CN101418684A - 氘-氘中子发生器测井工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氚－氚中子发生器测井工具，其包括：壳体；中子发生器，其被氚气体填充，以便由所述中子发生器产生的中子基本仅由氚－氚聚变反应产生；与所述中子发生器间隔开的至少一个中子探测器，其中所述中子发生器和所述至少一个中子探测器位于所述壳体内。

Description

氚-氚中子发生器测井工具

技术领域

本发明广泛地涉及碳氢化合物工业。更具体地说，本发明涉及在勘测地质地层中有用的中子测井工具。本发明在基于加速器的中子孔隙度工具中有具体应用，尽管不限于该应用。

背景技术

传统的中子孔隙度工具，例如CNT(斯伦贝谢的商标)工具或补偿中子工具(Compensated Neutron Tool)，在中子已经穿过被调查的地层后探测由基于放射性同位素中子源所发射的中子。最常见的中子源包括与铍结合的放射性镅(²⁴¹Am)，或²⁴¹Am(Be)。²⁴¹Am发射的阿尔法(α)粒子与铍核反应，发射出宽能谱的中子(根据α(5.64MeV)+⁹Be→¹²C+n(Q＝+5.70MeV))，该能谱跨过稍微超过11MeV的范围，参见图1。因为其能谱宽，当来自²⁴¹Am(Be)源的中子散射通过地层并损失能量时，涉及几个不同的传送过程。对于超过大约6MeV的中子能量，非弹性散射是支配性的能量损失机理。对于低于大约6MeV的中子能量，来自氢的弹性散射是支配性的能量损失机理。因此，来自²⁴¹Am(Be)源的中子放射将经受非弹性散射和弹性散射。散射的中子典型地由沿着测井工具的轴间隔开的中子探测器测量。测量中子探测器的计数率被转换成地层孔隙度的记录。中子孔隙度测井对于油田地层评价具有重大价值，许多油田操作人员利用来自使用²⁴¹Am(Be)源的测井工具的中子孔隙度测量结果建立了精细解释模型。

其它中子源具有不同于²⁴¹Am(Be)源的发射谱。例如，正如图1所示，放射性锎源在大约1MeV处具有峰值，其发射很少的超过6MeV的中子。基于加速器的中子发生器，例如DD(氘源-氘靶)和DT(混合的氘/氚源和靶，一般提供有50％-60％的氘和50％-40％的氚，压倒性的反应是氘-氚聚变)典型地发射单一能量的中子。例如，DD中子发生器典型地发射大约2.5MeV的中子，而DT中子发生器典型地发射大约14MeV的中子。因此，来自锎和DD中子源的中子通常主要经受弹性散射，而来自DT的中子经受非弹性和弹性散射，因为来自DT的中子在中子能量首先被非弹性散射降低后又经受弹性散射。

对于例如地层孔隙度之类的特定测量，使用AmBe源和两个探测器的工具已经主宰了市场。但是，因为与放射材料相关的安全问题，把AmBe作为源材料不再受欢迎。

发明内容

提供了基于加速器的中子发生器和包括该发生器的工具。根据本发明，中子发生器基本上仅用氚气体填充，以便产生氚-氚(T-T)聚变反应而基本排除其它反应。

在一个实施例中，中子发生器基本如共同拥有的授予Chen等美国专利5,293,410所示，除了该发生器基本仅由氚气体填充之外，其中上述美国专利通过全文引用结合于此。

