CZ2020458A3 - Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny - Google Patents
Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2020458A3 CZ2020458A3 CZ2020458A CZ2020458A CZ2020458A3 CZ 2020458 A3 CZ2020458 A3 CZ 2020458A3 CZ 2020458 A CZ2020458 A CZ 2020458A CZ 2020458 A CZ2020458 A CZ 2020458A CZ 2020458 A3 CZ2020458 A3 CZ 2020458A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sample
- shielding
- evaluation unit
- annular
- measuring
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 8
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 8
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 7
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 241001664510 Saussurea costus Species 0.000 description 5
- 235000006784 Saussurea lappa Nutrition 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 2
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- MDPBAVVOGPXYKN-UHFFFAOYSA-N [Y].[Gd] Chemical compound [Y].[Gd] MDPBAVVOGPXYKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ANDNPYOOQLLLIU-UHFFFAOYSA-N [Y].[Lu] Chemical compound [Y].[Lu] ANDNPYOOQLLLIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003947 neutron activation analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000010454 slate Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- ZSLUVFAKFWKJRC-UHFFFAOYSA-N thorium Chemical compound [Th] ZSLUVFAKFWKJRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N uranium Chemical compound [U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U] DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/167—Measuring radioactive content of objects, e.g. contamination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
- G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
- G01V5/06—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging for detecting naturally radioactive minerals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Zařízení slouží k měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku (1) horniny, zejména ve vrtném jádru. Součástí zařízení je alespoň jeden detekční prostředek pro měření ionizujícího záření vystupujícího ze vzorku (1). Další součástí je alespoň jeden prostředek pro polohování vzorku (1). Zařízení rovněž zahrnuje alespoň jedno stínění vzorku (1) a/nebo detekčního prostředku před působením radiačního pozadí, a alespoň jednu vyhodnocovací jednotku (2) komunikačně propojenou s detekčním prostředkem. Podstata vynálezu je založena na skutečnosti, že detekční prostředek sestává z alespoň jedné prstencovité sestavy (3) složené nejméně ze tří prstencových segmentů uspořádaných vedle sebe tak, že krajní prstencové segmenty (4) jsou stínící pro stínění radiačního pozadí. Současně je mezi krajními stínícími prstencovými segmenty (4) umístěn alespoň jeden detekční prstencový segment (5), který je opatřen alespoň jedním detektorem (6) ionizujícího záření, přičemž prostředek pro polohování vzorku (1) je uzpůsoben pro posun vzorku (1) skrze prstencovitou sestavu (3).
Description
Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny
Oblast techniky
Vynález se týká geologické analýzy obsahu přírodních radionuklidů ve vrtných jádrech z průzkumných vrtů pomocí KUTh gama karotáže pro popis geologického profilu a geologické aktivity oblasti zkoumané pomocí průzkumných vrtů.
Dosavadní stav techniky
Význam přirozené radioaktivity hornin byl znám odborníkům z oblasti geologie již na začátku 20. století. K masivnějšímu rozvoji prospekčních metod využívajících přirozenou radioaktivitu hornin a ionizující záření dochází zejména po 2. světové válce. Již ve 40. letech minulého století bylo zveřejněno v přihlášce vynálezu US 2 640 161 (A) zařízení pro měření radioaktivity v geologickém vrtu. S rozvojem oblasti geologického průzkumu pomocí radioaktivity přibývají i známé metody prospekce např. zveřejněné v přihláškách vynálezů s označením GB 908 485 (A) a GB 1 160 747 (A).
V současnosti je možné prospekční metody, tzv. karotáže, založené na ionizujícím záření, rozdělit např. dle principu, který využívají. Mezi známé karotáže patří například spektrální gama karotáž, dále karotáž gama-gama, dále např. karotáž neutron-neutron, dále karotáž neutron-gama, která je jinak v řadách odborné veřejnosti známá pod svoji anglickou zkratkou PGNAA (Prompt Gama Neutron Activation Analysis), dále neutronová karotáž, či například karotáž gama neutron. Ionizující záření použité v průběhu karotáže je buď z horniny přirozeně vystupující, neboje použito účelově vygenerované ionizující záření, načež se měří jeho odraz a rozptyl na hornině, případně se měří horninou vygenerované sekundární ionizující záření.
