Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 5 - P1

Chia sẻ: Norther Light | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

153
lượt xem 40
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ch-ơng 5 Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân có cơ sở vật lý - địa chất dựa trên các hiện t-ợng phóng xạ tự nhiên và kích thích nhân tạo trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan. Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân đ-ợc sử dụng để nghiên cứu lát cắt địa chất không chỉ ở các giếng khoan trần (ch-a chống ống) mà ở các giếng khoan đã chống ống. Đây là -u điểm nổi bật của ph-ơng pháp này. 5.1. Cơ sở vật lý - địa chất 5.1.1....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 5 - P1

GR − GRmin ∆J γ = = f (VSh ) 5.20) GRmax − GRmin Trong ®ã: GR lµ gi¸ trÞ c−êng ®é bøc x¹ gamma ®o ®−îc t¹i ®iÓm quan s¸t. GRmax, GRmin lÇn l−ît lµ c−êng ®é bøc x¹ gamma t¹i vØa sÐt vµ v¶i c¸t s¹ch. Trong tr−êng hîp l¸t c¾t kh«ng cã vØa ®¸ c¸t s¹ch, cã thÓ sö dông c¸c gi¸ trÞ GRmax, GRmin lµ c¸c gi¸ trÞ ®o ®−îc ë hai vØa ®¸ cã ®é sÐt biÕt tr−íc. Khi ®ã ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é sÐt theo (5.20) gäi lµ ph−¬ng ph¸p hai vØa (tÇng) chuÈn. Quan hÖ hµm sè gi÷a tham sè ∆Jγ vµ ®é sÐt VSh th−êng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. Trong thùc tÕ, ta gÆp mét sè ph−¬ng tr×nh thùc nghiÖm cña c¸c t¸c gi¶ kh¸c nhau: Quan hÖ tuyÕn tÝnh: VSh = ∆J γ VSh = 1,7 − 3,38 − (∆J γ + 0,7 ) 2 Clavier VSh = 0,5∆J γ (1,5 − ∆J γ ) Steiber Tuy nhiªn, v× sù cã mÆt cña c¸c kho¸ng vËt sÐt lµ mét chØ thÞ cña m«i tr−êng trÇm tÝch nªn quan hÖ hµm sè ∆J γ = f (VSh ) lµ rÊt phøc t¹p vµ kh¸c nhau gi÷a vïng nµy vµ vïng kh¸c. C¸ch ®óng ®¾n nhÊt vÉn lµ thay v× sö dông c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm cã s½n b»ng viÖc x©y dùng quan hÖ thùc nghiÖm gi÷a c¸c tham sè ®ã cho tõng vïng cô thÓ, thËm chÝ cho tõng ph©n vÞ ®Þa tÇng kh¸c nhau. Mét øng dông quan träng kh¸c cña ph−¬ng ph¸p GR lµ trong nghiªn cøu c¸c giÕng khoan th¨m dß t×m kiÕm c¸c quÆng phãng x¹. C−êng ®é bøc x¹ gamma tù nhiªn GR cã quan hÖ trùc tiÕp víi hµm l−îng c¸c quÆng phãng x¹ trong c¸c líp ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan. V× vËy, dùa vµo d¸ng ®iÖu ®−êng cong GR vµ biªn ®é dÞ th−êng trªn ®−êng cong ®ã ta dÔ dµng ph¸t hiÖn c¸c ®íi quÆng ho¸ vµ tÝnh to¸n hµm l−îng c¸c kho¸ng vËt quÆng phãng x¹ trong ®èi t−îng nghiªn cøu. Khi nghiªn cøu c¸c má muèi, ®−êng cong ®o GR ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu dµy c¸c líp muèi vµ x¸c ®Þnh hµm l−îng muèi KCl trong má muèi. 5.3.2. Ph−¬ng ph¸p ®o phæ gamma tù nhiªn- SGR, NGS 5.3.2.1. C¬ së vËt lý - ®Þa chÊt Khi tiÕn hµnh ®o GR ta ®o c−êng ®é bøc x¹ tia gamma ph¸t x¹ tõ nh÷ng ®ång vÞ phãng x¹ cña c¸c nguyªn tè ®ång vÞ trong ba d∙y Urani, Thori vµ Kali. C¸c tia gamma ph¸t x¹ tõ c¸c ®ång vÞ cña ba d∙y võa nªu ®Òu d−íi d¹ng xung n¨ng l−îng rêi r¹c (H×nh 5.8). 129
H×nh 5.8 m« pháng phæ n¨ng l−îng c¸c tia gamma cña c¸c d∙y K, Th vµ Urani. Tõ mçi d∙y ta cã thÓ chän ®−îc phæ n¨ng l−îng ®Æc tr−ng cho d∙y ®ã, kh«ng lÉn lén víi c¸c d∙y K kh¸c. D∙y 40K chØ cã duy nhÊt mét X¸c suÊt ph¸t x¹ ®o ®−îc phæ ®¬n n¨ng Eγ = 1,46MeV khi b¾n D·y Th ra tia gamma ®Ó trë thµnh ®ång vÞ 40 Ar bÒn v÷ng. Trong d∙y 232Thori cã nhiÒu ®ång vÞ ph¸t x¹ gamma cã n¨ng l−îng kh¸c nhau, trong sè ®ã ®ång vÞ D·y U Thallium 208Tl ph¸t x¹ gamma cã phæ n¨ng l−îng Eγ = 2,62MeV cao nhÊt trong d∙y. N¨ng l−îng tia Gamma MeV T−¬ng tù chän phæ Eγ = H×nh 5.8. Phæ bøc x¹ Gamma cña c¸c 1,76MeV ph¸t x¹ tõ ®ång vÞ Bismuth nguyªn tè phãng x¹ 214 B lµ phæ ®Æc tr−ng cho d∙y 238Urani. Ta cã nhËn xÐt: C¸c phæ n¨ng l−îng cña tia gamma chän ®Æc tr−ng cho ba d∙y phãng x¹ tù nhiªn ®Òu cã n¨ng l−îng Eγ > 1,20MeV, lín h¬n vïng n¨ng l−îng mµ tia gamma dÔ bÞ t¸n x¹ Compton trong m«i tr−êng ®Êt ®¸. ë vïng n¨ng l−îng cao nh− vËy c¸c l−îng Sè ®Õm t−¬ng ®èi tö gamma t−¬ng t¸c víi m«i tr−êng rÊt dÔ sinh hiÖu øng t¹o cÆp trong thµnh hÖ vµ trong tinh thÓ cña detector. Quan s¸t phæ ë d¹ng liªn tôc (H×nh 5.9) dÔ dµng chÝnh x¸c h¬n ë d¹ng rêi r¹c vµ phï hîp víi ®iÒu kiÖn ®o ë giÕng khoan h¬n. Së dÜ nh− Ph«ng t¸n thÕ lµ v×: x¹ Compton a) KÝch th−íc h¹n chÕ cña detector (tÝnh kÐm hiÖu qu¶). b) ThÓ tÝch vïng nghiªn cøu (vïng cã phÇn ®ãng gãp quan träng c¸c tia gamma t¸n x¹). c) Kho¶ng thêi gian kÐo dµi cña phÐp ®o N¨ng l−îng tia Gamma MeV (phô thuéc tèc ®é kÐo c¸p). KÕt qu¶ sÏ cã mét H×nh 5.9. Phæ liªn tôc cña K, Th kho¶ng réng h¬n phæ ®o ®Õn møc lµm cho mét vµ U ghi ®−îc b»ng tinh thÓ NaI nöa sè pic cã thÓ bÞ lµ b»ng hoµn toµn (H×nh 5.9). Biªn ®é t−¬ng ®èi cña ba phæ nãi trªn sÏ tû lÖ thuËn víi hµm l−îng c¸c ®ång vÞ cña c¸c d∙y phãng x¹ tù nhiªn K, Th vµ U trong c¸c thµnh hÖ. Sù phô thuéc nµy kh¸ 130
