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Vorrichtung zur Untersuchung von durch ein Bohrloch durchteuften Erdformationen
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Bohrlochuntersuchung und richtet sich ganz besonders auf einen verbesserten Neutronenerzeuger, der insbesondere zur Durchquerung eines eng begrenzten Bohr- loches oder -schachtes geeignet ist. Die Vorrichtung kann aber auch andern Zwecken dienen. Da ein
Neutronenerzeuger gemäss der Erfindung besonders für die Bohrlochuntersuchung geeignet ist, soll er in dieser Verbindung beschrieben werden.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen Generator für Neutronen von hoher Energie bei Neutronen- Gammastrahl- oder bei Neutronen-Neutronen-Untersuchungen zu verwenden. Im Gegensatz zu einer
Radium-Beryllium-Quelle, die gewöhnlich für solche Untersuchungen verwendet wird, kann ein Neutronen- erzeuger einen vernachlässigbaren Betrag von Strahlungen anderer als der gewünschten Neutronen auf- weisen, ferner eine höhere und steuerbare Neutronenausbeute sowie Neutronen von höherer Energie als früher bieten. Auch kann er monoenergetische Neutronen erzeugen, und es ist möglich, die Steuerung des Generators so einzurichten, dass der Generator ausser Tätigkeit gesetzt ist, bevor er aus dem Bohrloch gezogen wird.
Die ersten fünf obiger Eigenschaften sind zur Erzielung umfangreicherer Untersuchungs- ergebnisse wichtig, während die letzte dazu dient, um die Gesundheitsstörungen für das arbeitende
Personal zu verringern.
Die USA-Patentschrift Nr. 2, 689, 918 und die beiden brit. Patentschriften Nr. 729, 613 und Nr. 734, 551 beschreiben Einrichtungen zur Erzeugung von Neutronen, die für die Untersuchung von Erdformationen in ein Bohrloch abgesenkt werden können. Die Erzeugung der Neutronen beruht bei diesen Geräten auf der Deuterium-Tritium-Reaktion. Die Einrichtungen bestehen, so wie der Erfindungsgegenstand, im wesentlichen aus einer Ionenquelle, einer Ionen-Beschleunigungsstrecke und einer die Reaktionsschicht tragenden Elektrode als Neutronenquelle. Die in der genannten brit. Patentschrift Nr. 734, 551 beschriebene Einrichtung gestattet neben der Änderung der angelegten Hochspannung auch die Änderung bzw. Konstanthaltung des Gasdruckes im Neutronenerzeuger.
Sie besitzt zu diesem Zweck eine heizbare, hohle Anode, durch deren Wand das Gas diffundieren kann, und ein Getter.
Es ist Hauptzweck der Erfindung, einen verbesserten Neutronenerzeuger zu schaffen, der allen Erfordernissen für die Bohrlochuntersuchung entspricht und insbesondere klein genug ist, um in ein zylindrisches Bohrloch eingeführt zu werden.
Der erfindungsgemässe Neutronenerzeuger soll auch während des Untersuchungsvorganges zuverlässig arbeiten, ohne genaue und ständige Einstellarbeiten zu erfordern.
Zusätzlich bezieht sich die Erfindung auf einen Neutronenerzeuger, der bei den hohen Temperaturen in seiner Umgebung, die bei Untersuchungen in tiefen Lagen eintreten, zuverlässig arbeitet. Ausserdem soll gemäss der Erfindung der Generator genügend Festigkeit aufweisen, um auch bei physikalischenstössen zuverlässig zu bleiben.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von durch ein Bohrloch durchteuften Erdformationen mit einem druckfesten Gehäuse, welches innerhalb des Bohrloches auf und ab bewegbar ist, einem in dem Gehäuse angeordneten Erzeuger monoenergetischer Neutronen und einer mit dem Gehäuse mitbewegbaren Anzeigeeinrichtung für die durch den Beschuss der das Bohrloch umgebenden Erdformationen mit Neutronen entstehenden Strahlungen und besteht im wesentlichen darin, dass im Untersuchungsgerät ein Zählrohr und eine Spannungssteuereinrichtung angeordnet sind, wobei die vom Zählrohr ab-
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gegebenen Impulse nach Verstärkung und Integration eine Steuerspannung liefern, mittels welcher über die Spannungssteuereinrichtung die an der Beschleunigungsstrecke des Neutronengenerators liegende Hoch- spannung geregelt wird.
Die Erfindung betrifft ferner Einzelheiten an einer solchen Vorrichtung.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig. lA, 1B und 1C zeigen schematisch den oberen, mittleren und unteren Teil einer Neutronen-Bohrlochuntersuchungsvorrichtung gemäss der
Erfindung. Fig. 2 ist ein vergrösserter Längsschnitt durch einen Teil von Fig. 1B. Fig. 3 und 4 sind Längs- schnitte von Abänderungen an gewissen Teilen der Ausführungsform nach Fig. 2. Fig. 5 zeigt schematisch eine Hochspannung liefernde SchaItungsanordnung zur Verwendung in dem in Fig. 1C gezeigten Teil der
Vorrichtung. Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch Ausführungsbeispiel gemäss der Schaltung nach Fig. 5. Fig. 7 ist ein Schnitt in Richtung der Linie 7-7 von Fig. 6 und Fig. 8 zeigt eine Abänderung, die an der Kreisanordnung gemäss Fig. 4 vorgenommen werden kann.
In Fig. 1A der Zeichnung ist eine Bohrschachtuntersuchungsvorrichtung gemäss der Erfindung dar- gestellt, die in einem Bohrloch 10 liegt, das eine Anzahl von Erdformationen 11 durchquert. Das Bohrloch 10'enthält gewöhnlich eine wasserstoffhaltige Bohrflüssigkeit 12, z. B. einen Schlamm auf Wasseroder Ölbasis, und es kann mit einer oder mehreren nicht dargestellten metallischen Gehäusen ausgekleidet, aber auch, wie in der Zeichnung dargestellt, ohne Auskleidung sein.
Die Neutronen-Bohrschachtuntersuchungsvorrichtung weist ein druckfestes Gehäuse 13 auf, das einen Neutronengenerator 14 (Fig. lB), ferner eine auf Radioaktivität ansprechende Vorrichtung 15 (Fig. 1C) zum Feststellen der zu beobachtenden Erscheinungen und die zugehörige elektronische Ausrüstung enthält, die für eine ordnungsmässige Arbeit des Neutronengenerators und des Detektors notwendig ist.
Oberhalb des Detektors 15 kann eine Schinnplatte 16 angeordnet sein, um den Detektor gegen Strahlungen abzuschirmen, die von dem Generator 14 ausgehen. Wenn die Vorrichtung benutzt wird, um Neutronen-Gammastrahlen-Untersuchungen vorzunehmen, kann die Schirmplatte aus Blei bestehen, und wenn Neutronen-Neutronen-Untersuchungen erfolgen sollen, kann die Schirmplatte aus einer Borverbindung, z. B. Borkarbid, bestehen, das in Paraffin eingebettet ist. Natürlich kann man auch einen aus Blei und Borkarbid zusammengesetzten Schirm verwenden, wenn mit der gleichen Ausrüstung beide Arten von Untersuchungen entweder hintereinander oder gleichzeitig gemacht werden sollen.
Das Gehäuse 13 ist mit Hilfe eines armierten Kabels 17 in dem Bohrloch aufgehängt. Das Kabel steht mit einer nicht dargestellten, auf der Erdoberfläche angeordneten Winde in Verbindung, mit der man die Vorrichtung in dem Bohrloch in der üblichen Weise heben und senken kann. Das Kabel 17 enthält mehrere isolierte. Leiter, die die Vorrichtung innerhalb des Gehäuses 13 elektrisch mit der Ausrüstung 9 auf der Erdoberfläche verbinden.
Der Neutronengenerator 14 (Fig. lB) wird durch einen nicht dargestellten stosssicheren Sockel in dem Gehäuse 13 gehalten. Er besitzt ein evakuiertes Gehäuse 18, vorzugsweise aus einem entgasten Pyrex-Glas, dis mit Deuterium-Gas unter einem gewünschten Druck gefüllt ist, der in der Nähe von 1 bis 10 Mikron Quecksilbersäule liegt.
Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen, trennt eine Teilwand 19, die aus einer Pyrex-Glasscheibe besteht, den oberen Teil des Gehäuses 18 in eine Druckmessabteilung 20, die später genauer beschrieben wird, und eine Abteilung 21 für eine Ionenquelle. Diese Abteilungen stehen über eine mittlere Öffnung 22 miteinander in Verbindung. An eine Seite der Teilwand 19 ist ein zylindrischer Träger 23 aus dünnem Glas angeklebt oder in sonstiger Weise befestigt. Er erstreckt sich in den Umhüllungsteil 21 hinein und liegt im wesentlichen gleichachsig mit diesem. An der Aussenfläche des Zylinders 23 sind zwei in einem Abstand voneinander angeordnete ringförmige Bänder 24 und 25 aus leitendem Material vorgesehen.
Diese Bänder bilden eine Entladungsstrecke und sind mit je einer der beiden Leitungen 26 und 27 verbunden, die durch die Wand des Gehäuses 18 hindurchgehen. Die Leitungen sind in bekannter Weise an das Gehäuse angeschmolzen, so dass sich ein druckdichter Verschluss ergibt.
Das Gehäuse 18 ist in einen zylindrischen Teil 28 aus magnetischem Stoff, z. B. einer Legierung von Aluminium, Nickel und Kobalt, gewöhnlich Alniko, eingesetzt. Der zylindrische Teil 28 liegt zwischen den Querebene, die durch die Elektroden 24 und 25 bestimmt werden. Der Teil 28 ist permanent magnetisiert, so dass seine Enden entgegengesetzte magnetische Polarität haben und ein axiales Magnetfeld innerhalb des Gehäuses 18 herstellen.
Die Stärke dieses magnetischen Feldes ist in dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 24 und 25 so gewählt, dass ein entsprechender "mittlerer freier Weg" für die Elektronen erzielt wird, die zur Erzeugung einer starken Ionisation des Gases spiralig bewegt werden. Es hat sich z. B. eine Stärke von 400 Gauss bei einem Elektrodenzwischenraum von 80 mm als zweckmässig erwiesen.
Der Ausdruck "mittlerer freier Weg" bedeutet dabei den durchschnittlichen Weg, den Elektronen in einem bestimmten Gas zwischen Zusammenstössen mit Atomen oder Ionen dieses Gases wandern.
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Um die Ionisation des Gases innerhalb der Ionenquelle 21 in Gang zu setzen, wird ein Kügelchen 29 aus radioaktivem Stoff, z. B. Radium, an die Aussenfläche des Zylinders 23 geklebt oder in einer sonstigen Weise befestigt.
Der Zylinder 23 endet an einer Glasscheibe 30 und ist an dieser befestigt. Die Scheibe kann an der Innenfläche des Gehäuses 18 gleiten. Die Scheibe 30 hat einen mittleren Ansatz 31 von kegelstumpfartiger Gestalt, der In den Zylinder 21 hineinragt. Die Spitze des Kegelstumpfes 31 weist eine Öffnung 32 auf. die gleichachsig mit dem Gehäuse 18 liegt.
In den Glaskegel 31 ragt eine metallische Elektrodensonde 33 von ebenfalls kegelstumpfartiger Form hinein. Sie hat einen gewissen Abstand von dem Glaskegel und ist mit einer in gleicher Richtung mit der Öffnung 32 liegenden Öffnung 34 versehen. Die Sonde hat eine verbreiterte Metall-Grundplatte 35 von etwa toroidaler Form und besitzt einen elektrischen Anschluss, der aus einer metallischen Leitung 36 besteht, der durch die Wandung des Gehäuses 18 hindurchgeführt Ist und mit der nicht leitenden Wand verschmolzen oder ihr gegenüber abgedichtet ist.
Eine zweite metallische Leitung 37, die ebenfalls dicht In das Gehäuse 18 eingeführt ist, geht durch eine radiale Bohrung 38 in der Grundplatte 35 der Sonde hindurch und bildet eine elektrische Verbindung mit einer metallischen Bündelungselektrode 39 von kegelstumpfartiger Form. Die genannte Elektrode fasst In den kegelförmigen Teil der Sonde 33 ein und weist eine in gleicher Richtung mit den Öffnungen 32 und 34 liegende Öffnung 40 auf.
Der Neutronengenerator 14 besitzt ferner eine rohrförmige Prallelektrode 41, die axial in gleicher Richtung mit dem Gehäuse 18 liegt. Diese Elektrode besteht vorzugsweise aus einem Metall, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient demjenigen des Glases in dem Gehäuse entspricht. Z. B. kann eine nur gering expandierende Legierung von Nickel, Kobalt, Magnesium und Eisen, gewöhnlich Kovar genannt, verwendet werden. Der untere Teil der Umhüllung ist nach innen eingezogen und bildet einen nach innen ragenden rohrförmigen Teil 42, in den das untere Ende der Elektrode 41 eingebettet und eingeschmolzen
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Die Prallkorperelektrode erstreckt sich bis in die Nähe der Bündelungselektrode 39, wo sie durch eine mit ihr aus einem Stück bestehende halbkugelförmige Kappe 43 abgeschlossen wird.
Der Zwischenraum zwischen der Kappe 43 des Prallkörpers und der Sonde 33 ist kleiner als der "mittlere freie Weg" der die Umhüllung 18 durchquerenden Elektronen. Es tritt daher keine Ionisation von Deuteriumgas ein, wenn diese Elektroden so erregt werden, dass sie die Beschleunigungsstrecke für die Deuterium-Ionen bilden.
Die Kappe ist vorzugsweise mit einer Schicht 44 aus Zirkonium oder einem andern, Wasserstoff absorbierenden Metall bedeckt, das in bekannter Weise mit Tritium hydriert ist. Die Zirkoniumschicht kann in einer Atmosphäre dieser Isotope des Wasserstoffs abwechselnd erhitzt und gekühlt werden. Natürlich kann auch Deuterium für diese Zwecke Verwendung finden, wenn eine Deuterium-Deuterium-Reaktion an Stelle einer Deuterium-Tritium-Reaktion gewünscht wird. Durch den nach innen gerichteten Teil 42 am unteren Ende des Gehäuses 18 geht eine Leitung 45 hindurch in die hohle Elektrode 41, in der die Leitung angelötet oder angeschweisst ist, um eine elektrische Verbindung mit dem Prallkörper herzustellen.
Um eine starke Ionisation des Gases an dem mit dem Prallkörper versehenen Ende des Generators 14 zu verhindern, ist eine Hilfseinrichtung 46 vorgesehen, die verhindert, dass die Elektronen eine grössere Strecke durcheilen, als der "mittlere freie Weg" beträgt. Diese Einrichtung ist ein Körper von im wesentlichen toroidaler Form und besitzt eine axiale Öffnung 47, durch die die Elektrode 41 hindurchgeht. Sie ist an der Elektrode 41 befestigt und mit ihr elektrisch verbunden und liegt an einer solchen Stelle, dass ihre äussere gekrümmte Oberfläche verhältnismässig dicht an der Grundplatte 35 der Sonde liegt.
Gegebenenfalls kann der Durchmesser des Gehäuses 18 zwischen den Teilen 35 und 46 so verringert sein, dass die Bildung eines geraden Weges von Irgendeiner in Betracht kommenden Längsausdehnung an der Innenfläche des Gehäuses vermieden wird.
Der obere, die Druckmessvorrichtung aufnehmende Teil 20 des Gehäuses 18 ist In der üblichen Weise mit einem Verschluss 48 versehen, durch den eine Anzahl von Leitungen 49 - 56 druckfest eingeführt werden. Ein Hufeisenmagnet 57 von etwa rechteckiger Gestalt wird von den Leitungen 51 und 54 gehalten, u. zw. so, dass sein die Schenkel verbindender Teil 58 neben der Teilwand 19 liegt. Der Magnet besitzt Polflächen 59 und 60, die einander gegenüber und zu beiden Seiten der oberen ringförmigen Elektrode 61 angeordnet sind, die mit der Innenseite des die Schenkel verbindenden Teiles 58 verbunden ist. Der Magnet 57 und die Elektrode 61 bilden eine Anode für die Druckmessung.