在另一个实施例中，基本仅装有氚气体的中子发生器在运行时，使靶处在或靠近接地电压而离子源处在高的正极电位。

参考结合所提供的附图的详细描述，本发明的优点将对本领域技术人员变得显而易见。

附图说明

图1是显示了来自²⁴¹Am(Be)源、²⁵²Cf源、D-T中子发生器、D-D中子发生器的中子谱的图表。

图2是显示了由T-T聚变反应产生的中子谱的图表。

图2A是显示了叠加到图1的谱上的图2的谱的图表。

图3是根据本发明的一个实施例的中子发生器。

图4是显示了作为动能的函数的各种聚变反应的截面的图表。

图5是根据本发明的第二个实施例的中子发生器。

图6是使用氚-氚聚变反应中子发生器的钻孔工具。

具体实施方式

根据本发明，提供一种中子发生器系统，其基本仅使用T-T聚变反应以为中子钻孔工具产生中子。T-T聚变反应为 $T_3^1+T_3^1\→n_1^0+n_1^0+H_4^{2}e$ Q＝11.3MeV。为了本文描述的目的，术语“基本仅”表示中子发生器产生的所有中子的至少90％由T-T聚变反应产生。因为最终的状态是三-主体系统(一个氦原子加上两个中子)，中子的动能可以具有从非常低的能量到接近反应能量Q的数值范围。在所有例子中，中子的动能加上氦原子的动能的总和等于11.3MeV。

如Y.Vu Glebov测量，T-T聚变中子具有从2MeV到10MeV的能谱，如图2所示，惯性约束聚变试验中测量的T-T聚变中子谱(T-T Fusion NeutronSpectrum Measured in Inertial Confinement Fusion Experiment)，APS 48^th年会，等离子物理分部，2006年10月30日-11月3日PA费城。

如图2A所示，在该图中T-T聚变中子能谱被标定并叠加到图1的中子谱上(其中虚线表示超出图2中所提供的值的预期值)，T-T谱具有与²⁴¹Am(Be)谱基本类似的宽度，具有与²⁴¹Am(Be)谱类似的产生的能量高于6MeV的中子的概率，此时非弹性散射是主要能量损失机理，并具有与²⁴¹Am(Be)谱类似的产生的能量低于6MeV的中子的概率，此时弹性散射是主要能量损失机理。

现在参见图3，其中示出了根据本发明第一个实施例的中子发生器10。图3显示了可用在例如美国专利4,794,792，4,721,853或4,600,838中描述的测井工具中的中子发生器10，因此这些专利全都通过引用结合在这里。中子发生器10的主要组件有中空圆柱管11、离子源45、氚气体供应部件25、提取电极50和大的铜靶电极15，该中空圆柱管11由例如氧化铝陶瓷之类的绝缘材料制成，并且其各自纵向末端固定到陶瓷环12和导电环13。横向顶盖14和靶电极15分别封闭环12和13以提供气密性的圆柱状封套。环12包括横向平行布置的法兰6、7、8和9，正如下面更加完整详细描述的，这些法兰提供了电传导路径和对于发生器组件的坚固支撑。法兰6-9沿着环12在顶盖14和管11的相应末端之间基本等距地间隔开。氚气体供应部件25相对于发生器10的纵轴I-I横向设置，在第一法兰6和第二法兰7之间，且最靠近顶盖14。氚气体供应部件25包括螺旋缠绕的钨丝极(filament)26，其可以由来自气体供应功率部件105的电流加热到预先确定的温度，丝极26的两端26a和26b连接到气体供应功率部件105。

用于吸收和发射氚的锆或类似物的膜44被涂敷在丝极26的中间匝上以在发生器作业过程中提供氚的供应并控制气体压力。

当从膜44释放的氚气体在用于产生离子的封套中的气氛被收回时，更多的氚被发射以把封套气体压力恢复到与螺旋丝极26的中间部分的温度相当的程度。由膜44发射的氚通过法兰7-9中提供的孔扩散，也就是通过第二法兰7中的孔31、第三法兰8中的孔33和第四法兰9中的孔34、35扩散。发射的氚最终进入插入在气体供应部件25和对着环12的管子11末端之间的离子源45中。环形电绝缘器90插入在管子11和环12之间。中子发生器结构的更详细的细节可以在例如美国专利3,756,682或3,775,216或3,546,512中发现，这些专利也通过引用结合在这里。

