Нейтронно-активационный каротаж

Нейтронно-активационный каротаж (НАК) основан на измерении активности искусственных радиоактивных изотопов, образующихся в горных породах при облучении их тепловыми и быстрыми нейтронами.

Большинство химических элементов при облучении нейтронами образует искусственные радиоактивные изотопы. Ядра атомов этих изотопов могут испускать α-частицы, протоны и                    γ-кванты. Вероятность ядерной реакции, приводящей к образованию радиоактивных ядер, определяется сечением активации . Повышенными сечениями активации посредством тепловых нейтронов отличаются такие элементы, как Na, А1, Р, С1, Са, Sс, V, Мn, Со, Си, Аg и др. Повышенными сечениями активации посредством быстрых нейтронов обладают F, О, А1, Si, Fе и некоторые другие элементы.

В каротаже используются те реакции активации, которые приводят к образованию радионуклидов, дающих γ-излучение. На практике для возбуждения этого излучения в скважину помещают стационарный источник нейтронов и облучают им горную породу, предварительно измерив в этой точке естественную                 γ-активность. Время облучения должно быть соизмеримо с периодом полураспада исследуемого искусственного радионуклида, чтобы он успел накопиться в достаточном количестве. Затем на место источника нейтронов помещают детектор γ-квантов и измеряют наведенную активность. Наведенная активность пропорциональна числу ядер активируемого элемента в породе и спадает с течением времени, как и радиоактивность естественных элементов, по экспоненте. Поскольку одновременно с исследуемым элементом активируются и другие элементы, входящие в состав горной породы, то для выделения излучения исследуемого элемента используют временную (по периоду полураспада) или энергетическую селекцию.

При временной селекции регистрируют изменения наведенной активности  во времени и строят кривую зависимости         ln  = f (t), предварительно вычтя из измеренных значений интенсивность естественного γ-излучения. По этой кривой рассчитывают период полураспада исследуемого изотопа.

При энергетической селекции используют γ-спектро-метрическую аппаратуру, которую настраивают на энергию              γ-излучения соответствующего изотопа.

НАК применяют, главным образом, на рудных месторождениях для определения содержаний Сu, Мn, Аl, Si, F.

На месторождениях нефти НАК может использоваться для картирования ВНК по наведенной активности хлора и натрия:

С1³⁷(n, γ)С1³⁸ (Т _1/2 =37 мин.,  = 2,15 и 1,6 МэВ)

Na²³(n, γ)Nа²⁴ (Т _1/2 =15 ч,  = 2,15 и 1,37 МэВ).

При Т _1/2 ≤ 3 мин. активационный каротаж возможен в непрерывном варианте, при этом источник нейтронов движется впереди детектора и активирует породу. Скорость каротажа должна быть такой, чтобы время прохождения интервала, равного длине зонда, примерно соответствовало периоду полураспада изучаемого радионуклида.