Současně je možné výše uvedené metody karotáže kategorizovat podle způsobu aplikace. Například se jedná o měření radioaktivity během procesu hloubení vrtu, v rámci kterého jsou detekční prostředky součástí vrtného tělesa, přičemž se pohybují skrze horninu společně s vrtnou hlavou. Jiným známým způsobem aplikace je spouštění detekčních prostředků do již vyhloubeného vrtu, který může být zpevněn pažením, avšak za cenu změny podmínek propustnosti některých složek přirozeného ionizujícího záření. Dalším způsobem aplikace karotáže pracující s ionizujícím zářením je měření mimo vrt, při kterém se měření provádí na materiálu získaného z vrtu, tzv. vrtných jádrech.
Výše zmiňovaný rozvoj prospekčních metod se týkal zejména jejich aplikace uvnitř vrtů, přičemž byla překvapivě menší pozornost věnována měření vrtných jader. Tento trend se v posledních letech mění a objevují se snahy o přesné měření vrtných jader. Jedním z důvodů je získání přesnějších informací z již existujících vrtných archivů a komplexní hodnocení při kombinaci metod prospekce. Příkladem takových snah jsou známé vynálezy například z dokumentů KR 2017/0121546 A a KR 101552954 B.
V rámci gama karotáže se provádí měření slabé přirozené gama radioaktivity hornin pro stanovení kvality ložisek nerostných surovin. Měřená přirozená gama radioaktivita hornin pochází od primordiálních radionuklidů 40K, 238U, a 232Th v nich obsažených, a od kterých dostala svůj název KUTh gama karotáž. Známé používané detekční jednotky na KUTh gama karotáž měří buď pouze celkovou radioaktivitu, nebo mají i spektrometrické vlastnosti. Díky energetickému rozlišení ve známých detekčních jednotkách je možné určit poměr zmíněných radionuklidů, a tím stanovit geologické složení litologicky oddělených oblastí, či dokonce mineralogické složení sedimentů. Je možné například charakterizovat typ a složení jílu, případně odlišit slídový písek od břidlice atp.
- 1 CZ 2020 - 458 A3
V detekčních jednotkách se dříve k měření ionizujícího záření používaly Geiger-Můllerovy detektory, avšak v současné době byly nahrazeny scintilátory s fotocitlivými prvky. Scintilátor je materiál, ve kterém se při dopadu ionizujícího záření vygeneruje světelný záblesk. Intenzita světelného záblesku je úměrná energii, kterou kvantum ionizujícího záření ve scintilátoru zanechalo. Tento světelný záblesk fotocitlivý prvek přemění na elektrický signál. Signál je posléze zpracován a digitalizován elektronickým řetězcem a přenesen do vyhodnocovací jednotky. Získaná informace ze scintilátoru je tím kvalitnější, čím lépe v něm ionizující kvanta deponují svoji energii. Obecně proto platí, že by scintilátor by měl mít co nejvyšší hustotu, a měl by obsahovat co nejtěžší prvky, tzn. prvky s co nevyšším protonovým číslem Z.
Fotocitlivým prvkem zpravidla bývá fotonásobič, fotodioda, lavinová fotodioda tzv. APD (avalanche photodiode), nebo tzv. křemíkový fotonásobič SiPM (silicon photomultiplier). Odborníci mohou do této kategorie zařadit i další světlocitlivé prvky, například na bázi grafenu, atp. Elektronický řetězec zpravidla zahrnuje předzesilovač a zesilovač signálu, mnohokanálový analyzátor, datovou sběrnici, zdroj napětí pro fotocitlivý prvek a případně další komponenty.