Die Druckmesseinrichtung enthält auch Kathodenplatten 62 und 63, die parallel zu den beiden Polflächen 59 und 60, aber in einem kleineren Abstand von diesen liegen. Sie sind mit Leitungen 52 und 53
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verbunden. Zwischen der Fläche 59 und der Platte 62 sowie zwischen der Fläche 60 und der Platte 63 sind Glas-Isolierschichten 64 und 65 eingefügt, und diese Schichten werden von je einer Glashülse 66 bzw. 67 gehalten, die die betreffenden Teile der Leitungen 52 und 53 innerhalb des Gehäuses 18 um- geben und daran befestigt sind.
Am Abschlussende des Magneten 57 ist eine Prallplatte 68 aus feuerfestem Werkstoff von niedriger Atomzahl, z. B. aus Quarz oder Berylliumoxyd, befestigt, u. zw. liegt sie parallel zu der Teilwand 19 und in einem gewissen Abstand von ihr. Sie fängt etwaige Teilchen auf, die sich durch die Öffnung 22 . etwa in der Richtung von der Ionenquelle 21 nach dem Magneten 57 hin bewegen.
Es sind ferner innerhalb der Abteilung 18 Fäden oder Drähte 69 und 70 angebracht, die von Leitungen 49,50 und 55,56 gehalten werden. Der Faden 69 besteht aus einem metallischen Deuterid, z. B.
Zirkonium-Deuterid, bei dem der Druck des Deuteriums bei zunehmender Erwärmung auf seiner Ober- fläche zunimmt. Der Faden 70 dagegen ist aus einem Getterstoff, z. B. Zirkonium, hergestellt. Auf diese
Weise werden bei einer bestimmten Temperatur Gase von dem letzterwähnten Faden absorbiert. Man könnte als Stoff für die Herstellung der Fäden 69 und 70 beispielsweise auch Titan und Uran wählen. Um Strom zu sparen, umgeben einzelne ringförmige Wärmeschirme 71, 72 aus einem reflektierenden Stoff mit hohem Schmelzpunkt, z. B. aus Tantal oder Molybdän, die Fäden 69 und 70 und sind elektrisch mit den Leitungen 50 und 55 verbunden.
Bei dem Bau des Generators 14 werden die erforderlichen Vorsichtsmassregeln beachtet, die bei der Herstellung von Entladevorrichtungen zu beobachten sind. Z. B. werden für die verschiedenen Elektroden 24, 25,33, 35,39, 41, 46,57, 61, 62 und 63 die Metalle so gewählt, dass sie verhältnismässig frei von Gasen sind, die vor oder während des Herstellungsverfahrens absorbiert und später bei der Arbeit ausgetrieben werden könnten und dadurch den Generator verunreinigen. Ferner werden mit Ausnahme für die Elektroden 61,62 und 63 der Druckmessvorrichtung 20, die aus einem Metall hergestellt werden sollen, das ein guter Sekundär-Elektronen-Aussender ist, Elektrodenmetalle gewählt, die eine niedrige Aussendecharakteristik für Sekundärelektronen besitzen, um die Möglichkeit eines Versagens zu verhindern.
Es kann auch ein leicht zu entgasendes Metall verwendet werden, wenn es mit einer dünnen Schicht eines Stoffes von geringer Wärmeausstrahlung bekleidet ist. Das ursprüngliche Entgasen geschieht über eine übliche, nicht dargestellte Röhre, die aus dem Kopf 48 nach aussen ragt. Die erforderliche Menge von Deuterium wird dann durch das Rohr eingeführt, bevor es verschlossen wird.
Um Betriebsenergie für den Generator 14 und die ihm zugehörigen Kreise zu schaffen und trotzdem innerhalb der Spannung und Stromzuführungsmöglichkeiten der Leiter in dem Kabel 17 zu bleiben, wird Strom durch eine DreiphasenwechseIstromquelle 100 zugeführt, die an der Erdoberfläche aufgestellt ist.
Z. B. kann diese Quelle 600 V bei 400 Perioden in jeder ihrer Phasen liefern, die über einen dreipoligen Schalter 101 und die Kabelleiter 102,103 und 104 einem in dem Gehäuse 13 angeordneten, nach unten übersetzenden Transformator 105,106 und 107 in Dreieckschaltung zugeführt werden. Durch die Verwendung von Transformatoren mit einem entsprechenden Untersetzungsverhältnis wird an den Leitern 108, 109 und 110 ein Dreiphasenstrom von 115 V erhalten.
Es ist bei Verwendung einerspannung in der Grössenordnung von beispielsweise 600 V in dem Kabel 17 bei einem gegebenen Stromverbrauch der Verlust infolge des Widerstandes des Kabels im Vergleich zu dem Verlust bei der Übertragung mit einer niedrigeren Spannung, z. B. 115 V, gering.
Eine Phase dieses Stromes wird über Leitungen 108 und 109 einem üblichen Umformer 111 zugeleitet, der die zugeführte Wechselspannung in eine höhere gleichgerichtete Spannung verwandelt. Letztere wird über Leitungen 112 dem nicht dargestellten Anodenkreis eines Hochfrequenzgenerators 113 zugeführt
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durch Leitungen 115 und 116 und Leitungen 26 und 27 mit den Elektroden 24 und 25 der Ionenquelle 21 verbunden. Der Heizstrom für die Röhren des Hochfrequenzgenerators 113 wird über Leitungen 117 durch einen nach unten übersetzenden Transformator 118 zugeführt, der über die Leitungen 109,110 von einer der vorhandenen Drehstromphasen gespeist ist.
Eine andere Phase des Drehstromes wird über Leitungen 108 und 110 einem Spannungssteuerkreis 119, der später genauer beschrieben wird, und über die Leitungen 120 einem Hochspannungserzeuger 121 (Fig. 1C) zugeführt. der von der üblichen Bauart oder auch so ausgeführt sein kann, wie später unter Bezugnahme auf Fig. 5-7 beschrieben. Er stellt zwischen den Ausgangsleitungen 122 und 123 eine gleichgerichtete Spannung von etwa 100 kV her. Die Leitung 123 ist der positive Pol der Hochspannung und ist an dem Gehäuse 13 geerdet, während die Leitung 122 als negativer Anschluss mit dem Leiter 45 vonFig. lB verbunden ist, der, wie oben auseinandergesetzt, mit der Prallkörperelektrode41 in Verbindung steht.
Der Hochspannungserzeuger 121 leitet auch über Leitungen 124 und 37 der Bündelungselektrode 39
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eine niedrigere Spannung von etwa 1 bis 0,5 kV zu. Der Stromkreis der Beschleunigungsstrecke wird durch eine Verbindung zwischen der Leitung 36 der Sonde 33,35 und dem Gehäuse 13 geschlossen.
Um den Neutroncnf1uss zu steuern, der durch den Generator 14 erzeugt wird, ist in dem Gehäuse 13
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angeordnet.
Der Strahlungsanzeiger ist auf der dem Generator 14 zugekehrten Seite mit einer nicht dargestellten
Auskleidung aus wasserstoffhaltigem Stoff versehen und mit Argon-Gas gefüllt. Eine Ausgangsleitung des
Rohres 125 ist an dem Gehäuse 13 durch eine Verbindung 126 geerdet, und die zweite Ausgangsleitung ist über eine Leitung 127 mit einem Koppelkondensator 128 (Fig. 1A) verbunden, der seinerseits mit einem I üblichen Impulsverstärker mit Integrierkreis 129 in Verbindung steht. Die notwendige Spannung für das
Zählrohr 125 wird über die Leitung 131 und einen Entkopplungswiderstand 132 von einem üblichen
Spannungsumformer 130 bezogen, der über Leitungen 109 und 110 gespeist ist. Dieser Stromkreis wird durch eine Verbindung 133 mit dem Gehäuse 13 vervollständigt.
