0.329 0.0045 0.0016
– 结论：岩石对热中子的俘获能力主要取决于含氯量。
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用 – 4、热中子扩散和俘获
• (4)热中子寿命τ
– 从热中子的生成时起到它被吸收为止所经过的平均时 间，它和宏观俘获截面的关系为：
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用 –2、快中子对原子核的活化 • 快中子与地层物质的原子核除发生（n，n’）反应外， 还可发生（n，α），（n，p）核反应。这些反应产生新 的放射性原子核。新核有一定的半衰期，衰变放射出带 电粒子和γ射线，称为次生活化伽马射线。 • 活化测井：硅测井，铝测井，钙测井，氯测井 • 硅活化：
• 例如，C12和O16都能与14Mev的快中子发生非弹 性散射而激发释放出γ射线，这是C/O能谱测井的 基础。
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第九章 中子测井
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用 –1、快中子的非弹性散射
• 非弹性散射截面：一个快中子与一个靶核发生非 弹性散射的几率。 • 原子核的能级是非连续的，只有当入射的中子的 能量至少大于靶核的第一激发能级时，才有可能 发生非弹性散射，同位素中子源发射的中子能量 较低，对非弹性散射的贡献可忽略不记。因此， 必须使用加速器中子源，以产生较高能量的快中 子。
) , E
2
2A (A 1)
2
E0
– 氢 核 ， A=1 ， a=0 ， ΔEmax=E0 ， ΔE=1/2E0 ， C 核 ， A=12，a=0.716，ΔE=0.142E0 ，ΔEmax=0.284E0 。因此 氢核是岩石中使中子减速的最主要的元素，岩石对快 中子的减速能力取决于岩石的含H量。
– 2、中子的释放：当中子获得大于结合能的能量 时，可以从原子核中释放出来。
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第九章 中子测井
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第一节 中子测井的核物理基础
一、中子和中子源 – 3、中子与原子的作用
• 当中子与原子相互作用时，和核外电子几乎没有库仑 力作用，而直接与原子核碰撞，其反应几率主要取决 于核的性质。因此，中子入射物质后，主要是与原子 核发生作用。
一、超热中子测井的基本原理
– 利用中子源发出快中子，在地层的 运动中和地层中的各种原子核发生 弹性散射，逐渐损失能量、降低速 度，成为超热中子。探测超热中子 密度，转化为计数率，以此寻找储 集层、确定孔隙度的测井方法。探 测器和中子源贴井壁测量减小井眼 影响。
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第九章 中子测井
24
第二节 超热中子测井
95
Am
9
241

93 4
Np
237

12
2
He ( a ) n Q ( 5 .7 0 1 M e v ) 0
1
4
Be 4
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2
He
C 6