V současné době je ve výše uvedených aplikacích jako scintilační materiál nejvíce rozšířen jodid sodný dopovaný thaliem (NaETl), nicméně scintilační materiály na bázi monokrystalických aluminátů a silikátů se začínají rovněž používat. Příklady takových nově využívaných scintilačních aluminátů, bez nároku na úplnost výčtu, jsou perovskity a granáty dopované cerem, praseodymem, neodymem a europiem, a dále lutecium-ytrium silikát, a další.
Ukázkou známých detekčních jednotek jsou například vynálezy z dokumentů CN 110018510 A a CN 106019358 A. Oba vynálezy měří vzorky hornin v podobě vrtných jader. Vynalezená zařízení zahrnují odstíněné ozařovací stolky, do kterých se vrtná jádra zafixují.
Nevýhody výše uvedených zařízení spočívají v tom, že se jedná o robustní zařízení. Robustnost obou zařízení je dána nutností dostatečně odstínit všudypřítomné přirozené radiační pozadí, neboť použité řešení detektorů s velkými NaETl scintilátory v zařízeních je na toto záření v pozadí příliš citlivé. Navíc je pracovní cyklus na zařízeních časově zdlouhavý, neboť vyžaduje operační kroky: otevřít stínění zařízení, umístit vrtné jádro na ozařovací stolek, uzavřít stínění zařízení, provést měření, otevřít stínění zařízení, vyjmout změřené vrtné jádro, a opakovat celý cyklus s novým vrtným jádrem.
Úkolem vynálezu je vytvoření zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku hominy, zejména reprezentovaném vrtným jádrem, které by bylo opatřeno detektorem schopným rozlišit mezi žádoucím přirozeným ionizujícím zářením vystupujícím z radionuklidů obsažených v hornině a mezi přirozeným radiačním pozadím přítomným za stíněním, které by bylo dobře transportovatelné a sestavitelné i v podmínkách nasazení mimo laboratorní objekty, a které by dokázalo zkrátit pracovní cyklus o kroky spojené s otevíráním a uzavíráním stínění.
Podstata vynálezu
Vytčený úkol je vyřešen vytvořením zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny, zejména ve vrtném jádru podle níže uvedeného vynálezu.
Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku hominy, a to zejména ve vrtném jádru, zahrnuje alespoň jeden detekční prostředek pro měření ionizujícího záření vystupujícího ze vzorku. Detekční prostředek zahrnuje detektor, který sestává ze scintilátoru, fotocitlivého prostředku a elektronického řetězce. Zařízení dále zahrnuje alespoň jeden prostředek pro polohování vzorku. A současně zařízení zahrnuje alespoň jedno stínění vzorku a/nebo detekčního prostředku před působením radiačního pozadí. Nedílnou výbavou zařízení je alespoň jedna vyhodnocovací jednotka, která je komunikačně propojená s detekčním prostředkem datovou sběrnicí, např. USB, CAN, nebo jinou.
-2 CZ 2020 - 458 A3
Podstata vynálezu spočívá v tom, že detekční prostředek je sestaven z alespoň jedné prstencovité sestavy složené alespoň ze tří prstencových segmentů uspořádaných vedle sebe. Každá prstencovitá sestava obsahuje alespoň jeden segment s detektory uspořádaný uprostřed prstencovité sestavy a alespoň dva stínící segmenty, každý uspořádaný na kraji prstencovité sestavy. Prstencovitá sestava může mezi krajními stínícími segmenty obsahovat více segmentů s detektory a více stínících segmentů, které jsou proloženy mezi sousedící detekční segmenty. Stínící prstencové segmenty tvoří stínění radiačního pozadí. Segment s detektory je opatřen alespoň jedním detektorem ionizujícího záření. Současně je prostředek pro polohování vzorku uzpůsoben pro posun vzorku skrze prstencovitou soustavu. Rovněž je důležité, že detektor zahrnuje tyčový scintilátor a alespoň jeden fotocitlivý prostředek pro sběr světelných záblesků z tyčového scintilátoru. Scintilátor je vytvořen z monokrystalického, nebo polykrystalického, materiálu ze skupiny aluminátů dopovaných cerem, praseodymem, europiem, neodymem. Ověřenými materiálovými kandidáty jsou materiály ze skupiny, LuYAG:Ce, GAGG:Ce, GYGAG:Ce, LuGAGG:Ce.