离子源45包括圆柱形中空阳极57，该中空阳极57沿着发生器10的纵轴I-I排列，并且或者由网丝或者由线圈制成。一般，相对于阴极包括在100-300伏范围内的正电离电位(直流或者脉冲电流)被施加到阳极57。在本发明一个示例性实施例中，阳极57大约0.75英寸(1.9cm)长，直径大约为0.45英寸(1.14cm)。阳极57例如通过导电垫60刚性地固定到法兰9上。

离子源45也包括阴极80，该阴极80被置于靠近阳极57的外壁，相对于阳极处于基本中央的位置。阴极80包括电子发射体81，该电子发射体81包括当被加热时易于发射电子的块状材料。发射器81被固定到(例如通过钎焊)臂84的U形端部82上，臂84自身被固定到法兰8上。臂84还提供了发射器81和热阴极加热器电流部件100之间能够产生例如几瓦以加热发射器的电连接。加热器电流部件100本身是已知的(参见美国专利3,756,682，3,775,216或3,546,512)因此不需要进一步描述。根据另一个实施例，正如在前面结合进来的授予Chen等人的美国专利5,293,410中描述的，阴极80也可包括两个臂(与臂84类似)，每个在其端部各提供有一块扩散(dispenser)材料，两个臂都置于中空阳极57外面。这个实施例(阴极置于阳极外面)防止从阴极蒸发的材料涂敷在抑制栅极(suppressor)75的表面而导致增加的场发射。

在授予Chen等人的美国专利5,293,410中描述的又另一个实施例中，阴极80也包括在一个端部上提供有发射器的单个臂，该臂置于中空阳极57中，基本上在在该中空阳极57的中心。根据这个实施例，阴极发射表面被布置来使得电子发射垂直于离子源的轴。这个实施例减少了沉积于抑制栅极表面上的阴极材料的数量。

现在详细描述的是阴极80的结构。热电子阴极80包括发射器模块，该发射器模块包括形成底层的材料和易于发射电子的材料。这里的热电子阴极表示热阴极，与在没有被加热时发射电子的冷阴极相反。热电子阴极可以分为：(i)具有固有电子发射能力的那些，如果它们可以被加热到足够高的温度而不熔化(例如纯钨或钽或六溴化镧)，和(ii)应用使用低功函数材料的那些，或者施加到加热底层的表面(例如氧化钍涂敷钨、氧化物涂敷)(叫做“氧化物”阴极)，或者大量浸渍到多孔底层中(叫做“扩散”阴极)。热电子阴极的一般信息可以在的1960年Reinhold出版的W.Kohl编写“电子管材料和技术(Materials and Techniques for Electron Tubes)”一书中的第519-566页中发现，其通过引用结合在这里。换句话说，“氧化物”阴极涉及所谓的“表面”反应，而在“扩散”阴极则发生所谓的“体积”反应。“扩散”或“体积”类型阴极的一般信息可以例如在1976年12月的应用物理杂志(Journal of Applied Physics)第47卷12期第5272-5279页R.Forman撰写的文章“钨上的钡和钡氧化物的表面研究以及其在理解浸渍钨阴极的工作机理中的应用(Surface Studies of Barium and Barium Oxide on Tungsten and itsApplication to Understanding the Mechanism of Operation of an ImpregnatedTungsten Cathode)”或在1989年1月的电子装置IEEE会报(IEEE transactionson Electron Devices)第36卷1期中L.R.Falce撰写的文章“用于CRT和低成本行波管应用的腔体储存器扩散阴极(A Cavity Reservoir DispenserCathode for CRT’s and Low-cost Traveling-wave Tube Applications)”中发现。“氧化物”或“表面”类型的阴极在1960年3月的科学仪器回顾(The Reviewof Scientific Instruments)第31卷第3期第241-248页P.O.Hawkins和R.W.Sutton撰写的文章“快中子紧凑脉冲发生器(Compact Pulsed Generator of FastNeutrons)”中被描述；在1939年5月15日的物理回顾(Physics Review)第55卷第954-959页G.W.Scott，Jr撰写的“氢和氦离子的汇聚光束源(Focused Beam Source of Hydrogen and Helium Ions)”中描述；在美国专利3,490,944或美国专利3,276,974中描述；或者在1989年1月电子装置IEEE会报第36卷1期中C.R.K.Marrian和A.Shih撰写的文章“基于涂敷钨的扩散阴极在非理想真空中的工作(Operation of Coated Tungsten BasedDispenser Cathodes in Nonideal Vacuum)”中描述。所有上面提到的文献都通过引用结合进来。

