 13

Заключение 17

Список литературы. 18

Введение.

При прохождении гамма – квантов сквозь среду, кванты испытывают различного рода взаимодействия с ней. Эти процессы обусловлены энергией квантов, плотности вещества, элементных номеров атомов среды. Результатом взаимодействия является изменение характеристик потока гамма – кванов, таких как их траектория, энергия и скорость, что эквивалентно.

Целью данного курсового проекта по спецкурсу ядерной геофизики является выяснение механизмов и видов этих процессов, их следствий, способов и методов применения этого при решении геологических задач. В работе пойдет речь об способах возбуждения полей гамма – квантов, их регистрации и интерпретации, с получением конкретных свойств среды: плотности и эффективного номера, на основе которых определяются: зольность, содержание рудного элемента, и петрографический состав по литотипам.

В работе приняты следующие единые обозначения, в [ ] указана их размерность.

μ^∑ [ см ^-1] – суммарное макроскопическое сечение взаимодействия или линейный коэффициент ослабления.

τ_ф^микр [см ^-2] и τ_ф^макр [см ^-1] - сечения фотоэффекта

τ_эп^микр [см ^-2] и τ_эп^макр [см ^-1] – сечения эффекта образования электронно – позитронных пар.

σ_к^микр [см ^-2] и σ_к^макр [см ^-1] – сечения Комптон – эффекта.

σ_к^{микр п} - сечение истинного комптоновского поглощения.  

σ_к^{микр р} - сечение собственно комптоновского рассеяния.

Е_y^{к кр} [эВ] – энергия края поглощения на к – электронах.

А_ав – число Авогадро.

ω = Е_у / 0,511 МэВ.

θ ,φ - углы характеризующие, в зависимости от контекста формулы.

Глава 1. Взаимодействие гамма – квантов с веществом.

При прохождении потока гамма – квантов сквозь среду, в зависимости от их энергии, протекают те или иные процессы взаимодействия. Одной из величин, характеризующей эти процессы является полное сечение взаимодействия - μ^∑, которая имеет смысл полной вероятности протекания какого - либо процесса и является суммой вероятностей (макроскопических сечений) каждого процесса в отдельности.

Виды протекающих процессов можно представить в виде схемы [1]

 

1.1.  Фотоэлектрическое поглощение [1,4,5].

Фотоэффект на К – электронах происходит при энергиях, соизмеримых с энергиями связи электронов с ядром. При этом гамма – квант передаёт свою энергию электрону. Это можно описать формулой:
Е_i = E_y – W_i [1.1]
где: W_i - энергия связи электрона на i – орбитали.

После этого место, освободившееся за счёт вылета электрона занимается электроном с более дальней орбитали, с испусканием характерного для данного элемента квантом характеристического излучения (рис.2 – а). Вероятность протекания фотоэффекта зависит от энергии гамма – кванта и порядкового номера элемента или эффективного порядкового номера полиэлементной среды. Первая составляющая для каждого элемента своя, зависит от величин энергий связи (рис 2 – б).

рис 2,

Вторая составляющая очевидна из формулы:

τ_ф^микр = const Z⁵ (m_е c² / E_y) [1.2]

Для перехода к макроскопическому сечению фотоэффекта необходимо микроскопическое значение домножить на атомарную плотность. Формула 1.2 описывает вероятность фотоэффекта на К- электронах и при энергии больше энергии связи. При Е < 0,1 МэВ для большинства элементов фотоэффект резко доминирующий.

Для атома фотоэффект не является законченным процессом, так как при удалении электрона с орбитали атом переходит в возбуждённое состояние, снимаемое испусканием, как уже упоминалась выше, излучением кванта.

Важным свойством фотоэффекта является сильная зависимость от Z_эф.

Для макроскопического сечения фотоэффекта:

τ_ф^макр = τ_ф^микр * ρ * (A_ав / А) [1.2 *]