Der Ausgang der Einheit 129, der ein Mass für den erzeugten Neutronenfluss darstellt, z. B. als
Zählungen in der Zeiteinheit, wird dem Eingangskreis eines Spannungssteuerkreises 119 über eine Lei- tung 134 und Verbindungen 135 und 136 dem Gehäuse 13 zugeleitet. Der Kreis 119 kann von der üblichen
Bauart sein, z. B. kann er einen magnetischen Verstärker enthalten, der in einen Servo-Kreis eingeschaltet ist, der die Spannung von dem Verstärker-Integrator 129 mit einer Bezugsspannung vergleicht, um eine
Kontrollwirkung abzuleiten. Diese Kontrollwirkung kann in Form des sich ändernden Wertes einer Impe- danz auftreten, die wirksam zwischen die Leitungen 110 und 120 eingeschaltet ist und welche die dem
Hochspannungserzeuger 121 zugeführte Speisespannung ändert.
Dementsprechend ist die Spannung, welche die Hochspannung bedingt, abhängig von dem erzeugten Neutronenfluss, so dass dieser Fluss selbsttätig auf einem bestimmten gleichbleibenden Wert gehalten wird.
Über einen Leiter 137, der durch das Kabel 17 hindurchgeht, werden verstärkte Impulse von der Ein- heit 129 einer Anzeigevorrichtung 138 z. B. einem an der Erdoberfläche angeordneten Integrierenden
Spannungsmesser 9 zugeführt. Der Anzeigerkreis wird durch eine Verbindung 139 zwischen dem Ge- häuse 13 und dem Schirm 140 des Kabels und eine Erdverbindung 141 an der Erdoberfläche zwischen dem Schirm und dem Anzeiger 138 vervollständigt.
Um die Druckmessvorrichtung im Gehäuseteil 20 (Fig. 1B) zu erregen, wird die Anodenleitung 51 oder 54 durch eine Verlängerung der Leitung 131 über den Widerstand 149 und eine Sicherungsleitung 152 mit dem Spannungsumformer 130 verbunden. Die Kathodenleitungen 52 und 53 sind miteinander ver- bunden und durch einen Widerstand 142 an das Gehäuse 13 angeschlossen. Der Widerstandswert des Wider- standes 142 ist in bekannter Weise so gewählt, dass er den negativen Widerstandscharakteristiken der Glüh- entladung zwischen Anode 57,61 und den Kathoden 62.63 der Druckmessvorrichtung entgegenwirkt und eine Spannung abgeleitet wird, die den Anoden-Kathoden-Strom darstellt.
In die Leitung 131 ist ein
Widerstand 149 eingeschaltet, der in ähnlicher Weise dazu verwendet wird, der Wirkung des negativen
Widerstandes der Ionen-Entladung in der Ionenquelle 21 entgegenzuwirken.
Die Verbindung des Widerstandes 142 mit den Kathodenleitungen ist über eine Leitung 143 mit einem
Eingangspol eines Drucksteuerkreises 144 verbunden, dessen anderer Eingangspol durch eine Leitung 145 an das Gehäuse 13 angeschlossen ist. Der Kreis 144 kann üblicher Bauart sein, er kann z. B. einen ma- gnetischen Servoverstärker zum Vergleichen der an dem Widerstand 142 entwickelten Spannung mit einer
Bezugsspannung enthalten, um zwischen den Ausgangskreis-Leitungen 146 und 147 eine Impedanz herzustellen, die selbsttätig durch den Unterschied zwischen der entwickelten und der Bezugsspannung gesteuert wird.
Die Leitung 146 ist mit der Zuführungsleitung 109, und die Leitung 147 mit einem Pol der Primärwindung eines nach unten übersetzenden Transformators 148 verbunden. Die zweite Primärklemme ist mit der Zuführleitung 110 verbunden. Die Sekundärwicklung des Transformators 148 ist durch Leitungen 150,151 mit Leitungen 49,50 des Deuterium aussendenden Fadens 69 verbunden. wodurch das selbsttätige Drucksteuersystem vervollständigt wird. Eine Verbindung 152 zwischen der Anode 57 der Druckmessvorrichtung und dem Faden 69 dient zur Aufrechterhaltung der gleichen Spannung an diesen Elementen, um die Möglichkeit einer ionischen Entladung zwischen ihnen auszuschliessen.
Da das am Widerstand 142 entwickelte Potential ein Mass für den Druck in dem Gehäuse 18 ist, wird dieses Potential auch durch ein Kabel 151 einer Anzeigevorrichtung 152', z. B. einem Voltmeter in der Ausrüstung 9 auf der Erdoberfläche, zugeführt. Gegebenenfalls kann ein den Druck darstellendes Potential, das in dem Steuerkreis 144 abgeleitet wird, dazu verwendet werden, die Anzeigevorrichtung 152'zu betätigen.
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Die Leitung 55 des Getter-Fadens 70 ist mit dem Leiter 151, und die andere Leitung 56 des Fadens ist über den Leiter 153 mit einer weiteren Sekundärwicklung 154 des untersetzenden Transformators 118 verbunden. Eine Verbindung von der Sekundärwicklung 154 nach der Leitung 151 vervollständigt den
Kreis. Auf diese Weise kann der Faden 70 während der Arbeit des Neutronengenerators ständig erregt werden.
Der Spannungsumformer 130 liefert auch eine Spannung zur Erregung der Einheiten 119,129 und 144.
Diese Spannung wird über eine Leitung 155 und verschiedene Verlängerungen derselben zugeführt.
Der bisher beschriebene Teil der Bohrschacht-Untersuchungsvorrichtung bezieht sich auf die Er- zeugung von Neutronen zur Bestrahlung der Formation 11. Um ein Untersuchungsergebnis z. B. für die sich ergebende Gamma-Bestrahlung zu erhalten, sind Mittel vorgesehen, um den Bestrahlungsanzeiger 15 zu erregen, der ein Geiger-MülIer-Rohr (Fig. lC) sein kann, und eine Aufzeichnungsvorrichtung für eine
Charakteristik von dessen Ausgang. Zu diesem Zweck ist eine Wechselstromquelle 160 in der Ausrüstung 9 auf der Erdoberfläche mit einem Transformator 161 gekoppelt. Der eine Pol der Sekundärspule dieses
Transformators ist mit dem geerdeten Schirm 140 verbunden, während der andere Pol über eine Isoler- drossel 162 mit einem Leiter 163 des Kabels 17 verbunden ist.
Der Leiter 163 durchquert das Gehäuse 13 und ist mit ihm über die in Reihe geschalteten Primärspulen der Transformatoren 164 und 165 verbunden.
Der Transformator 164 ist ein üblicher Spannungsumformer 166, der eine Verbindung 167 mit dem Ge- häuse 13 aufweist.
Der Spannungsumformer 166 entwickelt die hohe Spannung für die Speisung der Röhre 15, die ihr über einen Isolierwiderstand 168 zugeführt wird. Der zweite Pol der Röhre 15 ist mittels einer Leitung 169 mit dem Gehäuse 13 verbunden. Die Verbindung des Widerstandes 168 mit der Leitung nach dem Rohr 15 ist durch einen Koppelkondensator 170 mit dem Eingangskreis eines üblichen Impulsverstärkers 171 ver- bunden. Der Eingangskreis wird durch eine Verbindung 172 mit dem Gehäuse vervollständigt, und es wird von der Kraftzufuhr 166 über die Leitung 173 eine Spannung von geeigneter Grösse abgeleitet, um den
Verstärker zu betätigen. Der Transformator 165 ist ein Impulstransformator, dem das Ausgangssignal des
Verstärkers 171 zugeführt wird.