本发明离子源的热电子阴极80优选为“扩散”或“体积”类型。与其它热电子类型的阴极(例如LaB₆或W)相比，当在适中的温度下运行时，用于氢环境中的扩散阴极使每个加热器功率单元的电子发射最大化。发射模块81包括由多孔钨制成的底层，该底层浸渍有易于发射电子的材料，例如由例如氧化钡和氧化锶的组合制成的化合物。每个阴极具有运行环境(气体压力和气体种类)的不同的易感性。已知扩散阴极对于真空要求最为苛刻且要求小心避免污染。优选地，假设从50到80mA的平均电子发射电流然而需要仅几瓦的加热器功率，扩散阴极在压力为几mTorr数量级的氢气体环境中可工作长达几百小时。

根据本发明的阴极80被提供有热阴极加热器电流部件100，部件100与离子源电压供应102不同。这样的实现方式允许更好地控制加热器电流部件100和电压供应102。

提取电极50被置于离子源45的端部，对着靶电极15，处于管子11和环12之间连接处的高度。提取电极50通过第五法兰32以相对于环12的固定关系被支撑。提取电极50包括大的环形主体46，该主体46例如由镍或例如由KOVAR(商标)之类的合金金属制成，并与管子11的纵轴I-I成一直线。主体46内的中间孔47沿离开离子源45的方向向外偏转，以在主体46的端部产生对着靶电极15的圆环形状轮廓51。光滑形状的轮廓51降低了由高的电场梯度引起的电压击穿的趋势。此外，提取电极50向电极之一提供了加速间隙72，其从源45驱使离子化的氚粒子到氚填充的靶73。靶73包括氚填充的钛或钪薄膜，其沉积在靶电极15的面对离子源45的横向侧面的表面。

在提取电极50和后面描述的抑制栅极电极75之间很大程度上建立了把氚离子向氚填充靶73加速的电势。抑制栅极电极75是凹的部件，向着靶电极15定向，并具有能使加速离子从间隙72到靶73的中央布置的孔78。孔78被置于靶73和提取电极50之间。抑制栅极电极75被连接到高电压供应部件103，该部件103也通过电阻“r”接地。为了防止离子轰击时电子被从靶73提取(这些被提取的电子称作“二次电子”)，抑制栅极电极75相对于靶电极15的电压处于负电压。

离开离子源45的离子的速度平均比已知的彭宁(penning)离子源的离子的速度低。因此，当电压脉冲被关闭的时刻，这些慢慢移动的离子倾向于在中子脉冲中产生尾部。端部尾部的出现对脉冲形状是有害的，因此通过向提取器增加截止电极而补偿，截止电极是网筛95的形式，并且例如通过焊接固定到提取电极50的孔47上，面对着离子源45。网筛95(截止电极)例如由高透明度的钼制成。截止电极95被施加了与施加到阳极57上的电压脉冲同步且互补的电压脉冲。施加到截止电极95的脉冲是正的，例如为100到300伏。在另一个实施例中，截止电极95不是被施加了电压脉冲而是保持在例如几伏的正电压。这种低的正电压防止离子束中在脉冲端部产生的慢离子离开离子源，从而允许人们截去离子束的末端部分，进而在中子脉冲端部提供了急剧的切断(也就是短的衰减时间)。截止电极95优选地由球冠形状的金属网格制成，其凹处对着靶73。部分网筛95可以突出进入圆柱形中空阴极57内。