Scintilátor podle vynálezu vykazuje řadu výhod. Například použití scintilátoru ze skupiny aluminátů nebo silikátů, zejména z materiálu GAGG:Ce, přináší výhody vtom, že každý z detektorů má dostatečnou detekční účinnost i při malém rozměru. Malý rozměr detektoru pak přináší výhody v nižším přirozeném pozadí. Použití scintilátoru GAGG:Ce tedy přináší lepší poměr signál/pozadí, než je tomu u jiných tradičních scintilátorů, např. jodidu sodného dopovaného thalliem (NakTl). To proto, že protonové číslo jódu je 53, zatímco protonové číslo gadolinia je 64.
Přínosem vynálezu je za prvé jeho modulární stavba. Prstencovitou sestavu lze rozebrat na jednotlivé segmenty, což usnadňuje instalaci/demontáž a transport zařízení. Další velkou výhodou vynálezu je to, že je možné použít v sérii více prstencovitých sestav pro jeden vzorek. Platí pravidlo, že čím více sestav se použije, tím přesnější měření bude, nebo bude kratší doba měření vzorku při zachování přesnosti. V neposlední řadě je výhodný prstencový tvar z důvodu, že se vzorky vkládají a odebírají z boku, čímž se ušetří čas s otevíráním a zavíráním stínění nad prostorem měření.
S výhodou je prostředek pro polohování vzorku opatřen senzorem posunutí vzorku. Data ze senzorů, zejména jsou-li odesílána přímo do vyhodnocovací jednotky, pomohou k měřeným datům lépe přiřadit místo a stav vzorku, se kterým souvisejí.
Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu je fotocitlivý prostředek tvořen alespoň jedním fotonásobičem, nebo fotodiodou, nebo lavinovou fotodiodou, nebo křemíkovým fotonásobičem SiPM. S výhodou je zařízení opatřeno alespoň jedním prostředkem pro sledování projevů změn teploty na funkci detektoru ionizujícího záření. Tento prostředek může být založen na měření teploty v různých částech detektoru, měření jiných charakteristik detektoru, např. temného proudu nebo termického šumu, nebo zjišťováním krátkodobých odchylek pozic vybraných fotopíků nuklidů KUTh ve spektru ionizujícího záření. Zjišťování odchylek pozic fotopíků nuklidů KUTh pracuje s expozičním příkonem na úrovni běžného pozadí a nevyžaduje použití jiných zdrojů záření. Součástí zařízení je hardwarově nebo softwarově realizovaná průběžná korekce vlivu teploty, a to buď změnou napětí, které napájí fotocitlivý prostředek, nebo změnou zesílení elektronického řetězce.
Je výhodné, pokud se stínění prostředního prstencového segmentu skládá z materiálů, které pohlcují záření gama nebo zpomalují a pohlcují neutrony, případně ze směsi těchto materiálů, slitin nebo z jejich kompozita (dále jen stínící materiály nebo kompozity). Materiály, které pohlcují záření gama, jsou ze skupiny kovů olovo, wolfram, baryum, měď, železo, nikl, chróm. Materiály, které zpomalují neutrony, obsahují organické látky a polymery. Bez nároku na úplnost výčtu jsou to například polymethylmethakrylát (PMMA), polyetylén (PE), polypropylén (PP), parafín, bitumen a jiné. Materiály, které pohlcují neutrony, jsou lithium a bór, jejich sloučeniny, slitiny,
-3 CZ 2020 - 458 A3 směsi a kompozity. Je výhodné, pokud jsou krajní prstencové segmenty vyrobeny z uvedených stínících materiálů nebo kompozitů.