chÆt chÏ ®ñ ®Ó cã thÓ tÝnh hµm l−îng cña Th, Ur vµ K cã trong thµnh hÖ dùa vµo sù suy gi¶m m¹nh phæ toµn phÇn ë sau mçi phæ ®Æc tr−ng cña mçi d∙y. Khi tÝnh hµm l−îng Th, U vµ K theo phÐp ph©n tÝch ph©n bæ n¨ng l−îng toµn phÇn, ph¶i chia n¨ng l−îng toµn phÇn ra lµm hai vïng. a) Vïng n¨ng l−îng cao cã ba pic chÝnh ®Æc tr−ng cho ba d∙y phãng x¹ Th (2,26 MeV), U(1,76MeV) vµ K(1,46MeV). b) Vïng n¨ng l−îng thÊp, n¨ng l−îng cña c¸c tia gamma trong thµnh hÖ lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh t¸n x¹ Compton bao gåm c¸c ph¸t x¹ n¨ng l−îng thÊp tõ hai d∙y U vµ Th. Trong tù nhiªn gÆp c¸c ®¸ cã tÝnh phãng x¹ kh¸c nhau, cã chøa c¸c ®ång vÞ U, Th vµ K ë møc ®é kh¸c nhau. - SÐt vµ diÖp th¹ch sÐt lµ nh÷ng kho¸ng vËt vµ ®¸ chøa mét hµm l−îng nhÊt ®Þnh c¸c ®ång vÞ K, U vµ Th. Ngoµi ra, chóng cßn cã thÓ chøa mét l−îng ®¸ng kÓ phosphat hay mét chÊt h÷u c¬ giµu Urani vµ c¸c lo¹i kho¸ng vËt cã phãng x¹ (feldspat, mica, c¸c lo¹i kho¸ng vËt nÆng cã chøa U vµ Th. B¶ng 5.4) - Muèi Kali, KCl trong c¸c thµnh t¹o trÇm tÝch bèc h¬i. - C¸c líp máng bitum vµ alumit ho¸ KAl3[(OH)6/(SO4)2]. B¶ng 5.4 Tªn kho¸ng Tªn kho¸ng Th (ppm) U (ppm) Th (ppm) U (ppm) vËt vËt (25-20).104 Allanit 500– 30-70 Monazit 500-3000 20.000 Apatit 20-150 5-150 Sphen 100-600 100-700 500-3,5.104 Epidot 50-500 20-50 Xenotim RÊt thÊp Magnetit 0.3-20 1-30 Zircon 50-4000 100-6000 - Phosphat [PO4]3- - Mét sè ®¸ c¸t ackose, bïn, c¸t kÕt cuéi kÕt chøa nhiÒu kho¸ng vËt nh−: feldspat, mica hoÆc c¸c kho¸ng vËt chøa K, U vµ Th nh− zircon, monazit, alamit, xenotin, - Mét sè ®¸ cacbonat cã nguån gèc tõ biÓn cã chøa K vµ U hoÆc giµu vËt chÊt h÷u c¬ hay phosphat. - Mét sè vØa than hÊp phô vµ tÝch tô U cã liªn quan ®Õn c¸c ®¸ giµu U. - C¸c ®¸ macma axit vµ baz¬ nh−: granit, syenit, rhyolit. 131
5.3.2.2. C¸c thiÕt bÞ m¸y giÕng ®o phæ gamma Trong s¶n xuÊt sö dông c¸c Zond ®o phæ gamma kh¸c nhau. Mçi lo¹i cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng chi tiÕt nh−ng cã ®iÓm chung vÒ nguyªn t¾c. Zond ®o cã nhiÒu cöa sæ, mçi cöa sæ ®o c¸c tia gamma cã vïng n¨ng l−îng nhËt ®Þnh, t−¬ng ®−¬ng víi phæ n¨ng Sè kªnh l−îng ®Æc tr−ng cña tõng nhãm nguyªn tè K, U vµ Th. H∙ng Dresser Atlas dïng thiÕt bÞ ®o cã ba cöa sæ W3, W4 vµ W5®Ó ®o phæ n¨ng l−îng ®Æc tr−ng cña K, Th vµ U (H×nh 5.10). Tuy vËy, giíi h¹n ®o phæ N¨ng l−îng tia Gamma MeV n¨ng l−îng cña tõng cöa sæ ®∙ kh«ng thÓ “s¹ch” hoµn toµn. VÝ dô cöa sæ W3 H×nh 5.10. C¸c cöa sæ ®o n¨ng l−îng kh«ng ph¶i chØ t−¬ng øng víi K mµ cßn ®Æc tr−ng K vµ Th c¶ víi U vµ Th. NghÜa lµ ta cã thÓ lËp hÖ ph−¬ng tr×nh: 232 Th = m13W3 + m14W4 + m15W5 238 U = m23W3 + m24W4 + m25W5 (5.21) 40 K = m33W3 + m34W4 + m35W5 Trong ®ã: mij lµ c¸c yÕu tè cña thµnh phÇn gäi lµ “ma trËn ®o” hay chÝnh lµ phÇn ®ãng gãp bøc x¹ gamma cña nguyªn tè thø i trong cöa sæ thø j. C¸c thµnh phÇn ma trËn ®o mij ®−îc x¸c ®Þnh trªn m« h×nh mÉu chuÈn. HÖ ph−¬ng tr×nh (5.21) cho phÐp x¸c ®Þnh hµm l−îng c¸c nguyªn tè K, U vµ Th dùa vµo sæ ®äc trªn c¸c cöa sæ W3, W4 vµ W5. C«ng ty Schlumberger sö dông m¸y phæ cã 5 cöa sæ, trong ®ã c¸c cöa sæ W1 vµ W2 ®o gamma toµn phÇn n¨ng l−îng thÊp (H×nh 5.11). Dùa vµo c¸c sè ®o vïng n¨ng l−îng thÊp (W1 vµ W2) cã thÓ läc c¸c th¨ng gi¸ng cña c¸c ®−êng cong K vµ U. S¬ ®å nguyªn t¾c ®o phæ gamma tù nhiªn (NGS) theo Schlumberger ®−îc tr×nh bµy trong h×nh 5.12. 132
X¸c suÊt ph¸t x¹ ®o ®−îc N¨ng l−îng thÊp N¨ng l−îng cao HiÖu suÊt ®Õm cao HiÖu suÊt ®Õm thÊp H×nh 5.11. §−êng cong t−¬ng øng U, Th vµ K (Detect¬ dïng tinh thÓ NaI) Trong s¬ ®å sö dông detector nh©n quang ®iÖn, víi tinh thÓ c¶m x¹ lµ NaI(Tl) 1. 1 2 M· ho¸ truyÒn 5 4 3 Trong giÕng khoan 8 9 7 10 Bé gi¶i m· 5 6 Trªn mÆt ®Êt H×nh 5.12. S¬ ®å nguyªn t¾c cña Zond ®o phæ phãng x¹ Gamma Qua detector c¸c tia gamma cã n¨ng l−îng E kh¸c nhau sÏ t¹o thÕ ®Çu ra kh¸c nhau t−¬ng øng. TÝn hiÖu ®−îc khuyÕch ®¹i bëi bé amplifier 2 råi chuyÓn vµo cöa sæ cã ®Þnh cì V t−¬ng øng nhê m¹ch æn ®Þnh (Stabilization) 3. TÝn hiÖu ë c¸c cöa sæ ®−îc ®−a tíi bé m∙ ho¸ truyÒn t¶i (Transmission Encoder) 4 b»ng kü thuËt ®iÒu biÕn tÇn sè, råi ®−a lªn mÆt ®Êt qua ®−êng c¸p 5. Trªn mÆt ®Êt, khèi gi¶i m∙ (Transmission Decoder) 6 t¸ch c¸c tÝn hiÖu theo m∙ riªng cña kªnh t−¬ng øng råi ®−a vµo ng¨n tÝch ph©n cã h»ng sè thêi gian chän tr−íc (4sec) 7. C¸c sè liÖu th« nµy mét mÆt ®−îc ghi l¹i bëi khèi (TTR) 8, mét mÆt ®−îc ®−a vµo khèi tÝnh to¸n (computer) 9 hµm l−îng cña c¸c nguyªn tè K, U, Th vµ GR. C¸c gi¸ trÞ nµy ®−îc ghi trªn b¨ng hoÆc phim ¶nh nhê mét bé ghi (camera) 10. Còng nh− c¸c m¸y mãc thiÕt bÞ ®o §Þa vËt lý h¹t nh©n kh¸c, m¸y ®o NGS còng cÇn ph¶i chuÈn kh¾c ®é. Trong tr−êng hîp nµy, chuÈn m¸y thùc chÊt lµ x¸c ®Þnh c¸c 133
tham sè thµnh phÇn cña ma trËn ®o, chÝnh lµ phÇn ®ãng gãp bøc x¹ gamma cña mçi nguyªn tè trong nhãm K, U vµ Th vµo cöa sæ nµo ®ã trong sè 5 cöa sæ (W1, , W5) ®−îc sö dông. Nh− vËy cã tÊt c¶ 9 hÖ sè mij trong hÖ ph−¬ng tr×nh (5.21) cÇn ®−îc x¸c ®Þnh. §Ó x¸c ®Þnh c¸c hª sè nµy t¹i c¸c trung t©m lín ng−êi ta thùc hiÖn trong c¸c giÕng khoan m« h×nh chøa 3 líp cã hµm l−îng c¸c nguyªn tè U, Th vµ K cho tr−íc. ViÖc chuÈn kh¾c ®é cã thÓ thùc hiÖn t¹i hiÖn tr−êng ë miÖng giÕng khoan tr−íc khi tiÕn hµnh ®o NGS. Khi chuÈn nh− vËy ®−îc thùc hiÖn nhê mét mÉu chuÈn b»ng ®ång vÞ 220Ra ®Ó kiÓm tra sè ®Õm cña mçi cöa sæ. ChiÒu s©u nghiªn cøu cña ph−¬ng ph¸p ®o phæ gamma tù nhiªn phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: n¨ng l−îng cña tia gamma, mËt ®é cña dung dÞch vµ ®−êng kÝnh giÕng khoan. Ngoµi ra nã cßn phô thuéc vµo mËt ®é cña c¸c ®¸ ë thµnh giÕng khoan. N¨ng l−îng Eγ cña tia gamma cµng cao, chiÒu s©u nghiªn cøu cµng s©u trong m«i tr−êng xung quanh giÕng khoan. MËt ®é dung dÞch koan vµ mËt ®é khèi cña ®Êt ®¸ trong m«i tr−êng cµng cao th× cµng h¹n chÕ chiÒu s©u nghiªn cøu cña ph−¬ng ph¸p ®o. Sè ®o cña NGS trªn c¸c cöa sæ chñ yÕu nh¹y víi sù thay ®æi hµm l−îng c¸c ®ång vÞ cña c¸c d∙y U, Th vµ K trong ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan. Tuy vËy, cã nhiÒu tr−êng hîp bÞ ¶nh h−ëng bëi khi gÆp c¸c pic nhiÔu do: HiÖn t−îng x¶y ra c¸c pic l¹ chen vµo lµm h¹n chÕ c¸c pic chÝnh trong c¸c cöa sæ ®o n¨ng l−îng thÊp. Sù xuÊt hiÖn cña hai pic l¹ ®−îc liªn kÕt víi mçi pic n¨ng l−îng cao tõ Th sÏ g©y nhiÔu trong cöa sæ U vµ t−¬ng tù tõ cöa sæ K (C¸c pic “l¹” th−êng lµ cÆp electron vµ pozitron trong tinh thÓ NaI(Tl). 