Dieses Ausgangssignal wird an der an der Erdoberfläche befindlichen Ausrüstung 9 durch einen Impuls- transformator 174 abgeleitet. Die Primärwicklung des Transformators ist mit einem Filter verbunden, das einen Reihenkondensator 175 und eine Nebenschlussdrossel 176 zur Abschwächung der Spannungen bei der
Frequenz der Quelle 160 aufweist. Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit einem üblichen
Integrator und einer Registriereinheit 177 verbunden. Letztere kann z. B. eine Kapazität enthalten, die eine die Zahl der in der Zeiteinheit zugeführten Impulse darstellende Spannung ableitet, und ein Registrier-VoItmeter, dem diese Spannung zugeführt wird.
Die Registrier-Vorrichtung des Voltmeters wird in üblicher Weise in Abhängigkeit von der Bewegung des Gehäuses 13 durch das Bohrloch 10 verstellt, so dass ein ununterbrochenes Untersuchungsergebnis erhalten wird.
Bei der Arbeit wird in bekannter Art das Gehäuse 13 in das Bohrloch 10 versenkt, bevor der Schal- ter 101 geschlossen wird. Auf diese Weise wird das Arbeitspersonal gegen jede gefährliche Strahlung ge- schützt, die von dem Neutronengenerator 14 über die Erdformation 11 und die Bohrflüssigkeit 12 aus- gesandt wird. Wenn der Schalter 101 geschlossen ist, wird der Hochfrequenzgenerator 113 erregt und seine Ausgangsspannung den Elektroden 24 und 25 der Ionenquelle 21 zugeleitet. Zusätzlich liefert eine Hochspannungsquelle 121 ihre Ausgangsspannung nach der Beschleunigungsstrecke, die durch den Umfang der Öffnung 34 in der Elektrode 33 und die Schicht 44 des Prallkörpers 41 begrenzt wird. Ausserdem liefert sie eine mittlere oder niedrigere Spannung an die Bündelungselektrode 39.
Darüber hinaus wird durch die Quelle 130 der Anode 57/61 ein gegenüber den Kathoden 62,63 der Druckmessvorrichtnng 20 positives Potential zugeführt.
- Zwar trägt die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden der Ionenquelle 21 in Verbindung mit dem durch den Magneten 28 erzeugten magnetischen Feld zu einer starken Ionisation des Deuteriumgases bei. Dieses Verfahren ist aber ein zusätzliches Verfahren, das von einer Aussenquelle in Gang gesetzt 'werden muss. Gewöhnlich ist an der an der Erdoberfläche bedienten Ausrüstung die übliche vorhandene kosmische Strahlung ausreichend, um eine Entladung in Gang zu setzen. Der Generator 14 ist aber abgeschirmt, wenn er sich in dem Bohrloch befindet. Aus diesem Grunde ist radioaktiver Stoff 29 für diesen Zweck vorgesehen.
. Der anfänglichen Ionisation des Gases folgt also eine ununterbrochene ionische Entladung in dem Hochfrequenzfeld, das über die Elektroden 24 und 25 mit dem Gas gekoppelt ist. Die Glas-Teilwand 19 dient zur Verhinderung der Wiederverbindung von Ionen an der Oberfläche des Magneten 57, und der Glaszylinder 23 verhindert eine Wiedervereinigung an den Elektroden 24 und 25, während der konische
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Glasteil 31 eine solche Wiedervereinigung an der Oberfläche der Sonde 33 verhindert. Die Ionenquelle 21 arbeitet daher wirksamer mit diesen Glasteilen in der Erzeugung von Ionen aus dem in dem Gehäuse 18 vorhandenen Gas, als es ohne diese möglich wäre.
Der zylindrische Träger 23 besteht aus so dünnem Glas, dass an ihm der Spannungsabfall infolge der hohen Dielektrizitätskonstante niedrig ist. Dies ergibt eine höhere Hochfrequenzspannung in dem Gas in der Ionenquelle 21 und eine wirksamere Kopplung zwischen dem Oszillator 113 und dem Gas.
Da dieSondenelektrode 33, 35 die Spannung des Gehäuses 13 hat, während der Magnet 57 ihr gegen- über eine positive Spannung aufweist, haben die Ionen in der Quelle 21 das Bestreben, in einer Richtung von dem Magneten nach der Sonde zu strömen. Einige dieser Ionen gehen durch die Öffnung 32 in dem I Glasteil 31 und die Öffnung 34 in der Sonde 33 und werden auf diese Weise in die Beschleunigungsstrecke eingeführt, die durch die Sonde und den Prallkörper 41, 43 begrenzt wird. Infolge der hohen, zwischen der Sonde und dem Prallkörper vorhandenen Spannung werden positive Ionen auf hohe Geschwindigkeiten 'beschleunigt, bevor sie auf den Prallkörperstoff 44 treffen.
Die hoch beschleunigten positiven DeuteriumIonen wirken auf diese Weise mit dem Tritium in dem Prallkörperstoff 44 zusammen, und es werden Neutronen mit Energien in einer Höhe von 14 Millionen Elektronen-Volt erzeugt.
Insofern als die beschleunigten Elektronen durch die Öffnung 40 in der Bündelungselektrode 39 hindurchgehen müssen, die auf einer gegenüber der Sonde 33 negativen Spannung gehalten ist, kann anschliessend eine Defokussierung des IonenbUndels erfolgen, bevor es auf den Prallkörperstoff 44 auftrifft.
Infolgedessen wird das Ionenbündel, anstatt auf einen stark lokalisierten Punkt aufzutreffen, wie es sonst der Fall ist, über eine grössere Fläche des Prallkörpers gestreut, so dass eine örtliche Erhitzung und ein Ausbrennen des Prallkörperstoffes verhindert wird. Beim Auftreffen von positiven Ionen auf den Prallkörperstoff 44 erzeugen sie sekundäre Elektronen, die an der Strecke 44 - 33 in der dem Fluss der positiven Ionen entgegengesetzten Richtung beschleunigt werden. Die meisten dieser Elektronen gehen durch die Öffnungen 34 und 32, durchqueren die Quelle 21 ohne Kollision und gehen schliesslich durch die Öffnung 22 in der Teilwand 19. Solche beschleunigten Elektronen treffen auf die Prallplatte 68, die ihre Energie durch Umwandlung in sich zerstreuende Wärme absorbiert.
Infolgedessen werden diese Elektronen an einem Auftreffen auf dem Magneten 57 verhindert, wo sie in unerwünschter Weise eine örtliche Erwärmung und die Aufnahme von absorbierten Gasen bewirken könnten. Zusätzlich dient die Platte 68 zur Verringerung einer Wiedervereinigung von Elektronen und Ionen an der Oberfläche des Magneten 57. Da ferner die Prallplatte 68 aus einem Stoff von niedrigem Atomgewicht hergestellt ist, werden nur weiche X-Strahlen durch die Beschiessung mit Elektronen hervorgebracht.
Der Faden 70 wird durch den durch ihn hindurchfliessenden Strom auf eine Temperatur in der Nähe von 12000C erwärmt. Bei dieser Temperatur reagiert der Faden chemisch mit Gasen wie Sauerstoff und Stickstoff, die als Verunreinigungen in dem Rohr vorhanden sein können, und absorbiert sie. Er absorbiert aber kein Deuterium.
Neutronen von hoher Energie, die von der Prallplatte44 ausgehen, bestrahlen sowohl die Formation 11 als auch den Detektor 125. Ein kleiner Bruchteil der schnellen Neutronen, die auf den Detektor treffen, erzeugt in seiner wasserstoffhaltigen Auskleidung Rückprall-Protonen. Einige dieser Protonen veranlassen eine Ionisation in dem Argon, und die sich ergebenden Impulse werden verstärkt und in der Vorrichtung 129 integriert, so dass sie eine Steuerspannung entwickeln, die dem Steuerspannungskreis 119 zugeführt wird. Wenn der Neutronenfluss zunimmt, nimmt auch die Zahl der Zählungen in der Sekunde zu, und der Spannungssteuerkreis verringert die Spannungszufuhr zu der Hochspannungsstromquelle 121.
Dementsprechend wird der Beschleunigungsstrecke eine niedrigere Spannung zugeführt, wodurch der Neutronenfluss vermindert wird. Umgekehrt verursacht die Abnahme in dem Neutronenfluss eine Zunahme der Hochspannung an der Beschleunigungsstrecke. Auf diese Weise bleibt die Neutronenausbeute über einen weiten Bereich von Arbeitsbedingungen etwa konstant.