Do výčtu výhod vynálezu patří zejména modulární koncepce, která usnadňuje transport, montáž a demontáž. Dále použité scintilátory, které umožňují snížit množství materiálu použitého ke stínění, a tím zařízení jako celek odlehčit, oproti známým robustným konstrukcím. Dobrý poměr signál/pozadí samotného detektoru pak představuje konstrukční výhodu celého zařízení, neboť pro dosažení požadované detekční účinnosti stačí jen menší množství stínících materiálů nebo kompozitů, ze kterých je vyrobeno stínění detektorů od záření gama nebo neutronů z přirozeného pozadí. S tím je podpořena další výhoda, že zařízení je lehké, a tedy jej lze snadno transportovat. Navíc snížení množství olova, které je potřeba ke stínění detektoru, přináší další výhodu, kterou je to, že olovo obvykle obsahuje malé, leč měřitelné množství přirozeného izotopu 210Pb s poločasem rozpadu 22 let. Pokud stínění obsahuje méně materiálu, např. olova, pak se sníží i přirozené radiační pozadí generované tímto izotopem. Výhodou neposlední v řadě z pohledu významu je to, že je možné zasouvat vzorky z boku zařízení do otvorů prstenců, takže není nutné složitě otevírat stínění okolo měřicího prostoru. Pro měření vzorků méně obvyklých rozměrů, zejména krátkých, však mohou být prstence uzpůsobeny pro otevírání shora za účelem vložení vzorku.
Objasnění výkresů
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:
obr. 1 schematicky znázorňuje koncepci vynálezu, obr. 2 schematicky znázorňuje kolmý řez prostředním prstencovým segmentem osazeným třemi detektory, obr. 3 ukazuje příklad spektra naměřeného pomocí vynálezu. Pomocí vynálezu bylo měřeno modelové vrtné jádro o průměru 80 mm, které obsahuje 148 ppm uranu, 22 ppm thoria a produkty jejich rozpadu. Vodorovná osa reprezentuje energii záření v elektronvoltech, a svislá osa ukazuje četnost detekovaných kvant radioaktivního záření o dané energii. Naměřené spektrum obsahuje píky charakteristické pro jednotlivé izotopy rozpadových řad uranu 238 a thoria 232.
Příklad uskutečnění vynálezu
Na obr. 1 je vyobrazeno schéma zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku 1 hominy, zejména ve vrtném jádru. Vzorek 1 má tvar válce o průměru obvykle větším než 50 mm a menším než 95 mm a délky větší než 350 mm, nebo dlouhého hranolu, kterému může být opsán uvedený válec. Detekční prostředek zařízení na obr. 1 je tvořen dvěma prstencovitými sestavami 3, avšak obr. 1 naznačuje, že je možné mezi tyto dvě vyobrazené prstencovité sestavy 3 zařadit další. Množství prstencovitých sestav 3 volí provozovatel zařízení s ohledem na požadovanou přesnost a rychlost měření.
V jiných možných nevyobražených uskutečněních vynálezu jsou prstencovité sestavy poskládány následovně:
• krajní stínící segment, detekční segment, středový stínící segment, detekční segment, krajní stínící segment • krajní stínící segment, detekční segment, detekční segment, středový stínící segment, detekční segment, detekční segment, krajní stínící segment
-4 CZ 2020 - 458 A3
Odborník je schopen rutinní prací navrhnout další řádku variací uspořádání segmentů a prstencovitých sestav podle plánované aplikace vynálezu, a to díky stavebnicové podstatě vynálezu.