5.3.2.3. Ph¹m vi øng dông - X¸c ®Þnh ®Þa tÇng: Trong trÇm tÝch bèc h¬i, viÖc ph©n chia ®Þa tÇng dùa vµo sù kh¸c nhau gi÷a sÐt vµ muèi. Trong c¸c vØa muèi giµu Kali h¬n lµ trong c¸c líp sÐt. Hµm l−îng Th trong muèi rÊt thÊp gÇn nh− b»ng kh«ng. Cã thÓ ph¸t hiÖn c¸c vØa muèi dùa vµo ®−êng K%. §−êng nµy ph©n dÞ kh¸ tèt trªn ranh giíi c¸c vØa muèi víi ®Êt ®¸ v©y quanh. Trong m«i tr−êng trÇm tÝch lôc nguyªn (c¸t, sÐt), c¸c vØa c¸t s¹ch rÊt nghÌo K, Th vµ U nªn c¸c gi¸ trÞ ®o ë c¶ 4 kªnh ®Òu thÊp. §èi víi c¸c vØa sÐt th× ng−îc l¹i, gi¸ trÞ ®o Th vµ K ®Òu cao. Dùa vµo c¸c sè ®o Th vµ K hay tæng cña chóng (CGR) cã thÓ ®¸nh gi¸ ®é sÐt VSh: Th − Thmin (VSh )Th = ThSh − Thmin K − K min (VSh )K = K Sh − K min CGR − CGRmin (VSh )CGR = CGR Sh − CGRmin 134
- X¸c ®Þnh b¶n chÊt vµ sù hiÖn diÖn cña c¸c nguån g©y dÞ th−êng bøc x¹ gamma trong ®¸ c¸t cã liªn quan ®Õn mét sè ®èi t−îng nh−: feldspat, mica, c¸c kho¸ng vËt nÆng nh−: zircon, allanit, monazit giµu Th vµ U. C¸c phÐp to¸n nµy dùa vµo kü thuËt ®å thÞ trùc giao (Cross-plot) gi÷a c¸c tham sè kh¸c nhau. - Trong m«i tr−êng cacbonat th−êng rÊt nghÌo c¸c ®ång vÞ phãng x¹ vµ kh«ng cã mèi liÖnhÖ chÆt chÏ víi sÐt trong ®¸, cã ch¨ng c−êng ®é bøc x¹ gamma trong ®¸ cacbonat cã liªn quan ®Õn sù cã mÆt cña Urani. Trong ®¸ cacbonat thuÇn trÇm tÝch biÓn kh¬i th× kh«ng cã Thori, bëi v× nã kh«ng hoµ tan. Ngang víi vØa cacbonat s¹ch, c¸c ®−êng Th vµ K gÇn b»ng kh«ng. NÕu ë ®ã, ®−êng U còng thÊp hoÆc b»ng kh«ng th× cacbonat ®ã ®∙ ë m«i tr−êng oxy ho¸. Ngang c¸c vØa ®¸ cacbonat chØ cã dÞ th−êng d−¬ng cao trªn ®−êng U (ppm) khi nã chøa c¸c vËt liÖu h÷u c¬. NÕu sÐt chøa trong c¸c líp ®¸ cacbonat th× lµm cho c¶ 3 ®−êng U, Th vµ K ®Òu cã dÞ th−êng lín. Tr−êng hîp ®¸ cacbonat cã chøa phosphat hay glauconit th× ®−êng U vµ c¶ ®−êng U lÉn K ®Òu cã gi¸ trÞ cao. - Liªn kÕt gi÷a c¸c giÕng khoan: ViÖc liªn kÕt gi÷a c¸c l¸t c¾t gi÷a giÕng khoan th−êng dùa vµo c¸c pic trªn ®−êng Th, chóng th−êng cã liªn quan tíi c¸c líp tro nói löa hoÆc xuÊt hiÖn bentonit trªn diÖn réng. - Ph¸t hiÖn ®íi nøt nÎ: Trong c¸c khe nøt cña ®¸ cacbonat hay ®¸ mãng macma, c¸c nhiÖt dÞch hoÆc n−íc ë c¸c tÇng s©u giµu Urani cã thÓ trµn vµo lµm cho khi ®o phæ ta dÔ dµng ph¸t hiÖn ra chóng. 5.3.3. C¸c ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ 5.3.3.1. C¬ së vËt lý ChiÕu x¹ vµo m«i tr−êng ®Êt ®¸ xung quanh giÕng khoan b»ng mét chïm tia gamma cã n¨ng l−îng kh¸c nhau vµ ®o c¸c tia gamma t¸n x¹ do kÕt qu¶ t−¬ng t¸c cña chóng víi m«i tr−êng (H×nh 5.13) gäi lµ ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ hoÆc gamma- gamma, nghÜa lµ chiÕu x¹ b»ng tia gamma vµ ®o c¸c tia gamma sau khi ®∙ mÊt bít n¨ng l−îng bÞ t¸n x¹ do t−¬ng t¸c víi vËt chÊt trong m«i tr−êng nghiªn cøu. Khi c¸c tia gamma t−¬ng t¸c víi m«i tr−êng ®Êt ®¸ chóng sÏ g©y ba hiÖu øng chÝnh (Xem 5.13): - HÊp thu quang ®iÖn: Tia H×nh 5.13. Nguyªn t¾c ®o gamma t¸n x¹ gamma bÞ hÊp thu hoµn toµn. - T¸n x¹ Compton: Tia gamma mÊt bít n¨ng l−îng, chuyÓn ®éng lÖch h−íng. - T¹o cÆp: Tia gamma va ch¹m h¹t nh©n lµm b¾n ra cÆp ®iÖn tö tr¸i dÊu e+ vµ e-. 135
Trë l¹i víi ph−¬ng tr×nh (5.8) ta cã nhËn xÐt hÖ sè hÊp thô tia gamma cña m«i tr−êng hay hÖ sè t¾t dÇn lµ tæng c¸c hÖ sè t¾t dÇn tuyÕn tÝnh cña c¸c qóa tr×nh hÊp thô quang ®iÖn, t¸n x¹ compton vµ t¹o cÆp. §Ó thuËn tiÖn trong nghiªn cøu m«i tr−êng vËt chÊt ë c¸c tr¹ng th¸i r¾n, ta dïng mét hÖ sè c¬ b¶n h¬n - hÖ sè hÊp thô khèi (µm). HÖ sè hÊp thô khèi lµ tû sè cña hÖ sè t¾t dÇn µ chia cho mËt ®é khèi ρb cña m«i tr−êng (µm = µ/ρb). HÖ sè hÊp thô khèi cu¶ mét chÊt gi¶m khi n¨ng l−îng cña l−îng tö gamma t¨ng. Víi cïng mét møc n¨ng l−îng cña tia tíi, hÖ sè hÊp thô khèi cña c¸c vËt chÊt kh¸c nhau cã gi¸ trÞ gÇn xÊp xØ nhau. §©y lµ ®iÓm rÊt quan träng vµ lµ c¬ së vËt lý cña c¸c phÐp ®o gamma t¸n x¹ trong giÕng khoan. Ph−¬ng tr×nh võa nªu cã thÓ ®−îc viÕt: µ   ( ρb x ) − ρ  Iγ = Ioe b  (5.22) − µm ρb x hay I γ = I o e LÊy logarit (5.22) ta cã: ln I γ = ln I o − µ m ρ b x (5.23) Ta dÔ dµng nhËn thÊy: NÕu c−êng ®é bøc x¹ cña nguån Io vµ hÖ sè µm kh«ng ®æi, kho¶ng c¸ch x tõ nguån ®Õn detector lµ cè ®Þnh th× gi¸ trÞ c−êng ®é phãng x¹ gamma t¸n x¹ Iγ ®o ®−îc sÏ lµ hµm sè chØ phô thuéc vµo mËt ®é khèi ρb cña m«i tr−êng. Tõ ®ã ta cã thÓ t×m ®−îc mét ph−¬ng tr×nh thùc nghiÖm biÓu thÞ mèi liªn hÖ kh¸ chÆt chÏ gi÷a c−êng ®é gamma t¸n x¹ víi mËt ®é khèi ρb cña ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan. Trong tr−êng hîp n¨ng l−îng cña c¸c tia gamma ®ñ lín, hiÖu øng compton sÏ tréi h¬n th× mèi quan hÖ hµm sè Iγ = f(ρb) cµng chÆt chÏ vµ do ®ã ng−êi ta gäi phÐp ®o gamma t¸n x¹ nµy lµ ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é (Formation Density - FDC (Schlumberger); Compensated Density Log- CDL (Halliburton)). Ng−îc l¹i, nÕu dïng nguån phãng x¹ gamma cã n¨ng l−îng thÊp, hiÖu øng hÊp thô quang ®iÖn sÏ chiÕm −u thÕ khi tia gamma t−¬ng t¸c víi m«i tr−êng nghiªn cøu (Xem h×nh 5.4). C−êng ®é gamma ®o ®−îc Iγ sÏ chñ yÕu phô thuéc vµo sè electron trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch m«i tr−êng hay tû lÖ nghÞch víi sè c¸c nguyªn tè nÆng (Bi, W, Pt, Au, Ag, Pb, ) trong m«i tr−êng ®ã. Dùa vµo ®Æc ®iÓm ®ã, ta cã thÓ ph¸t hiÖn ra c¸c ®íi trong l¸t c¾t ch÷a c¸c nguyªn tè nÆng. PhÐp ®o nh− vËy trong giÕng khoan (dïng nguån chiÕu tia gamma n¨ng l−îng thÊp) gäi lµ ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ chän läc. 136