在另一个实施例中，(其中提取电极50上没有提供截止网筛95)，通过向提取电极50施加正电压脉冲而截断离子束末端尾部。

为了产生中子的控制输出，连续地或循环脉冲地，离子源电压供应部件102向轰击离子束提供功率。对于脉冲操作，在离子源电压供应102的输出处提供离子源脉冲发生器101，以调节向离子源的电压供应操作。离子源脉冲发生器101具有连接到阳极57(通过法兰9)的直接输出和连接到提取电极50的补充输出。高电压供应103、离子源电压供应102和离子源脉冲发生器101可以是例如已经提到的美国专利3,756,682或3,546,512中描述的任何合适的类型。气体供应部件调节器104(连接到高电压供应部件103)通过气体供应功率部件105借助控制封套内的气体压力而调节离子束的强度。流过电阻r的电流提供了离子束电流的测量，这能使得气体供应调节器104相应地调节发生器气体压力。此外，高电压供应103形成的电压直接施加到抑制栅极电极75并通过电阻R施加到靶电极15。这样形成的电压分别提供了加速和抑制电压。在操作过程中，电流以气体供应调节部件104调节的数量通过氚气体供应25的丝极26，以在发生器封套内实现足以获得期望的离子束电流和发生器运行的特别条件的氚压力。

在提取电极50和抑制栅极电极75之间建立的高电压产生了陡的电压梯度，该电压梯度把氚离子从提取电极50的电极孔47向着靶73加速。传递给离子的能量足以启动轰击离子和靶原子核之间的中子产生反应并以新的靶材料补充靶。在短期的离子轰击后，实现从10⁷到10⁹个中子/秒范围内的连续或脉冲的中子输出。

正如前面描述的，调节器104调节供应到丝极26的功率，从而控制管气体压力和离子束强度以产生期望的中子输出。如果中子输出应由于电流的增加而增加，则通过电阻的电流的相应增加导致调节器104减少丝极的电源，从而降低了发生器内的气体压力。较低的气体压力有效地减少了可获得的用于加速的离子的数量，从而把中子输出恢复到稳定的预先确定的值。类似地，通过电阻的电流的降低导致调节器104增加发生器气体压力。

如果需要，中子输出可以被直接监测，或者离子源电压供应或者高电压电源可以自动或手动控制以实现稳定的发生器运行。

在图4中，T-T聚变反应的截面被显示为发射氚离子的动能的函数。还显示了对于D-D反应、D-T反应(其中氘被发射并与靶上的氚反应)和T-D反应(其中氚被发射并与靶上的氘反应)，截面是动能的函数。在80keV以下，T-T聚变截面大于D-D截面。因为目前本领域使用的密封中子发生器中入射在靶上的超过90％的离子束发射是分子离子，所以进行聚变的大多数入射粒子核具有低于80keV的动能。而且，每个T-T聚变反应产生两个中子。因此，每单位离子束电流的中子输出通量对于T-T中子发生器很可能高于D-D中子发生器。仅通过举例的方式，在150kV下以200微安离子束电流运行的T-T中子发生器将发射出大约4×10⁷个中子/秒的中子通量。

现在参考图5，提供了根据本发明另一个实施例的接地靶中子发生器410。相对于图3中的中子发生器10，接地靶中子发生器410提供了增加的中子输出。具体地，接地靶中子发生器410包括密封加速管431，密封加速管431包含有带有T-T压力控制装置422的离子源421、电极423、带有浸入氚的接地靶425的靶安装组件424、抑制电极426和高压绝缘器427。在管壳体431的两端都提供有密封环428，同样提供有电流馈通元件429、429a。加速间隙区域430位于离子源电极423和靶电极426之间。关于图5中的中子发生器结构的另外的细节可以在英国申请GB2429832A中发现，将该文献通过引用结合在这里的。