第九章 中子测井
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第一节 中子测井的核物理基础
一、中子和中子源 –5、中子源：
• 加速器中子源（脉冲中子源）：用人工的方法（加 速器）加速带电粒子，去轰击靶核，产生快中子， 特点是人为控制脉冲式发射。 • 如（D-T）中子源：利用加速器将带电粒子氘核加 速到0.126MeV的能量，然后轰击靶核氚，生成a粒 子和中子，中子的能量平均为14Mev。
• 质子和中子在核中存在很强的核力作用，要使之从核中 释放出来，必须提供足够的能量。用高能（带电）粒子 轰击作为靶核的原子核，引起核反应，释放出中子。一 般选用轻原子核作靶核（A小，结核能小，易产生中 子），如4Be9和1H3。
• 测井用的中子源有两类：同位素中子源、加速器中子源。
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第九章 中子测井
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用 –3、快中子的弹性散射
• (4) 热化碰撞次数
– 热化碰撞次数：核物理将初始能量为E0 的快中子 减速为热中子所需的平均碰撞次数。
– 若E0为2Mev，则H、C、O 的热化碰撞次数为 18、 114 、150。说明，H为主要的减速剂。
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用 –4、热中子扩散和俘获
•(3) 岩石对热中子的宏观俘获截面Σa：
– 微观俘获截面σa：一个原子核俘获热中子的几率； – 宏观俘获截面Σa ：一立方厘米所有原子微观俘获截面 的总和。 Cl 31.6 H C O Mg 0.4 Ag 0.215 Si 0.13 Ca 0.43
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第九章 中子测井
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用
–3、快中子的弹性散射
•(6) 减速时间τ S和减速长度Ls – 减速时间τS：快中子从初始能量E0减速为热中子能量Et 所需时间； – 减速长度Ls：
def
LS
Rd 6
2
– Rd:快中子在减速为热中之过程中，中子移动的直线距 离。
第九章 中子测井
中子测井(NUETRON LOGGING)：利用中子和地层相 互作用的各种效应，来研究井剖面地层性质的各种测井 方法的总称。包括中子—热中子、中子—超热中子、中 子—伽马测井、中子活化测井以及非弹性散射伽马能谱 测井和中子寿命测井。 测井时，中子源向地层发射快中子，快中子在地层中运 动与地层物质的原子核发生各种作用，由探测器探测超 热中子、热中子或次生伽马射线的强度，研究地层的孔 隙度、岩性及孔隙流体性质等地质问题。
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第九章 中子测井
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用 –3、快中子的弹性散射
• (5) 岩石散射截面
– 微观散射截面σs：一个中子与一个原子核发生弹性散射 的几率；
– 宏观散射截面Σs ：单位体积物质中的原子核的微观散 射截面之和。
– 结论：纯岩石的宏观减速能力基本上决定于纯岩石的 孔隙度（含淡水条件）
• 快中子 能量>0.5 MeV 穿透能力很强。
• 中能中子 1KeV~0.5MeV
• 慢中子 0eV~1KeV
超热中子约为0.2~10 eV 热中子约为0.025 eV 热中子标准速度2200 m/s
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第九章 中子测井
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第一节 中子测井的核物理基础
一、中子和中子源 –5、中子源：将原子核中的中子释放出来的装臵。
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用 –3、快中子的弹性散射
• (3)弹性碰撞能量损失
– 当为正碰撞时，中子损失能量最大。实验证明，中子 一次弹性碰撞可能损失的最大能量和平均能量分别为：
E
m ax
( 1 a )E 0 ,a (
A 1 A 1
D T 2 He 0 n 17 . 588 Mev
4 1
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第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用 –1、快中子的非弹性散射
• 高能快中子与地层发生作用时，快中子被靶核吸收 形成复核，然后放出能量较低的中子，靶核仍处于 激发态，而激发态的核放出特定能量的γ后回到基 态，放出的伽马射线称为非弹性散射伽马射线。
第二节 超热中子测井
一、超热中子测井的基本原理
–2、孔隙度对减速长度的影响
• 在地层中所有的核素中，氢核 减素能力最强，远远超过其它 核素。因此，地层的减速长度 取决于地层中氢的含量，氢主 要存在于孔隙流体中，因此， 孔隙度增大，减速能力增强， 减速长度减小。
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第九章 中子测井
第一节 中子测井的核物理基础 第二节 超热中子测井 第三节 热中子测井 第四节 中子伽马测井
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第九章 中子测井
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第一节 中子测井的核物理基础
一、中子和中子源 – 1、中子
• (1)组成原子核的不带电的中性微粒，电荷上 限10-18电子电荷。它与质子以很强的核力结合 在一起，形成原子核。 • (2)中子的质量1.00887μ；1 μ =1.66053886 × 10-27kg ；质子的质量1.00758μ。
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第一节 中子测井的核物理基础
一、中子和中子源 – 5、中子源： • 同位素中子源：利用放射性同位素核衰变时放出的高 能粒子（а粒子）去轰击靶核，引起核反应，释放中子。 • 这种中子源的特点是连续发射中子。发射中子的平均 能量为4~5Mev。 • 如镅铍（Am-Be）中子源，利用镅衰变产生的a粒子去 轰击铍，引起核反应释放出中子，产生中子能量平均 为5Mev。
• 中子能量不同（速度不同），其与物质相互作用的方 式也就大不相同，因此，目前使用的中子测井的中子 源包括使用同位素中子源和加速器中子源，提供不同 能量的快中子。
13:52:28 第九章 中子测井 4
第一节 中子测井的核物理基础
一、中子和中子源 – 4、中子的分类
• 中子的能量指的是它的动能，根据中子的能量可将中 子分为：快中子、中能中子、慢中子。
一、超热中子测井的基本原理
–1、岩性对减速长度的影响
•快中子的减速过程，取决于地 层中原子核的种类及其数量， 不同靶核与中子发生弹性散射 的截面不同，每次散射的平均 能量损失不同，因而，快中子 的减速长度不同。在孔隙度相 同的情况下，不同岩性的地层， 快中子的减速长度不同。
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13:52:29 第九章 中子测井 22
第一节 中子测井的核物理基础