5.3.3.2. S¬ ®å ®o gamma t¸n x¹ trong giÕng khoan H×nh 5.14 lµ s¬ ®å nguyªn t¾c khi thùc hiÖn phÐp ®o gamma t¸n x¹ trong giÕng khoan. Trong s¬ ®å cã c¸c khèi sau: 1- khèi khuyÕch ®¹i, 2- bé läc b»ng d−¬ng b¶n truyÒn x¹, 3- Ng¨n tÝch ph©n, 4- Bé ghi, 5- khèi nguån nu«i, 6- khuyÕch ®¹i s¬ bé, 7- bé cao ¸p, 8- detector, 9- R∙nh cöa sá, 10- mµn ch×, 11- nguån phãng x¹ gamma, 12- c¸p, 13- thanh ®Ì ¸p s−ên. + Nguån phãng x¹ gamma trong c¸c phÐp ®o gamma t¸n x¹ lµ c¸c nguån ho¸ häc: - 60Co: ®ång vÞ ph¸t x¹ 1 - KhuyÕch ®¹i c¸c l−îng tö gamma cã n¨ng 2 - ChuÈn xung l−îng 1,17MeV ®Õn 1,33MeV. 3 - Ng¨n tÝch ph©n 4 - Bé ghi 5 - Nguån nu«i - 137Cs: ®ång vÞ ph¸t x¹ 6 - KhuyÕch ®¹i s¬ bé c¸c l−îng tö gamma cã n¨ng 7 - Bé cao ¸p l−îng kho¶ng 0,622MeV. 8 - Detector 9 - R·nh ®Þnh h−íng 10 - Mµn ch× - 75Se: ®ång vÞ ph¸t x¹ c¸c 11- Nguån phãng x¹ 12 - C¸p l−îng tö gamma cã n¨ng l−îng 13 - Lß so Ðp s−ên trung b×nh kho¶ng 0,268MeV. + Detector th−êng lµ lo¹i nh©n quang ®iÖn dïng tinh thÓ NaI(Tl). H×nh 5.14. S¬ ®å nguyªn t¾c ®o Gamma t¸n x¹ ®Þnh h−íng + M¸y giÕng (Zond) cÊu t¹o ®Æc biÖt nh»m lo¹i bá tèi ®a c¸c ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng xung quanh. - C¸c khèi nguån vµ khèi ®o cña m¸y giÕng ®−îc l¾p ®Æt trong mét èng trô b»ng hîp kim nhÑ cã ®−êng kÝnh nhá h¬n ®−êng kÝnh danh ®Þnh cña giÕng khoan. - ¸p s−ên nhê mét hÖ lß so vµ c¸nh tay g¹t. - Detector vµ nguån phãng x¹ ®−îc ®Æt trong mµn ch× cã c¸c khe r∙nh h−íng tíi thµnh giÕng khoan ë phÝa ¸p s−ên nh»m t¨ng ®é nh¹y cña kÕt qu¶ ®o víi mËt ®é cña ®Êt ®¸ (nÕu lµ ®o t¸n x¹ mËt ®é). - §iÓm ®o ®−îc tÝnh cho ®iÓm O, n»m chÝnh gi÷a nguån vµ detector. - Kho¶ng c¸ch tõ nguån ®Õn detector lµ chiÒu dµi Lγγ cña Zond ®o gamma t¸n x¹. Khi Zond ®o ®Þnh h−íng ®−îc ¸p s−ên ¶nh h−ëng cña dung dÞch khoan vµ líp vá sÐt lªn kÕt qu¶ ®o lµ nhá nhÊt vµ nh− nhau ë mäi ®iÓm ®o trong giÕng khoan. 137
Trong c¸c tr−êng hîp giÕng khoan cã ®−êng kÝnh nhá, Ýt bÞ sËp lë th× kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i sö dông c¸c m¸y giÕng cã ¸p s−ên vµ ®o ®Þnh h−íng. PhÐp ®o h−íng vÒ mäi phÝa nh− nhau. Detector cã thÓ dïng lo¹i èng ®Õm tû lÖ. Mµn ch× lµ dÜa b»ng ch× ®Æt gÇn nguån phãng x¹ h¬n. C¸ch ®o nh− vËy, mäi kÕt qu¶ ghi ®−îc ®Òu mang tÝnh biÓu kiÕn, chØ nªn sö dông trong ph©n tÝch nhanh vµ ph©n tÝch ®Þnh tÝnh. Muèn dïng ph©n tÝch ®Þnh l−îng th× cÇn cã c¸c phÐp hiÖu chØnh t−¬ng øng. Khi thiÕt kÕ m¸y giÕng cho viÖc nghiªn cøu mét ®èi t−îng cô thÓ, c¸c th«ng sè cña m¸y giÕng (chiÒu dµi Lγγ, chiÒu dµy vµ h×nh d¸ng mµn ch¾n, kÝch th−íc vµ h−íng gãc nh×n cña c¸c r∙nh cöa sæ tõ nguån vµ vµo detector, ) cÇn ®−îc lùa chän ®Ó cã kÕt qu¶ ®o tèt nhÊt. Trong c¸c phÐp ®o gamma t¸n x¹ ë giÕng khoan, chiÒu dµi Lγγ cña Zond ®o th−êng ®−îc chän b»ng mét kho¶ng c¸ch ®ñ lín ®Ó tr¸nh vïng “mï”, nghÜa lµ vïng ë ®ã gi¸ trÞ phÐp ®o kh«ng nh¹y víi sù thay ®æi mËt ®é hay hµm l−îng c¸c nguyªn tè nÆng trong m«i tr−êng nghiªn cøu. 5.3.3.3. PhÐp ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é bï (kÐp) C¸c Zond ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é dïng mét detector cã mét sè nh−îc ®iÓm: chÞu ¶nh h−ëng cña vá sÐt, ®é nh½n cña thµnh giÕng khoan, §Ó kh¾c phôc c¸c nh−îc ®iÓm ®ã Vá sÐt ng−êi ta dïng Zond ®o cã hai detector. Mét ë gÇn, mét ë xa h¬n (H×nh 5.15). BiÕn thÓ cña phÐp ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é nh− vËy, Schlumberger gäi lµ ph−¬ng ph¸p gamma §Êt ®¸ (ρb) t¸n x¹ mËt ®é bï (kÐp) (FDC). Vïng nghiªn cøu cña detector xa Vïng nghiªn cøu cña Vá sÐt cã phô detector gÇn gia Barit Nguån H×nh 5.15. S¬ ®å ®o Gamma t¸n x¹ bï Detector gÇn nguån cã chiÒu s©u nghiªn cøu nhá, chñ yÕu ®o phÇn c¸c Vá sÐt kh«ng cã gamma t¸n x¹ trong líp vá sÐt vµ ph¶n ¸nh phô gia Barit møc ®é nh½n cña thµnh giÕng. Gi¸ trÞ ®o tõ detector nµy dïng ®Ó tÝnh hiÖu chØnh ¶nh h−ëng cña vá sÐt. H×nh 5.16 lµ biÓu diÔn giao héi gi÷a hai sè ®Õm cña c¸c detector xa vµ gÇn ®Ó H×nh 5.16.S¬ ®å biÓu diÔn c¸c ¶nh tÝnh l−îng hiÖu chØnh mËt ®é. h−ëng cña vá sÐt (theo Schlumberger) 138