Da nur ein geringer Bruchteil der Neutronen von dem Detektor aufgefangen wird, ist er nicht überlastet, auch wenn er verhältnismässig nahe an der starken Quelle steht. Infolge der geringen Abschwächung in dem Detektor wird auch die Symmetrie des Flusses der schnellen Neutronen, die auf die umgebende Formation auftreffen, nicht ungünstig beeinflusst.
In dem Drucksteuersystem werden in der Pollücke des Magneten 57 durch spiralig umlaufende Elektronen positive Ionen erzeugt, die von der Kathode 62, 63 ausgesandt werden, wenn positive Ionen auf diese Kathode auftreffen. Femer werden Elektronen ausgesandt, die ihrerseits weitere positive Ionen erzeugen, und es tritt eine ununterbrochene Entladung ein. Der sich ergebende Strom ist eine Funktion des Gasdruckes, da dieser Druck die Zahl der positiven Ionen bestimmt, die erzeugt werden können. Das an dem Widerstand 142 entwickelte Potential steuert den Drucksteuerkrels 144, der seinerseits den Strom
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Magneten 180, der von Leitungen 51, 54 im Gehäuse 18 und quer zu ihm gehalten wird.
Innerhalb des zylindrischen Magneten sind parallel und in einer gewissen Entfernung voneinander scheibenartige Kathodenplatten 181 und 182 angeordnet, die mit Leitungen 52 bzw. 53 verbunden sind. Letztere gehen durch denKopf 48 des Gehäuses18 hindurch. Die innerhalb des Gehäuses liegenden Teile der Leitungen52 und 53 sind mit hülsenartigen Schichten 183 und 184 aus isolierendem Glas überzogen, die gegen das Ende zu nach aussen ausgeweitet sind und dadurch einen trichterartigen Übergang 185 und 186 bilden, an den sich die zylindrischen Endteile 187 und 188 anschliessen. Letztere isolieren oder schirmen die Platten 181 und 182 gegen die Innenwandfläche des Magneten 180 ab, sind aber voneinander so weit entfernt, dass sie eine freie ringförmige Fläche 189 begrenzen.
Um den Raum zwischen den Kathoden 181 und 182 mit dem Gas im Gehäuse 18 in Verbindung zu bringen, ist der Zylinder 180 mit mehreren radialen Bohrungen 190 versehen. An deren Stelle können auch die Platten 181 und 182 und die Glasteile 187 und 188 mit einem geringeren Durchmesser ausgeführt werden.
Bei der Arbeit erzeugt der Magnet 180 ein magnetisches Feld mit einer grösseren Feldkomponente, die quer zu den Kathodenplatten 181 und 182 gerichtet ist. Der ringförmige Teil 189 des Magneten wirkt als Anode. Die Messvorrichtung arbeitet also im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Fig. 2 gezeigt.
Der Neutronengenerator nach Fig. 2 kann in der in Fig. 4 gezeigten Weise abgeändert werden. In dieser Figur ist der Teil des Generators unterhalb der Teilwand 19 in einem Längsschnitt dargestellt.
Diese abgeänderte Form des Neutronengenerators weist einen mit einer Ionenquelle versehenen Gehäuseteil 191 auf, der eine zylindrische Drahtspirale als Anode 191a enthält, die durch eine Anzahl von Tragstangen 191b gehalten wird. An dem oberen Ende der Spirale 191a und gleichachsig mit ihr liegt eine Kathodenplatte 191c, die an einer L-förmigen Stange 191d sitzt, die ihrerseits wieder an einem oder an mehreren der Tragdrähte 191e befestigt ist. Die Stutzen 191b und 191e erstrecken sich in der Längsrichtung durch das Gehäuse 18'und gehen durch die Teilwand 19 (Fig. l) nach der Seite der innerhalb des Gehäuses 20 liegenden Teile hin und durch den Kopf 48 hindurch. Die unteren Enden der Tragstangen 191c sind mit einer flachen scheibenartigen Elektrode 191f verbunden, die in einer gewissen Entfernung von dem unteren Ende der Spirale 191a liegt.
Der äussere Rand 191g der Elektrode 191f ist nach oben hin abgebogen. Sie weist eine mittlere Bohrung 191h auf, die eine nach oben gerichtete Aus-
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unteren Endes der Spirale 191a angebracht und wird durch einen spiralig gewundenen Draht 191k gehalten, der sich von der Scheibe 191f aus aufwärts erstreckt. Die Elektroden 191f, 191i und 191k können als eine Sonde bezeichnet werden, mit deren Hilfe Ionen von der Quelle 191 abgezogen werden.
Der Teil des Gehäuses 18, von dem die Ionenquelle 191 eingeschlossen wird, ist von einem zylindrischen Magneten 192 umgeben. Der Magnet weist einen Hauptteil 192a von rechteckigem Querschnitt und je einen oberen und unteren Hilfsteil 192b bzw. 192c von dreieckigem Querschnitt auf. Die Hilfsteile 192b und 192c sind dazu bestimmt, die Feldstreuung auf ein Geringstmass zu bringen und dadurch in Verbindung mit dem Hauptteil 192a ein gleichmässigeres axiales Magnetfeld für die Ionenquelle 191 zu erzeugen.
Gegebenenfalls können zusätzliche, nicht dargestellte Teile aus magnetischem Stoff im Gehäuse 18' angeordnet werden, um das Magnetfeld zu führen und die erforderliche Gleichmässigkeit in dem Feld zwischen den Kathoden 191c und 191i zu erhalten.
Der untere Teil des Gehäuses 18'ist nach innen eingezogen und bildet ein In das Gehäuse zurück-
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ist. Letzteres trägt eine gleichachsig angeordnete Prallkörpereinheit 195. Die Prallkörpereinheit besteht aus dem Metallzylinder 194, auf dem ein zylindrischer Glasisolator 195a angeordnet ist, dessen unteres Ende an den Zylinder 194 angeschmolzen ist, während sein oberes Ende an das untere Ende eines Metallrohres 195b durch Anschmelzen verbunden ist. Das Metallrohr 195b erstreckt sich aufwärts und endet in eine flache Prallkörperscheibe 195c, die z. B. aus Zirkonium besteht, das mit Tritium hydriert ist.
Innerhalb des Rohres 195b, u. zw. an seinem oberen Ende, ist ein metallisches Verbindungsstück 195d eingeschweisst, das eine mit Gewinde versehene Bohrung 195e aufweist.
Der Neutronengenerator nach Fig. 4 besitzt auch eineSchirmelektrodel96, die aus einer Scheibe 196a mit einer mittleren Bohrung 196b zur Aufnahme des Verbindungsstückes 194 besteht. Die Scheibe 196a ist an das Verbindungsstück 194 und an eine Anzahl von Tragstangen 196c angeschweisst, welche sich im unteren Teil des Gehäuses 18'befinden. Die Tragstangen 196c enden an einer metallischen Schirmelektrode oder-scheibe 196d, die eine mittlere Bohrung 196f hat, welche eine nach abwärts gerichtete Ausstülpung 196e aufweist. Diese ist entgegengesetzt jener der Kante der Bohrung 191h, um Überschläge zu verhindern.
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Die Schirmelektrode 196d wird innerhalb des Gehäuses in einer gewählten Lage zwischen der Elektrode 191f und dem Prallkörper 195c angebracht. Um einen zusätzlichen Schutz gegen Überschläge zu gewinnen, ist ein Teil 197 des Gehäuses 18', der den Raum zwischen der Elektrode 191f und 196d einschliesst, derart verengt, dass sein Durchmesser geringer ist als jener dieser Elektroden.