根据本发明的另一方面，应当意识到也可以使用除图3和5所示的以外的氚-氚聚变反应中子发生器，倘若它们适合包括在钻孔工具中。优选地，氚-氚聚变反应中子发生器能够产生至少5×10⁶个中子/秒(n/sec)。更优选地，氚-氚聚变反应中子发生器能够产生至少1×10⁷n/sec。最优选地，氚-氚聚变反应中子发生器能够产生至少4.7×10⁷n/sec或更多。中子发生器产生的中子越多，钻孔工具的运行速度越高。此外，因为中子发生器用于钻孔工具中，中子发生器的直径优选地低于10英寸，更优选地低于8英寸，更加优选地低于6英寸，最优选地低于4英寸。

使用氚-氚聚变反应中子发生器的钻孔工具500显示在图6中，中子发生器例如为图3或图5中的发生器。更具体地说，钻孔工具500优选为补偿中子测井工具，或双探测器中子工具，该双探测器中子工具可以被用于确定钻孔554跨过的地下地质地层558的孔隙度系数。流体密封的抗压壳体550在钻孔554中通过铠装电缆552悬挂。电缆552包括绝缘导体，该绝缘导体把壳体550内的设备与地面上的地面处理电路556电连接。绞车(未示出)位于地面上，并被用于下放或举升钻孔554内的测井工具500的壳体550，以穿过地下地质地层558。

如图所示，钻孔554可以是干的，也可以充填有钻井泥浆560。为了减少泥浆560的影响，例如弹力致动臂562这样的分散机构可以被枢轴连接到壳体550，并促使其相对侧面靠着钻孔壁，以防止泥浆560进入到壳体550和地层558之间。

氚-氚聚变反应中子发生器564，例如图3或图5所示的发生器，被放置在壳体550的最下端，靠近紧邻地层558的侧面。因为中子发生器在各个方向内以相等的概率发射中子，铜的中子屏蔽物566可以放置在中子发生器564大部分的周围，当然除了与钻孔壁相邻的侧面之外。这样的屏蔽物从而把最大可能数量的中子向着地层558的相邻部分分散，从而提高了测量的统计精确程度。

由中子发生器564传输(发射)的中子扩散穿过地层558。接着中子由短间隔的中子探测器568和长间隔的中子探测器570记录，上述探测器安装在壳体内，在中子发生器564之上并通常与发生器564成一直线。典型地，近的和远的探测器568、570或信号传感器，每个包括充满有中子敏感气体(例如氦-3)的中空圆柱形阴极。圆柱体中心的阳极线(未示出)产生通过填充气体的圆柱体的电压梯度，这能使得作为气体核子内中子吸收的结果产生的电离的核粒子在探测器电极内建立带电脉冲。长间隔或远的探测器或信号传感器570比短间隔或近的探测器或信号传感器568具有大得多的体积，以对中子更敏感。提供这种具有不同敏感度的探测器的布置以补偿随着离开信号源564的距离增加导致的中子数量指数式降低。

应当注意到术语“近的探测器”、“短间隔”的探测器或信号传感器“与信号源间隔最少的距离”被用于描述传统地用在例如测井工具500这样的测井工具中的探测器，其中探测器或信号传感器568与中子发生器564的间隔是在探测器测量地层558期望性质的能力与提供从信号传感器的期望信号的最好垂直分辨率之间的最优折衷。换句话说，如果探测器靠中子发生器564太近，不能进行期望的测量。此外，前面的术语不意欲包括非功能性的或非操作性的探测器。

在按照传统的方式除去干扰噪声和放大之后，来自探测器568和570的脉冲或传感器信号(计数率的表示)被传输到井下信号处理电路572，以通过铠装电缆552分别通过两个导体574和576传递到地面处理电路556。钻孔尺寸指示可以通过与分散臂562结合在一起的测径仪578获得。测径仪578通过电缆552内的导体580按照传统的方式把表示钻孔直径的信号传递到地面处理电路556。

地面处理电路556可以被用于获取由探测器568和570提供的信息并产生关于地层的信息，例如孔隙度。因为处理数据的方式在现有技术中已众所周知。这里就不更加详细的描述。可以参见已经在前面引用结合的美国专利4,794,792，4,721,853或4,600,838。