Trªn h×nh vÏ ta thÊy víi mét gi¸ trÞ mËt ®é khèi ρb cho tr−íc, sè ®Õm cña hai detector khi giao héi sÏ r¬i vµo c¸c ®iÓm trªn mét ®−êng cong trung b×nh vµ kh«ng ®æi víi mäi gi¸ trÞ mËt ®é vµ chiÒu dµy cña vá sÐt. Dùa vµo tËp hîp c¸c ®−êng cong trung b×nh nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ hiÖu chØnh ∆ρb. M¸y ghi trªn mÆt ®Êt sÏ tù ®éng ghi gi¸ trÞ ρb vµ ∆ρb cïng chiÒu s©u. Trªn h×nh 5.16 - trôc ®øng lµ gi¸ trÞ sè ®Õm cña detector xa, trôc ngang lµ sè ®Õm cña detector gÇn. C¸c ®iÓm n»m bªn tr¸i ®−êng th¼ng chÐo lµ tr−êng hîp dung dÞch nÆng (cã phô gia barit), bªn ph¶i lµ tr−êng hîp dung dÞch th−êng. KÕt qu¶ ®o tÝnh ρb míi chØ lµ biÓu kiÕn. C¨n cø vµo vÞ trÝ cña ®iÓm giao héi bëi cÆp sè ®Õm tõ c¸c detector xa vµ gÇn ta tÝnh gi¸ trÞ ∆ρb dùa trªn phÐp néi suy theo l−íi c¸c ®−êng cong cã s½n trªn b¶n chuÈn. C¸c phÐp tÝnh nµy ®−îc thùc hiÖn tù ®éng vµ vÏ hai ®−êng cong ρb vµ ∆ρb trªn cïng b¨ng ghi. 5.3.3.4. ChiÒu s©u nghiªn cøu vµ ®é ph©n gi¶i cña c¸c Zond ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é ChiÒu s©u nghiªn cøu cña c¸c thiÕt bÞ ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é phô thuéc vµo mËt ®é khèi cña ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan. MËt ®é cµng cao th× chiÒu s©u nghiªn cøu cña phÐp ®o cµng gi¶m. Trong c¸c thµnh hÖ cã lç rçng vµ thÊm tèt, chiÒu s©u nghiªn cøu cña c¸c thiÕt bÞ hiÖn nay kh«ng qu¸ 6 inch (∼ 15cm), nghÜa lµ trong vïng ®íi ngÊm ë thµnh giÕng. Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i l¸t c¾t cña c¸c thiÕt bÞ ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch tõ nguån ®Õn detector. §èi víi c¸c Zond cã mét detector (FDL), kho¶ng c¸ch nµy lµ 16 inch (0,4m), cßn c¸c Zond cã hai detector (FDC) th× kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c detector lµ 10inch (0,25m). §iÓm ®o cña Zond gamma t¸n x¹ mËt ®é lµ ®iÓm gi÷a nguån vµ detector (cho tr−êng hîp FDL) hoÆc ®iÓm gi÷a hai detector gÇn vµ xa (FDC). 5.3.3.5. ChuÈn kh¾c ®é c¸c m¸y ®o gamma t¸n x¹ C¸c m¸y ®o phãng x¹ h¹t nh©n nãi chung vµ ®o gamma t¸n x¹ nãi riªng ®Òu cÇn ®−îc chuÈn ®Ó ®Þnh gi¸ trÞ cho sè ®o xung/phót hoÆc xung/gi©y, cps theo ®¬n vÞ lç rçng (p.u) hay ®¬n vÞ mËt ®é t−¬ng øng. Cã hai møc chuÈn kh¾c ®é: ChuÈn ®Þnh kú (hay chuÈn ®Çy ®ñ) thùc hiÖn t¹i phßng thÝ nghiÖm cã c¸c m« h×nh chuÈn vµ cña chuÈn tr−íc vµ sau mçi hiÖp ®o t¹i giÕng khoan. ChuÈn kh¾c ®é gåm 3 b−íc sau: - KÕt qu¶ chuÈn lÊy theo sè ®äc khi ®o trong ®¸ v«i s¹ch b∙o hoµ n−íc ngät ®∙ biÕt tr−íc mËt ®é vµ ®é rçng. - LÊy sè ®o chuÈn trong mét khèi nh«m so víi thµnh hÖ ®¸ v«i ë phßng thÝ nghiÖm. 139
- KiÓm tra c¸c sè ®o chuÈn t¹i hiÖn tr−êng cña mét Zond ®o so víi sè ®o cïng b»ng chÝnh Zond ®ã trong khèi nh«m. ViÖc kiÓm tra nh− vËy ®−îc tiÕn hµnh tr−íc vµ sau mçi hiÖp ®o. C¸c m¸y ®o bï kÐp cã hai detector. ViÖc kiÓm tra thùc hiÖn b»ng c¸ch lÊy tû sè gi÷a sè ®Õm cña c¸c detector gÇn vµ xa. Trong cïng mét ®iÒu kiÖn m«i tr−êng, tû sè nµy tr−íc vµ sau khi ®o ph¶i kh«ng ®æi hoÆc thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ. Mçi c«ng ty dÞch vô ®Òu cã c¸ch x©y dùng b¶n chuÈn riªng ®Ó quy ®æi tõ sè ®o tèc ®é ®Õm ra ®¬n vÞ rçng hoÆc ®¬n vÞ mËt ®é. ViÖc tÝnh to¸n vµ biÓu diÔn kÕt qu¶ ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é th−êng ®−îc tiÕn hµnh tù ®éng. C¸c sè ®Õm xung/phót hoÆc xung/gi©y dùa theo c¸c tham sè chuÈn m¸y mµ chuyÓn ®æi sang gi¸ trÞ mËt ®é ρ(g/cm3) hoÆc φD(%) vµ vÏ thµnh ®−êng cong liªn tôc theo chiÒu s©u giÕng khoan. Bªn c¹nh ®−êng ghi ρ(g/cm3), c¸c biÓu ®å ®o bï gamma t¸n x¹ mËt ®é bao giê còng cã biÓu ®å ghi gi¸ trÞ hiÖu chØnh ∆ρ. §−êng biÓu diÔn nµy thÓ hiÖn sù thay ®æi chiÒu dµy vµ thµnh phÇn cña líp vá sÐt vµ ®é nh½n cña thµnh giÕng khoan. Tr−êng hîp ®o gamma t¸n x¹ b»ng Zond ®o cã mét detector th× gi¸ trÞ biÓu diÔn lµ xung/phót hay xung/gi©y. BiÓu ®å ®o nh− vËy chØ cã gi¸ trÞ ®Þnh tÝnh h¬n lµ ®Þnh l−îng. §i kÌm c¸c ®−êng cong ρ(g/cm3), H×nh 5.17. VÝ dô cña phÐp ®o Gamma t¸n x¹ ∆ρ(g/cm3), φD(%) th−êng cã c¸c mËt ®é cã hiÖu chØnh tù ®éng ®−êng GR vµ CAL (®−êng kÝnh giÕng) (H×nh 5.17). 5.3.3.5. Ph¹m vi øng dông cña ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é C¸c ph−¬ng ph¸p FDC vµ FDL ®−îc sö dông réng r∙i ®Ó nghiªn cøu c¸c giÕng khoan th¨m dß dÇu khÝ , than vµ quÆng kh¸c nhau. 140
øng dông quan träng nhÊt cña ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é lµ x¸c ®Þnh ®é rçng cña ®¸ chøa bëi tham sè nµy cã liªn hÖ chÆt chÏ víi mËt ®é khèi vµ mËt ®é electron. Trong m«i tr−êng cã lç rçng, mËt ®é khèi ρb cã quan hÖ víi thµnh phÇn kho¸ng vËt t¹o ®¸ theo hiÖu øng céng: ρ b = Φρ f + (1 − Φ )ρ ma (5.24) ρ f = S hr ρ h + S xo ρ mf Trong ®ã: n ρ ma = ∑ Vn ρ ma n 1 S hr + S xo = 1 n Φ + ∑ Vn = 1 1 Víi ρf, ρma, ρmf lÇn l−ît lµ mËt ®é cña chÊt l−u, khung ®¸ vµ dung dÞch filtrat. Sxo, Shr lÇn l−ît lµ ®é b∙o hoµ cña n−íc vµ dÇu sãt trong ®íi röa. Vn vµ ρ ma lµ tû phÇn thÓ tÝch vµ mËt ®é cña kho¸ng vËt thø n trong ®¸. n Tõ c«ng thøc (5.24) ta cã: ρ ma − ρ b Φ= (5.25) ρ ma − ρ mf §é rçng tÝnh theo c«ng thøc (5.25) lµ ®é rçng tÝnh theo ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é vµ ký hiÖu lµ ΦD. Trong ®¸ c¸t kÕt chøa hµm l−îng sÐt VSh < 0,3 ta cã thÓ tÝnh quan hÖ gi÷a ΦD víi ®é rçng hiÖu dông Φef nh− sau: Φ D = Φ ef + (1 − Φ − VSh )Φ ma + VSh Φ DSh (5.26) Nh−ng v× Φma rÊt nhá vµ lÊy b»ng kh«ng (Φma = 0) vµ ta cã thÓ viÕt (5.26) ®¬n gi¶n h¬n vµ chuyÓn vÕ: Φ ef = Φ D − VSh Φ DSh (5.27) Trong ®ã, ΦDSh lµ ®é rçng cña sÐt ®o ®−îc ë vØa thuÇn sÐt bªn c¹nh, th−êng gi¸ trÞ nµy kho¶ng 0,12 (®¬n vÞ ®¸ v«i). Tû phÇn thÓ tÝch cña sÐt trong ®¸ cã thÓ tÝnh theo GR hoÆc SP. 141