In der Ionenquelle 191 ist das elektrische Feld zwischen Anode 191a und Kathoden 191c - 191i so angeordnet, dass es sich mit dem durch den Magneten 192 erzeugten magnetischen Feld kreuzt, wodurch sich ein kreisförmiger Elektronenweg von grosser Gesamtlänge und infolgedessen eine starke Ionisation ergibt. In der Strecke zwischen den Elektroden 191f und 196d kreuzen sich das elektrische und das magnetische Feld nicht, weshalb hier die Ionisation niedriger ist als die Intensität, mit der eine Ent- ) ladung in Gang gesetzt wird. Darüber hinaus sind die Zwischenräume zwischen Elektroden In der Ionenquelle und in der Beschleunigungsstrecke in Verbindung mit den vorhergehenden Betrachtungen so angeordnet, dass die gewünschte Ionisation in der Ionenquelle, dagegen keine Ionisation in der Beschleunigungsstrecke eintritt.
Zur elektrischen Verbindung zu den Metallstücken 195d und 196a ist eine verbindende Einheit 198 i vorgesehen. Diese besteht aus den sich durch den Gehäuseteil 193 erstreckenden Teilen und einem metallischen Stab 198a, einem Verbindungsstück 194 und den rohrförmigen Teilen 195a und 195b. Das obere Ende dieses Stabes ist in die Öffnung 195e eingeschraubt und auf diese Weise mit dem Prallkörper 195c elektrisch verbunden. Ein Teil des Stabes 198a nimmt eine Hülse 198b aus einem elektrisch isolierenden Stoff auf, deren oberes Ende mit einer Schulter 198c versehen ist und deren unteres Ende 198d ein Gewinde trägt. Ein ausdehnbares Verbindungsstück 198e von etwa zylindrischer Form ist auf den Isolator 198b aufgesetzt.
Das obere Ende dieses Verbindungsstückes 198e stösst gegen die Schulter 198c, und sein unteres Ende steht in Eingriff mit einer Distanzhülse 198f. deren unteres Ende wiederum von einer Stellmutter 198g erfasst wird.
Das Verbindungsstück 198e kann beispielsweise als Zylinder aus nachgiebigem Werkstoff, mit mehreren sich in der Längsrichtung erstreckenden Schlitzen ausgebildet sein, so dass bei einem axialen Zusammendrücken des Zylinders die Materialteile zwischen den Schlitzen radial verschoben werden.
Wenn also die Mutter 198g angezogen wird, wird der Zylinder 198f aufwärts gedrückt und das Verbindungsstück 198e zwischen dem Zylinder und der Schulter 198c zusammengepresst. Es erweitert sich dadurch und gelangt in elektrischen Eingriff mit der Innenfläche des Verbindungsstückes 194. Auf diese Weise kann durch Anschluss einer Leitung 198h an die Mutter 198g eine elektrische Verbindung nach dem Schirm 196d hergestellt werden.
Durch Anschluss. einer Leitung an die Stange 198a kann auch eine elektrische Verbindung nach dem Prallkörper 195c hergestellt werden. Bei der dargestellten Anordnung jedoch ist ein Vorwiderstand 199 zwischen der Mutter 198g und mehreren metallischen Kühlrippen 199a eingeschaltet. Die Rippen sind an dem unteren Ende der Stange 198a befestigt.
Es kann für die Anode 191a und die Kathoden 191c und 191i in der Ionenquelle 191 in bekannter Weise ein Erregerkreis vorgesehen sein. Die hohe Spannung für die Beschleunigungsstrecke des Generators kann über Verbindungen mit einer der Tragstangen 191c und der Leitung 198h zugeführt werden.
Bei der Arbeit wird das im Gehäuse 18'befindliche Deuterium-Gas innerhalb der Ionenquelle 191 ionisiert. Einige dieser Ionen gehen durch die Öffnung 191j der Kathode 191i, die Spirale 191k und die Öffnung 191h hindurch und kommen so unter den Einfluss der Beschleunigungsspannung, die zwischen der Sondenplatte 191f und der Elektrode 196d zugeführt wird. Einige dieser Ionen werden zu hohen Geschwindigkeiten beschleunigt, gehen durch die Öffnung 196f, eine Schirmelektrode 196d und treffen auf die Prallschicht 195c mit einer ausreichenden Geschwindigkeit auf, um Neutronen zu erzeugen.
Da der Strom zur Beschleunigungsstrecke durch den Widerstand 199 fliesst, wird ein Spannungsabfall hervorgerufen, der die Schirmelektrode 196d auf einer im Verhältnis zu dem Prallkörper 195g negativen Spannung hält. Unter diesen Umständen werden sekundäre Elektronen, die sonst in einer der Bewegung der Ionen entgegengesetzten Richtung beschleunigt werden würden, nach dem Prallkörper zurückgestossen, und der grösste Teil von ihnen geht nicht durch die Öffnung 196f der Elektrode 196d hindurch. Auf diese Weise wird der Elektronenfluss innerhalb des Neutronengenerators auf ein geringes Mass gebracht und dadurch die zur Betätigung erforderliche Energie verringert.
Offenbar gestattet die verhältnismässig flache Bauart der Elektroden 191f, 196d und 195c in dem Neutronengenerator nach Fig. 4 die Anwendung einer einfachen Technik bei der Herstellung eines Neutronengenerators gemäss der Erfindung. Demgemäss sind auch die Kosten für einen solchen Generator erheblich niedriger als für andere Typen.
In Fig. 5 der Zeichnungen ist eine Form eines Kreises dargestellt, für die der Hochspannung-
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erzeuger 121 nach Fig. IC angewendet werden kann. Die Eingangsleitungen 108 und 120 sind mit der primären Wicklung eines nach oben übersetzenden Transformators 200 verbunden, der einem Spannung- ver vielfältiger üblicher Bauart, der mit Diodengleichrichtern 201 - 204 und Ladekondensatoren 205 - 208 arbeitet, eine Spannung von. 20 kV zuführt. Die Heizfäden der Gleichrichterdioden werden durch besondere Generatoren 209 - 212 gespeist, die gleichzeitig durch mechanische Kupplungen aus elektrisch isolierendem Material angetrieben werden, wie mit gestrichelten Linien 213 angedeutet.
Die Antriebskraft für die Generatoren wird durch einen Motor 214 geliefert, der mit den Stromleitungen 108 und 110 verbunden ist.
Der Ausgang des Spannungsvervielfältigers wird an den Leitungen 123 und 122 angenommen. Zwei in Reihe geschaltete Schutz-Widerstände 215 und 216 sind in die Leitung 122 eingeschaltet, und zwei in Reihe geschaltete Widerstände 217,218 bilden einen Spannungsteiler, der zwischen die Verbindung des Widerstandes 215 mit dem Kondensator 208 und die Leitung 123 eingeschaltet ist. Eine Leitung 124 ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände 217 und 218 verbunden, die selbst so bemessen sind, dass zwischen den Leitern 123 und 124 eine Spannung in der Grössenordnung von 1 bis 0, 5 kV vorhanden ist.
Bei der Arbeit erregt die Wechselspannung in den Leitungen 108 und 110 den Motor 214, der die Generatoren 209 - 212 mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit treibt. Auf diese Weise hat die den Gleichrichtern 201 - 204 zugeführte Heizspannung eine etwa gleichbleibende Amplitude. Die Wechselspannung zwischen den Leitungen 108-120 wird durch den Transformator 200 auf ungefähr 20 kV heraufgesetzt, bevor sie durch das Gleichrichtersystem 201-204 und die Kondensatoren 205 - 208 auf eine gleichgerichtete Spannung von ungefähr 100 kV in bekannter Weise umgewandelt wird.
Da die Spannung in den Leitungen 108, 120 unter der Steuerung eines Spannungssteuerkreises 119 steht, wird die Ausgangsspannung, die an den Leitungen 122,123 vorhanden ist, selbsttätig in der vorher in Verbindung mit der Neutronenfluss-Steuerung beschriebenen Weise eingestellt.
In Fig. 6 ist eine typische praktische Anordnung für die Schaltung nach Fig. 5 gezeigt. Diese Anordnung, die die gleichen Bezugszahlen aufweist, die in der Fig. 5 verwendet wurden, wird durch ein zylindrisches Glasgehäuse 220 eingeschlossen, das gleichachsig mit dem Gehäuse 13 in diesem mit Hilfe von oben und unten mit Flanschen versehenen, nachgiebigen stossdämpfenden Trägern gehalten wird. Diese Stossdämpfer haben oben und unten Halteringe 223 und 224, die an dem Gehäuse 13 durch nicht dargestellte Mittel befestigt sind.