Dále j e na obr. 1 znázorněn přenosný počítač j ako příklad vyhodnocovací j ednotky 2, do které j sou přenášeny digitalizované signály z měření. Jako vyhodnocovací jednotka 2 může být použit průmyslový počítač, stolní počítač, a jiné podobné zařízení, jehož hardware dokáže přijímat signály měření, archivovat je, vyhodnotit, a informace z měření zprostředkovat uživateli v čitelné formě.
Vzorek 1 reprezentovaný vrtný jádrem je podélné válcové těleso. Vrtné jádro může být opatřeno vhodným obalovým materiálem, nebo, pokud je konzistentní, zůstane holé. Vzorek 1 je do prstencovitých sestav 3 zasouván prostředkem pro polohování vzorku E Prostředek pro polohování vzorku 1 není na obr. 1 vyobrazený pro zachování přehlednosti, avšak posuv vzorku 1 je naznačen šipkou. Prostředkem pro polohování vzorku 1 může být lineární vedení, průmyslové robotické rameno atp. Odborník bude schopen rutinní inženýrskou prací navrhnout použití známých polohovacích řešení.
Prstencovitá sestava 3 je složena z krajních prstencových segmentů 4, které jsou vyrobeny z olova nebo jiného stínícího materiálu nebo kompozitu pro odstínění přirozené radiace pozadí. Prostřední prstencový segment 5 sestavy 3 je opatřen alespoň jedním detektorem 6, avšak ideálně třemi detektory 6 rozmístěnými v prstencovém segmentu 5 v rozestupech po 120° viz obr. 2. Vyšší počet detektorů 6 v prostředním prstencovém segmentu 5 je možný. Prostřední prstencový segment 5 se skládá z materiálů, které pohlcují záření gama nebo zpomalují a pohlcují neutrony, případně ze směsi těchto materiálů, slitin nebo z jejich kompozitů.
Detektory 6 obsahují tyčový scintilátor z materiálu GYGAG:Ce (gadolinium-yttrium galium-aluminium gamet dopovaný cerem), nebo jsou tyčové scintilátory z jiného aluminátu. Tyčové znamená, že jejich výška je větší, než šířka. Jako další osvědčené materiály lze uvést LuYAG:Ce, GAGG:Ce, LuGAGG:Ce. Tento výčet se týká vyzkoušených scintilátorů.
V detektore 6 je k tyčovému scintilátorů je připojeno pole fotodiod typu SiPM, tj. tzv. „silicon photomultiplier“, nebo jiné odborníkovi známé fotocitlivé prostředky. Například fotonásobiče, lavinové fotodiody atp. Fotocitlivé prostředky mění scintilační signál krystalu na elektronický puls a elektronický řetězec 8 tento puls zpracuje, digitalizuje a připraví ho pro přenos po datové sběrnici 7 do vyhodnocovací jednotky.
Detektor 6 dále obsahuje systém kontroly teploty v oblasti SiPM. Systém kontroly teploty může obsahovat teplotní čidlo, například termistor, nebo využívá nějakou z charakteristik SiPM, například temný proud, posun spektra kalibračního izotopu apod.
Každý z detektorů 6 obsahuje elektronický řetězec 8 pro zpracování signálu. Elektronický řetězec 8 zahrnuje: předzesilovač a zesilovač signálu, dále mnohokanálový analyzátor, dále převodník pro komunikaci s vyhodnocovací jednotkou prostřednictvím datové sběrnice 7, dále zdroj bias napětí pro fotodiody SiPM nebo jiný fotocitlivý prostředek, dále systém kontroly teploty, dále zpětnou vazbu buď pro úpravu bias napětí, a nebo pro úpravu zesílení elektronického řetězce 8 dle teploty fotocitlivého prostředku, a dále zpětnou vazbu pro úpravu teploty SiPM, např. pomocí Peltierova článku. Odborník z oblasti elektroniky a elektrotechniky bude schopen navrhnout alternativní typy hardware.