VÝ dô: Theo biÓu ®å ngang vØa nghiªn cøu ΦD=0,22, tÝnh theo GR, VSh = 0,20. Thay vµo (5.27) ta cã Φef: Φef = 0,22 - 0,12 x 0.20 = 0,196 = 19,6%. Gi¸ trÞ ΦD tÝnh ®−îc tõ ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é ®−îc sö dông ®Ó ph©n chia l¸t c¾t th¹ch häc, liªn kÕt chóng theo tuyÕn c¸c giÕng khoan. Ngoµi ra, gi¸ trÞ ΦD cßn ®−îc sö dông ®Ó bæ trî n©ng cao ®é chÝnh x¸c khi ph©n tÝch tµi liÖu träng lùc vµ ®Þa chÊn ®Þa tÇng. Trong c¸c giÕng khoan th¨m dß than vµ c¸c lo¹i quÆng ®a kim, ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é ®−îc sö dông ®Ó gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô sau: - X¸c ®Þnh c¸c ®íi quÆng ho¸. - TÝnh hµm l−îng c¸c nguyªn tè nÆng trong ®¸. - X¸c ®Þnh chÝnh x¸c chiÒu dµy c¸c vØa than. Khi tæ hîp cïng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c, ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é cã thÓ gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô sau trong kü thuËt khoan: - X¸c ®Þnh møc xim¨ng vµ ®é æn ®Þnh chÊt l−îng cña xim¨ng. - X¸c ®Þnh vÞ trÝ ranh giíi tiÕp xóc cña hai chÊt l−u cã tû träng kh¸c nhau. - X¸c ®Þnh ®Çu nèi èng chèng vµ vÞ trÝ èng chèng bÞ ¨n mßn. Sö dông ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ chän läc song song víi ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é cã thÓ nhËn ®−îc c¸c th«ng tin bæ Ých khi nghiªn cøu c¸c giÕng khoan th¨m dß c¸c lo¹i quÆng s¾t, mangan, ®ång, niken, coban, wolfram, moliblen vµ polimetal. 5.3.4. Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma Trong kü thuËt khoan khai th¸c dÇu khÝ, t×m kiÕm n−íc d−íi ®Êt hay kiÓm tra chÊt l−îng c¸c c«ng tr×nh thuû c«ng, cã lóc ng−êi ta sö dông mét ph−¬ng ph¸p dùa trªn c¬ së ®−a vµo m«i tr−êng nghiªn cøu mét l−îng c¸c ®ång vÞ phãng x¹ ng¾n ngµy råi ®o bøc x¹ gamma do chóng b¾n ra. Ph−¬ng ph¸p ®ã ®−îc gäi lµ ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ hay ph−¬ng ph¸p nguyªn tö ®¸nh dÊu. Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ ®−îc thùc hiÖn theo tr×nh tù sau: - §o gamma tù nhiªn trong giÕng khoan vµ ®¸nh sè lµ ®−êng GR1. - Th¶ vµo giÕng mét dung m«i cã ho¹t tÝnh phãng x¹ cao (dung dÞch, v÷a xim¨ng, n−íc) hoÆc chÊt bét (c¸t, bét). - Röa giÕng mét c¸ch thËn träng b»ng mét dung dÞch kh«ng cã ho¹t tÝnh phãng x¹ hay n−íc l∙. 142
- §o ®−êng cong gamma thø hai vµ ®¸nh sè GR2. So s¸nh hai ®−êng GR1 vµ GR2 ta sÏ ph¸t hiÖn ®−îc c¸c ®o¹n giÕng cã b¸m c¸c ®ång vÞ phãng x¹ liªn quan ®Õn c¸c ®èi t−îng cÇn nghiªn cøu trong ®Þa chÊt hay trong kü thuËt. C¸c ®ång vÞ sö dông ®Ó ®−a vµo giÕng khoan khi thùc hiÖn ph−¬ng ph¸p nguyªn tö ®¸nh dÊu ®Òu ph¶i tu©n theo mét quy ®Þnh chÆt chÏ, b¶o ®¶m an toµn cho ng−êi vµ m«i tr−êng. Th−êng ng−êi ta sö dông c¸c ®ång vÞ cã chu kú b¸n r∙ ng¾n, n¨ng l−îng trung b×nh cña c¸c tia gamma do chóng b¾n ra lµ thÊp vµ kh¸c biÖt víi n¨ng l−îng cña c¸c ®ång vÞ gÆp trong l¸t c¾t ®Þa chÊt cña giÕng khoan. Khi pha trén vµ th¶ ®ång vÞ ®¸nh dÊu kh«ng ®−îc v−¬ng v∙i ra sµn khoan vµ m«i tr−êng xung quanh. Khi chän ®ång vÞ ®Ó pha trén dung dÞch ho¹t tÝnh cÇn ph¶i tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng hÊp thô chóng cña c¸c ®Êt ®¸, èng chèng còng nh− vá m¸y giÕng. Mét sè ®ång vÞ cã ph¸t x¹ gamma sau ®©y hay ®−îc dïng ®Ó ®iÒu chÕ dung dÞch ho¹t tÝnh th¶ vµo giÕng khoan: 131I (T=8,05 ngµy); 59Fe (T=45,1 ngµy); 65Zn (T=250 ngµy); 95Zr (T=65 ngµy); 60Co (T=5,2 n¨m); 110Ag (T=270 ngµy). C¸c ®ång vÞ nµy ®−îc pha trén trong dung dÞch ë nång ®é nhÊt ®Þnh. Tr¸nh nång ®é cao, nh−ng ph¶i b¶o ®¶m c−êng ®é bøc x¹ gamma cña dung dÞch ho¹t tÝnh lín h¬n ph«ng tõ 10- 20 lÇn. LiÒu l−îng c¸c ®ång vÞ trong ®iÒu chÕ dung dÞch ho¹t tÝnh ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Vd * C d V= (5.28) C Trong ®ã: V: ThÓ tÝch dung dÞch ho¹t tÝnh (cm3). Vd: ThÓ tÝch dung dÞch nång ®é thÊp cÇn cã (m3). C: Nång ®é thùc c¸c ®ång vÞ trong dung dÞch ho¹t tÝnh (mCi/cm3). Cd: Nång ®é thùc cña dung dÞch ®iÒu chÕ (mCi/m3). Nång ®é cña c¸c dung dÞch th−êng dïng thay ®æi trong kho¶ng 0,5 ®Õn 5mCi/m3. M¸y mãc thiÕt bÞ ®o theo ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma hÖt nh− cña m¸y mãc thiÕt bÞ ®o gamma tù nhiªn GR. Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma ®−îc dïng ®Ó gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô kh¸c nhau trong c¸c giÕng khoan trÇn hoÆc cã èng chèng. 143
- §èi víi c¸c giÕng khoan trÇn, ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc dïng ®Ó gi¶i quyÕt hai nhiÖm vô hay gÆp: + X¸c ®Þnh ®íi mÊt dung dÞch khoan. + Nghiªn cøu ®Æc ®iÓm thÊm chøa cña ®¸ colector trong l¸t c¾t. Khi gi¶i quyÕt hai nhiÖm vô nªu trªn, ta cã thÓ ®−a chÊt l−u phãng x¹ vµo giÕng khoan ngay sau khi khoan hoÆc cã thÓ khoan giÕng b»ng dung dÞch khoan cã trén ®ång vÞ phãng x¹. Trong tr−êng hîp thø nhÊt: D−íi t¸c dông cña ¸p lùc cét n−íc, c¸c chÊt phãng x¹ theo filtrat sÏ thÊm vµo lç rçng cña c¸c líp ®¸ cã ®é rçng vµ ®é thÊm tèt. Líp ®¸ cã ®é rçng vµ ®é thÊm cµng cao th× c¸c ®ång vÞ phãng x¹ b¸m trªn thµnh giÕng cµng nhiÒu, chiÒu dµy líp vá sÐt cµng lín vµ sÏ t¹o nªn dÞ th−êng phãng x¹ khi ®o GR2. Tuy nhiªn, cÇn l−u ý r»ng cã tr−êng hîp líp vá sÐt ®−îc h×nh thµnh tr−íc cã chiÒu dµy lín vµ b¸m bÒn v÷ng nªn khi röa ®Ó thay dung dÞch, vá sÐt vÉn tån t¹i vµ ng¨n kh«ng cho dung dÞch ho¹t tÝnh thÊm vµo thµnh giÕng. Khi ®ã chÝnh n¬i cã gi¸ trÞ GR2 nhá l¹i lµ n¬i ®Êt ®¸ cã ®é rçng vµ thÊm tèt. Trong tr−êng hîp thø hai: Khoan giÕng b»ng dung dÞch cã trén ®ång vÞ phãng x¹. Qu¸ tr×nh h×nh thµnh líp vá sÐt trªn thµnh giÕng sÏ mang theo c¸c ®ång vÞ b¸m trªn thµnh giÕng. L−îng c¸c ®ång vÞ phãng x¹ trong vá sÐt tû lÖ víi chiÒu dµy vá sÐt nªn chØ thÞ GR1 ®∙ cho phÐp x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ cña c¸c vØa rçng vµ thÊm trong l¸t c¾t. Tuy nhiªn, b»ng c¸ch nµy sÏ ph¶i tiªu hao mét l−îng lín c¸c ®ång vÞ phãng x¹ ®Ó trén trong dung dÞch khoan. C«ng thøc tÝnh hµm l−îng ®ång vÞ phãng x¹ trong pha chÕ dung dÞch khoan nh− sau: ∆qγ q = 10.a. (5.29) Φ Trong ®ã: a lµ hÖ sè tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng hÊp thô cña c¸c ®ång vÞ vµ ®Èy chóng, thay ®æi tõ 2 ®Õn 5. ∆qγ thay ®æi lín nhÊt hµm l−îng c¸c nguyªn tè ®ång vÞ phãng x¹ trong c¸c ®¸ cña l¸t c¾t giÕng khoan. Φ lµ gi¸ trÞ ®é rçng trung b×nh cña ®¸ colector. Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma tiÕn hµnh thËt ®¬n gi¶n nh−ng l¹i cã ph¹m vi øng dông rÊt réng r∙i: - KiÓm tra ®é kÝn cña èng chèng. - Ph¸t hiÖn c¸c ®iÓm hë bªn ngoµi èng chèng. - X¸c ®Þnh møc ®é liªn th«ng ë ®o¹n ®ôc (®ét) thµnh giÕng. 144
- Ph¸t hiÖn vÞ trÝ b¾n më vØa ngoµi èng chèng. - KiÓm tra ®é kÝn cña paker. - KiÓm tra chiÒu cao cét xim¨ng (møc d©ng xim¨ng). - KiÓm tra ®é g¾n kÕt xim¨ng ë ¸p suÊt cao. - KiÓm tra khuyÕt tËt cña cÇu xim¨ng. - X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng tiÕp nhËn chÊt l−u cña c¸c vØa. - KiÓm tra b¬m Ðp n−íc vµ khÝ vµo vØa. - X¸c ®Þnh ®é chøa cña vØa b»ng dÇu hay n−íc ®¸nh dÊu trªn c¬ së ®é thÊm pha. - KiÓm tra, ®¸nh gi¸ c¸c khe nøt thuû lùc. - v. v 5.3.5. C¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron Nhãm c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron bao gåm c¸c biÕn thÓ kh¸c nhau, chóng ®Òu cã c¬ së chung lµ dïng nguån b¾n ph¸ m«i tr−êng nghiªn cøu b»ng mét chïm c¸c n¬tron nhanh vµ ®o ghi c¸c hiÖu øng do kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c gi÷a c¸c n¬tron víi m«i tr−êng vËt chÊt. 5.3.5.1. Ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma a) C¬ së vËt lý: B¾n ph¸ ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan b»ng c¸c h¹t n¬tron vµ ®o c−êng ®é bøc x¹ gamma ph¸t x¹ tõ mét sè nguyªn tè nhÊt ®Þnh trong ®¸ do kÕt qu¶ b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt lµ nguyªn t¾c chung cña ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma (H×nh 5.18). C¸c n¬tron nhanh b¾n ra tõ nguån S, va ch¹m víi c¸c h¹t nh©n trong m«i tr−êng c¸c n¬tron bÞ mÊt dÇn n¨ng l−îng vµ trë thµnh n¬tron nhiÖt. Qu¸ tr×nh lµm chËm c¸c n¬tron nhanh ®Ó biÕn thµnh n¬tron nhiÖt cµng mau chãng khi trong m«i tr−êng nghiªn cøu cã nhiÒu h¹t nh©n nhÑ. ë møc n¨ng l−îng thÊp, n¬tron nhiÖt rÊt dÔ bÞ mét sè h¹t nh©n trong m«i tr−êng b¾t gi÷. X¸c suÊt ®Ó c¸c n¬tron nhiÖt bÞ b¾t gi÷ phô thuéc vµo tiÕt diÖn b¾t gi÷ hiÖu dông ®èi víi n¬tron nhiÖt cña c¸c nguyªn tö cã trong m«i tr−êng. Sau khi b¾t gi÷ n¬tron, h¹t nh©n r¬i vµo tr¹ng th¸i kÝch thÝch vµ chóng th−êng tho¸t khái tr¹ng th¸i nµy theo c¸ch ph¸t x¹ n¨ng l−îng d−íi d¹ng mét l−îng tö gamma. C¸c l−îng tö nµy cßn ®−îc gäi lµ gamma chiÕm gi÷ ®Ó ph©n biÖt víi c¸c Gamma Ray tù nhiªn. Mét ph¶n øng ®iÓn h×nh cña qu¸ tr×nh b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt lµ sù b¾t gi÷ cña h¹t nh©n hydro: H + 0 n1 → 1 H + γ 1 2 (5.30) 1 L−îng tö gamma sinh ra trong ph¶n øng (5.30) cã phæ n¨ng l−îng 2,23MeV. 145
b) S¬ ®å nguyªn t¾c: H×nh 5.18 lµ s¬ ®å ®o theo ph−¬ng 3 2 ph¸p n¬tron - gamma chiÕm gi÷. Trong m¸y giÕng (1) gåm cã nguån S ph¸t x¹ ra c¸c n¬tron vµ detector D ®Ó ®Õm c¸c l−îng tö gamma chiÕm gi÷. Gi÷a nguån S vµ detector D cã mµn ch× (4) ®Ó ng¨n c¸c tia gamma kh«ng ®i th¼ng tõ nguån ®Õn detector. TÝn hiÖu tõ m¸y giÕng ®i theo c¸p lªn mÆt ®Êt qua c¸c ng¨n ®iÒu chÕ tÝn hiÖu (2) sau ®ã ®−a lªn bé ghi (3). D C−êng ®é phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ 1 Ln γ phô thuéc vµo hµm l−îng nguyªn tè hydro trong m«i tr−êng nghiªn cøu. Trong tù nhiªn, 4 nguyªn tè nµy cã trong pha láng (dÇu, n−íc) vµ pha khÝ cña ®¸. C¸c l−u chÊt nµy b∙o hoµ S lÊp kÝn trong lç rçng cña ®¸, do ®ã c−êng ®é gamma chiÕm gi÷ ®o ®−îc sÏ cã quan hÖ chÆt H×nh 5.18. S¬ ®å nguyªn t¾c cña chÏ víi ®é lç rçng Φ cña thµnh hÖ ®¸ chøa. phÐp ®o N¬tron - Gamma. Hµm l−îng hydro trong dÇu vµ n−íc ®−îc coi lµ xÊp xØ b»ng nhau. Trong khi ®ã hµm l−îng cña nguyªn tè nµy trong pha khÝ th× Ýt h¬n h¼n. Dùa vµo thùc tÕ ®ã ng−êi ta cã thÓ ph©n biÖt ®−îc chÊt l−u b∙o hoµ trong ®¸ chøa lµ dÇu n−íc hay khÝ. MËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt hay còng lµ c−êng ®é phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ cßn phô A B C thuéc vµo kho¶ng c¸ch tõ nguån S ®Õn detector MËt ®é n¬tron nhiÖt D hay còng lµ chiÒu dµi cña thiÕt bÞ ®o (Lnγ). H×nh 5.19 biÓu diÔn sù thay ®æi mËt ®é cña c¸c n¬tron nhiÖt theo kÝch th−íc Lnγ trong c¸c m«i tr−êng ®¸ chøa cã hµm l−îng hydro kh¸c nhau (chØ sè ®−êng cong). Theo kho¶ng c¸ch, tõ gÇn ®Õn xa nguån S chia lµm 3 vïng lÇn l−ît lµ A, B vµ C víi tªn gäi: Vïng gÇn A, vïng mï B vµ vïng xa C. Trong vïng gÇn, mËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt tû lÖ thuËn víi hµm l−îng hydro trong m«i tr−êng. ë vïng xa, quan hÖ nµy ng−îc l¹i - tû lÖ nghÞch víi hµm l−îng hydro. Kho¶ng c¸ch Lnγ H×nh 5.19. MËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt Trong vïng mï, c¸c ®−êng biÓu diÔn cña nguån Ra - Be ph©n bè mËt ®é n¬tron nhiÖt c¾t chÐo nhau, cã nghÜa lµ ë ®ã mËt ®é n¬tron kh«ng “nh¹y” víi hµm l−îng hydro. 146