Das Gehäuse wird durch obere und untere Scheiben 225 und 226 abgeschlossen, die mit der Innenfläche des Glasgehäuses 220 flüssigkeitsdicht verbunden sind. Z. B. können Dichtungsringe 227 und 228 für diese Zwecke verwendet werden. Ein mit einem Unterteil versehenes Rohr 229 geht durch die untere Abschlussscheibe 226 hindurch und dient zum Zulassen einer Ölftüssigkeit in den geschlossenen Glaszylinder 220. Gegebenenfalls kann auch ein seitlich mit einem Ventil versehenes, nicht dargestelltes Rohr als Entlüftungsventil zur Erleichterung des Füllens vorgesehen sein. Eine mittlere Bohrung 230 in der unteren Abschlussscheibe 226 steht mit einem geschlossenen Balg 231 in Verbindung, der die Änderungen in dem Volumen des Öles bei einer Veränderung der Temperatur ausgleicht.
In der Längsrichtung erstrecken sich durch das zylindrische Gehäuse 220 vier Tragstangen 232-235, die in Abstand voneinander stehen und in einer waagrechten Ebene die Ecken eines Quadrats bilden. Ihre Enden sind an die Verschlussplatten 225 und 226 angeschlossen, und sie dienen dazu, die genannten Platten auseinanderzuhalten und eine Anzahl im wesentlichen kleinerer rahmenartiger Platten 236 in gewissen Abständen voneinander entlang dem Gehäuse 220 zu tragen. Auf der obersten der Rahmenplatten 236 ist der Gleichrichter 204 und der Generator 212 angebracht, wie aus Fig. 7 ersichtlich. DieKondensatoren 207 und 208 haben zylindrische Gestalt und gehen durch entsprechende Öffnungen 237 und 238 in der obersten Rahmenplatte 236 hindurch.
Sie liegen um etwa gleiche Beträge oberhalb und unterhalb dieser Rahmenplatte und sind an ihr durch Klemmen 239 und 240 befestigt.
Der Gleichrichter 203 und der Generator 211 sind auf der zweiten, nicht dargestellten Rahmenplatte 236, von oben gerechnet, befestigt. Diese Platte bedarf keiner Bohrungen zur Aufnahme irgendwelcher Kondensatoren. Die von oben gerechnet dritte der Platten 236, die nicht dargestellt ist, trägt den Gleichrichter 202 und den Generator 210 und hat Öffnungen zur Aufnahme zylindrischer Kondensatoren 205 und 206. Diese Kondensatoren sind so angeordnet, dass sie durch Öffnungen in der untersten Platte 236 hindurchgehen, die den Gleichrichter 201 und den Generator 209 trägt.
Wie aus Fig. 6 zu ersehen, liegen die Achsen der beschriebenen Generatoren in gleicher Richtung.
Sie sind mechanisch miteinander durch mehrere Kupplungen 241 verbunden, die aus elektrisch isolierendem Stoff bestehen, der die höchste, in der Stromzufuhr entwickelte Spannung aushalten kann. Die unterste der Kupplungen 241 ist mit dem Antriebsmotor 214 verbunden, der unter der unter. sten Platte 236 liegt.
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Der Transformator 200 liegt innerhalb des Glasgehäuses 220, u. zw. unterhalb des Generators 214.
Mehrere Leitungen 242 gehen durch die Abschlussplatte 226, von dieser elektrisch isoliert, hindurch, so dass elektrische Verbindungen nach dem Transformator und dem Motor hergestellt werden können.
Natürlich sind diese Verbindungen abgedichtet, so dass keine Flüssigkeit durchtreten kann.
Die Widerstände 215, 216 und 217 sind in dem obersten Teil des Gehäuses angeordnet, während der
Widerstand 218 in der Abteilung liegt, die den Transformator 200 enthält. Diese Anordnung ist getroffen worden, weil es wichtig ist, den Hochspannungsteil der Stromzufuhr von allen Punkten zu isolieren, um einen Spannungsabfall zu verhindern.
Durch eine mittlere Öffnung in der oberen Abschlussplatte 225 geht eine Hochspannungsleitung 242 hindurch. Sie besteht aus einem elektrisch leitenden Stab 243, der in einer Hülse 244 aus elektrischem
Isolationsmaterial besteht. Der Stab 243, die Hülse 244 und die Platte 225 sind in geeigneter Weise flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Die Isolierhülse 244 hat eine dielektrische Stärke, die der höchsten, durch die Stromzufuhr entwickelten Spannung widerstehen kann. Eine Platte 245 aus Isoliermaterial bedeckt die obere Fläche des Abschlusses 225 und wird durch einen Ring 246 von L-förmigem Querschnitt an Ort und Stelle gehalten, der auf den Haltering 223 aufgesetzt ist.
Die beschriebene praktische Anordnung weist eine grosse mechanische Festigkeit und Betriebssicherheit auf und sichert gegen einen elektrischen Spannungsausfall. Die Stromzufuhr kann infolgedessen in wirksamer und zuverlässiger Weise für Bohrlochuntersuchungen verwendet werden. Die einzelnen Genera- toren werden so angewendet, dass zwischen den einzelnen Heizfadenkreisen der Gleichrichter, die natür- lich ausserordentlich hohen Spannungsdifferenzen in dem Vervielfältigerkreis ausgesetzt sind, ausreichende elektrische Isolation erreicht werden kann.
Wenn die Heizfäden der Gleichrichter durch Batterien gespeist werden sollen, kann die abgeänderte Ausführungsform nach Fig. 8 Verwendung finden. Hier ist nur der Heizfadenkreis für den Gleichrichter 201 gezeigt. Natürlich müssen die übrigen Gleichrichter in ähnlicher Weise angeordnet sein. Eine Batterie 250 ist mit dem Heizfaden des Gleichrichters-201 über einen stellungsempfindlichen und/oder durch Schwerkraft bewegtenschalter 251 verbunden. Dieser Schalter kann z. B. aus einer am Gehäuse 220 angebrachten Glaskapsel 252 bestehen. Durch die Kapselwand gehen zwei Kontakte 253 hindurch, und in der Kapsel ist eine kleine Menge Quecksilber 254 vorhanden. Wenn die Untersuchungsvorrichtung in einer unwirksamen waagrechten Lage steht, ist das Quecksilber 254 mit den Kontakten 252 ausser Eingriff.
Wenn jedoch die Vorrichtung in senkrechter Lage steht, wie es für einen Untersuchungsvorgang notwendig wäre, dann schliesst das Quecksilber 254 den Heizfaden an dem Kontakt 253.
Mit dieser Ausführungsform können Heizbatterien in das mit Öl gefüllte Gehäuse 220 eingeschlossen sein, und es sind keine übermässigen Sicherheitsvorrichtungen im Heizfadenkreis erforderlich, um die Hochspannung des Spannungsvervielfältigers zu beherrschen.
Selbstverständlich sind auch weiter Änderungen möglich, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Untersuchung von durch ein Bohrloch durchteuften Erdformationen mit einem druckfesten Gehäuse, welches innerhalb des Bohrloches auf und ab bewegbar ist, einem in dem Gehäuse angeordneten Erzeuger mono energetischer Neutronen und einer mit dem Gehäuse mitbewegbaren Anzeige- einrichtung für die durch den Beschuss der das Bohrloch umgebenden Erdformationen mit Neutronen entstehenden Strahlungen, dadurch gekennzeichnet, dass im Untersuchungsgerät ein Zählrohr und eine Spannungssteuereinrichtung angeordnet sind, wobei die vom Zählrohr abgegebenen Impulse nach Verstärkung und Integration eine Steuerspannung liefern, mittels welcher über die Spannungssteuereinrichtung die an der Beschleunigungsstrecke des Neutronengenerators liegende Hochspannung geregelt wird.