Vyhodnocovací jednotka 2 je opatřena datovým úložištěm, na kterém se nacházejí softwarové moduly, které přijímají naměřené provozní veličiny detektorů, na základě kterých může vyhodnocovací jednotka 2 posuzovat vliv provozní teploty na činnost zařízení. Kompenzovat vliv provozní teploty na činnost zařízení umožňují algoritmy ze softwarových modulů řízením provozních parametrů zařízení.
- 5 CZ 2020 - 458 A3
Detektor 6 funguje jako čítač pulsů vyvolaných částicemi ionizujícího záření, rovněž ho lze použít jako spektrometr. Detektor 6 tak umožňuje vytvářet histogramy amplitudy pulsů vyvolaných částicemi ionizujícího záření v rozsahu energií 10 keV až 3000 keV. Příklad takového spektra je na obr. 3.
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny, zejména ve to vrtném jádru, podle vynálezu nalezne uplatnění v geologickém mapování horninového prostředí a ložisek nerostných surovin.
Claims (13)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku (1) horniny, zejména ve vrtném jádru, zahrnující alespoň jeden detekční prostředek pro měření ionizujícího záření vystupujícího ze vzorku (1) vybavený elektronickým řetězcem, alespoň jeden prostředek pro polohování vzorku (1), alespoň jedno stínění vzorku (1) a/nebo detekčního prostředku před působením radiačního pozadí, a alespoň jednu vyhodnocovací jednotku (2) komunikačně propojenou s detekčním prostředkem, vyznačující se tím, že detekční prostředek sestává z alespoň jedné prstencovité sestavy (3) složené nejméně ze tří prstencových segmentů uspořádaných vedle sebe tak, že krajní prstencové segmenty (4) jsou stínící pro stínění radiačního pozadí, a mezi krajními stínícími prstencovými segmenty (4) je umístěn alespoň jeden detekční prstencový segment (5), který je opatřen alespoň jedním detektorem (6) ionizujícího záření, který zahrnuje tyčový scintilátor a alespoň jeden fotocitlivý prostředek pro sběr scintilačních záblesků z tyčového scintilátorů, přičemž scintilátor jez monokrystalického, nebo z polykrystalického, materiálu ze skupiny aluminátů dopovaných cerem, praseodymem, europiem, neodymem, a současně je prostředek pro polohování vzorku (1) uzpůsoben pro posun vzorku (1) skrze prstencovitou sestavu (3).
- 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že součástí prstencovité sestavy (3) je alespoň jeden středový stínící prstencový segment uspořádaný mezi detekční prstencové segmenty.
- 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředek pro polohování vzorku (1) je opatřen senzorem posunutí vzorku (1).
- 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že scintilátor je z materiálu ze skupiny LuYAG:Ce, GAGGCe, GYGAG:Ce, LuGAGG:Ce.
- 5. Zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že fotocitlivý prostředek je tvořen alespoň jedním fotonásobičem, nebo fotodiodou, nebo lavinovou fotodiodou, nebo křemíkovým fotonásobičem SiPM.
- 6. Zařízení podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že je opatřeno alespoň jedním prostředkem pro měření teploty v oblasti detektoru (6) ionizujícího záření.
- 7. Zařízení podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že vyhodnocovací jednotka (2) je opatřena alespoň jedním datovým úložištěm opatřeným softwarovým modulem pro monitorování elektrických veličin fotocitlivého prostředku a zahrnujícím algoritmus pro stanovení vlivu teploty na funkci zařízení.
- 8. Zařízení podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že vyhodnocovací jednotka (2) je opatřena alespoň jedním datovým úložištěm opatřeným softwarovým modulem pro změnu citlivosti fotocitlivého prvku, nebo pro změnu nastavení elektronického řetězce, zahrnujícím algoritmus výpočtu změny citlivosti/nastavení podle vlivu teploty na fúnkci zařízení.