§Æc ®iÓm võa nªu nãi lªn r»ng ®Ó gi¸ trÞ ®o c−êng ®é gamma chiÕm gi÷ ph©n dÞ theo hµm l−îng hydro trong m«i tr−êng nghiªn cøu th× ta ph¶i chän kho¶ng c¸ch tõ nguån ®Õn detector r¬i vµo cïng gÇn vµ vïng xa, tr¸nh vïng mï. Trong §Þa vËt lý giÕng khoan nh»m h¹n chÕ ¶nh h−ëng cña giÕng khoan vµ phÐp ®o cã ®é nh¹y cao ng−êi ta th−êng chän kÝch th−íc Zond ®o - kho¶ng c¸ch Lnγ r¬i vµo vïng xa (C). Th−êng kho¶ng c¸ch ®ã Lnγ ≥ 0,4m. Víi kÝch th−íc Zond ®o nh− vËy, c−êng ®é phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ tû lÖ nghÞch víi tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« cña m«i tr−êng ®èi víi c¸c n¬tron nhiÖt. C¸c ®¸ chøa n−íc cã ®é kho¸ng ho¸ cao (NaCl, KCl, ) vµ ®Æc biÖt lµ c¸c diapia muèi cã tÇm quan träng trong viÖc b¾t gi÷ n¬tron (víi ph¶n øng n, γ). ë c¸c líp ®ã tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« t¨ng lªn do cã mÆt nguyªn tè Clore ®èi víi n¬tron nhiÖt (σCl = 33 bar). Ngoµi ra, n¬tron cßn cã thÓ bÞ b¾t gi÷ bëi sù cã mÆt cña c¸c nguyªn tè bor, liti, cadmi, cobalt, mangan, vanadi, trong ®¸. Khi cã mÆt bor vµ liti trong ®¸ th× ph¶n øng b¾t gi÷ theo kiÓu (n, α): B + 0 n1 → 3 Li + 2 He(α ) 10 7 4 5 Li + 0 n1 →1 H + 2 He(α ) 6 3 4 3 Nh÷ng ph¶n øng lo¹i nµy (n, α) sÏ lµm gi¶m c−êng ®é phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ tõ ph¶n øng (n, γ). C¸c l−îng tö gamma sinh ra do chiÕm gi÷ n¬tron nhiÖt cã c¸c n¨ng l−îng kh¸c nhau. PhÇn lín c¸c nguyªn tè khi b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt th× ph¸t ra l−îng tö gamma cã n¨ng l−îng thay ®æi trong ph¹m vi réng tõ vµi phÇn m−êi ®Õn mét vµi MeV, chØ riªng h¹t nh©n hydro khi chiÕm gi÷ n¬tron nhiÖt th× ph¸t ra l−îng tö gamma cã n¨ng l−îng 2,23 MeV vµ ®©y lµ phæ n¨ng l−îng ®Æc tr−ng cña h¹t nh©n hydro khi chiÕm gi÷ n¬tron nhiÖt. c) Nguån ph¸t x¹ n¬tron: Trong thùc tÕ s¶n xuÊt ng−êi ta cã thÓ dïng mét trong hai lo¹i nguån ph¸t n¬tron: - Nguån ®ång vÞ. - M¸y ph¸t n¬tron. C¸c nguån ®ång vÞ ph¸t x¹ n¬tron phæ biÕn lµ dïng c¸c ®ång vÞ Ra, Po, Pu hoÆc Am ë d¹ng bét trén lÉn víi bét Be. C¸c ®ång vÞ Ra, Po, Pu vµ Am ph©n r∙ b¾n ra tia α (2H4). C¸c h¹t α nµy b¾n vµo c¸c h¹t nh©n Be g©y ph¶n øng h¹t nh©n. Be+ 2 He→12 C + 0 n1 + γ 9 4 (5.31) 4 6 C¸c n¬tron sinh ra tõ ph¶n øng (5.31) cã n¨ng l−îng tõ 1 MeV ®Õn 13 MeV trong ®ã tËp trung nhÊt lµ c¸c n¬tron cã n¨ng l−îng trong kho¶ng 3,2 - 5.0 MeV. 147
Nguån Ra - Be cã −u ®iÓm lµ luång n¬tron æn ®Þnh v× chu kú b¸n r∙ cña Radi lµ 1620 n¨m nh−ng còng cã nh−îc ®iÓm lµ cã ph«ng phãng x¹ gamma lín, kh«ng lîi cho phÐp ®o n¬tron - gamma. Nguån Po - Be ph¸t ra c¸c n¬tron víi ph«ng gamma kh«ng ®¸ng kÓ nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ chu kú b¸n r∙ ng¾n (TPo = 140 ngµy) nªn nguån cÇn ®−îc chuÈn l¹i thoe ®Þnh kú. Nguån Pu - Be vµ Am - Be ph¸t luång n¬tron kÌm víi ph«ng gamma thÊp, cã chu kú b¸n r∙ dµi (TPu = 24300 n¨m vµ TAm = 458 n¨m) lµ nguån lý t−ëng sö dông trong §Þa vËt lý giÕng khoan. C¸c nguån nµy ph¸t luång n¬tron kh¸ æn ®Þnh. Nguån Californium (252Cf) lµ nguån ®ång vÞ ®−îc dïng phæ biÕn hiÖn nay c¶ trong thùc nghiÖm ë phßng thÝ nghiÖm lÉn trong ®o giÕng khoan. §ång vÞ 252Cf tù ph©n r∙ ph¸t ra n¬tron gÇn ®¬n n¨ng vµ víi luång n¬tron lín h¬n c¸c nguån kh¸c (1 Curie chÊt Cf sÏ ph¸t ra luång 4,4.10-9 n¬tron/s). Nguån nµy cã −u ®iÓm lµ kÝch th−íc rÊt bÐ (gÇn nh− nguån ®iÓm), ph¸t luång n¬tron æn ®Þnh. Trong khi ®o kÝch ho¹t phãng x¹ ng−êi ta hay dïng nguån Californium v× nã cã luång ph¸t n¬tron gÇn nh− kh«ng ®æi. Chu kú b¸n r∙ cña ®ång vÞ Cf t−¬ng ®èi ng¾n (TCf = 265 n¨m) so víi c¸c nguån kh¸c Am-Be, Pu-Be lµ c¸c nguån ®−îc dïng trong c¸c phÐp ®o n¬tron b×nh th−êng. C¸c n¬tron ph¸t ra tõ nguån Cf cã n¨ng l−îng t−¬ng ®èi thÊp (En = 2,3MeV) nh−ng gÇn ®¬n n¨ng. Khi thùc hiÖn ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma th−êng dÔ bÞ ¶nh h−ëng cña c−êng ®é bøc x¹ gamma tù nhiªn (GR). §Ó tr¸nh ¶nh h−ëng ®ã, ng−êi ta th−êng chän c¸ch dïng nguån n¬tron cã c«ng suÊt lín ®Ó tr−êng phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ lín gÊp hµng chôc lÇn tr−êng GR. NÕu chiÒu dµi Lnγ = 50 cm th× dïng nguån 2-4Ci M¸y ph¸t n¬tron: M¸y ph¸t n¬tron dïng trong §Þa vËt lý giÕng khoan lµ mét èng gia tèc h¹t kiÓu Van de Graff cã kÝch th−íc nhá, ph¸t ra c¸c n¬tron nhê ph¶n øng 2 3 h¹t nh©n gi÷a c¸c ®ång vÞ hydro nÆng deuterium ( 1 H ) vµ tritium (1 H ) H + 1 H → 2 He + 0 n1 3 2 4 (5.32) 1 Trong ph¶n øng nµy t¹o ra mét nguyªn tö Helium (h¹t α) vµ mét n¬tron ®¬n n¨ng cã n¨ng l−îng lín (14 ®Õn 15 MeV). S¬ ®å nguyªn t¾c cña mét m¸y ph¸t n¬tron ®−îc tr×nh bµy trong h×nh 5.20 Trong èng gia tèc b»ng thuû tinh (1) chøa nguån deuteri (2) (Sîi d©y tãc b»ng Titan cã tÈm deuteri). Khi sîi Titan bÞ ®èt nãng trong èng chøa deuteri d−íi ¸p suÊt 10-2 ®Õn 10-3 atm, catot cña ®Ìn (3) b¾n ra c¸c electron. C¸c ®iÖn tö nµy chuyÓn ®éng ch¹m vµo thµnh èng (4) tÝch ®iÖn d−¬ng, trªn ®−êng di chuyÓn chóng lµm ion ho¸ c¸c nguyªn tè deuteri. C¸c ion nµy ®−îc gia tèc lªn nhê cã èng d©y (7) - cÊu t¹o bëi c¸c vßng quÊn vµ cã tõ tÝnh kh«ng ®æi. Trªn ®−êng ®i, c¸c ion ®−îc héi tô l¹i bëi 148