这里已经描述和显示了与中子测井工具相关的方法的几个实施例。虽然已经描述了本发明具体的实施例，但是不意欲用其限制本发明，因为本发明的范围应如现有技术所允许的那样宽泛，并且对于说明书也应类似地理解。因此，虽然氚-氚中子发生器已经参照线缆工具进行了描述，应当认识到中子测井工具可以是随钻测井LWD工具或其它类型的工具。此外，虽然中子测井工具已经具体参见确定孔隙度进行描述，但是本领域技术人员应当认识到中子测井工具可以同样用于其它目的。此外，虽然已经描述了双探测器的工具，但是应当意识到同样可以使用单个探测器或更多的探测器。同样，虽然具体的氚-氚中子发生器被描述使用在中子测井工具中，但是应当意识到可以使用其它氚-氚中子发生器。此外，虽然中子发生器产生的全部中子的至少90％(也就是“基本上全部”)是由T-T聚变反应产生的中子发生器是优选的，但是全部中子的至少95％是由T-T聚变反应产生的中子发生器是更优选的。最优选的是全部中子的至少99％是由T-T聚变反应产生的中子发生器。因此，本领域技术人员应当意识到，在没有偏离其要求保护的精神和范围的情形，还可对所提供的发明进行其它的改变。

Claims (13)

1、一种用于穿过地层的钻孔中的工具，包括：

a、壳体；

b、中子发生器，被氚气体填充，以便由所述中子发生器产生的中子基本仅由氚-氚聚变反应产生；和

c、与所述中子发生器间隔开的至少一个中子探测器，其中所述中子发生器和所述至少一个中子探测器位于所述壳体内。

2、如权利要求1所述的工具，其中：

所述中子的至少95％由氚-氚聚变反应产生。

3、如权利要求2所述的工具，其中：

所述中子的至少99％由氚-氚聚变反应产生。

4、如权利要求1所述的工具，其中：

所述至少一个中子探测器包括至少两个中子探测器。

5、如权利要求1所述的工具，还包括：

位于所述壳体内且在所述中子发生器和所述至少一个中子探测器之间的中子屏蔽物，所述中子屏蔽物防止中子没有首先离开所述壳体而离开所述中子发生器并到达所述至少一个中子探测器。

6、如权利要求1所述的工具，其中：

所述中子发生器产生至少5×10⁶个中子/秒。

7、如权利要求6所述的工具，其中：

所述中子发生器产生至少1×10⁷个中子/秒。

8、如权利要求7所述的工具，其中：

所述中子发生器产生至少4.7×10⁷个中子/秒。

9、如权利要求1所述的工具，其中：

所述中子发生器包括充填有氚的螺旋缠绕的丝极和充填有氚的靶。

10、如权利要求9所述的工具，其中：

所述螺旋缠绕的丝极由钨和涂覆在所述钨上的膜组成，其中所述膜吸收和释放氚。

11、如权利要求10所述的工具，其中：

所述靶包括堆积在靶电极上的氚填充的钛或钪薄膜。

12、如权利要求1所述的工具，其中：

所述中子发生器具有氚填充的接地的靶。

13、一种用于穿过地层的钻孔中的工具，包括：

a、壳体；

b、位于所述壳体内的中子发生器，被氚气体填充，以便由所述中子发生器产生的中子至少95％由氚-氚聚变反应产生，所述中子发生器每秒能够产生至少1×10⁷个中子；

c、位于所述壳体内并与所述中子发生器间隔开的两个中子探测器，其中，所述两个中子探测器的第一个与所述中子发生器间隔开第一距离，所述两个中子探测器的第二个与所述中子发生器间隔开比第一距离大的第二距离；和

d、位于所述壳体内且在所述中子发生器和所述至少一个中子探测器之间的中子屏蔽物，所述中子屏蔽物防止中子没有首先离开所述壳体而离开所述中子发生器并到达所述至少一个中子探测器。

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