- 9. Zařízení podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že vyhodnocovací jednotka (2) je opatřena alespoň jedním datovým úložištěm opatřeným softwarovým modulem pro změnu napájecího napětí fotocitlivého prostředku nebo pro změnu zesílení elektronického řetězce, zahrnující algoritmus výpočtu kompenzace vlivu teploty na funkci zařízení.
- 10. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že senzor posunutí vzorku (1) je komunikačně připojen k vyhodnocovací jednotce (2), přičemž je vyhodnocovací jednotka (2) opatřena alespoň jedním datovým úložištěm opatřeným softwarovým modulem pro odeslání informace o posunutí vzorku (1) do automatického procesu vyhodnocení výsledků ve vyhodnocovací jednotce.-7 CZ 2020 - 458 A3
- 11. Zařízení podle nároků 6, 7, 8 a 9, vyznačující se tím, že prostředek proměření teploty je komunikačně připojen zpětnou vazbou k dalším částem elektronického řetězce, a/nebo je komunikačně připojen zpětnou vazbou k vyhodnocovací jednotce (2).5
- 12. Zařízení podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že prstencový segment (5), který je opatřen alespoň jedním detektorem (6) ionizujícího záření, je alespoň z části vyroben z olova nebo z jiného stínícího materiálu, nebo z jejich směsi nebo kompozitu.
- 13. Zařízení podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že prstencové segmenty (4) to určené ke stínění radiačního pozadí jsou vyrobeny z olova nebo jiného stínícího materiálu, nebo z jejich směsi nebo kompozitu.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020458A CZ309119B6 (cs) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny |
| PCT/CZ2021/050083 WO2022037730A1 (en) | 2020-08-17 | 2021-08-16 | Device for measuring the content of natural radioactive isotopes in rock sample |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020458A CZ309119B6 (cs) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2020458A3 true CZ2020458A3 (cs) | 2022-02-09 |
| CZ309119B6 CZ309119B6 (cs) | 2022-02-09 |
Family
ID=77750037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020458A CZ309119B6 (cs) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309119B6 (cs) |
| WO (1) | WO2022037730A1 (cs) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4854163A (en) * | 1987-09-28 | 1989-08-08 | Amoco Corporation | Beltless core conveyor system for wellsite analysis |
| US9395464B2 (en) * | 2013-05-15 | 2016-07-19 | Schlumberger Technology Corporation | Scintillation detector package having radioactive reflective material therein |
| WO2015081134A2 (en) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Flir Detection, Inc. | SiPM-BASED RADIATION DETECTION SYSTEMS AND METHODS |
| WO2020149983A1 (en) * | 2019-01-15 | 2020-07-23 | Core Laboratories Lp | Apparatus and method for conducting neutron-gamma core analysis |
-
2020
- 2020-08-17 CZ CZ2020458A patent/CZ309119B6/cs unknown
-
2021
- 2021-08-16 WO PCT/CZ2021/050083 patent/WO2022037730A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022037730A1 (en) | 2022-02-24 |
| CZ309119B6 (cs) | 2022-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4267446A (en) | Dual scintillation detector for determining grade of uranium ore | |
| US7361886B2 (en) | Corrections of gamma-ray responses | |
| US20060054803A1 (en) | Logging tool with a parasitic radiation shield and method of logging with such a tool | |
| US11249200B2 (en) | Radiation survey process | |
| NO20111496A1 (no) | Fremgangsmate og system for nedihulls gamma-gamma-basert maling av fluidegenskaper | |
| NO20111509A1 (no) | Gammastralegenerator | |
| NO343806B1 (no) | Uelastisk bakgrunnskorreksjon for et pulset nøytroninstrument | |
| US5521378A (en) | Method and apparatus for gamma ray logging of underground formations | |
| GB2414296A (en) | A well logging tool which has a radiation shield located between its body outer surface and its collar inner surface | |
| US3752984A (en) | Methods and system for detecting subsurface minerals | |
| Asfahani et al. | Low-activity spectrometric gamma-ray logging technique for delineation of coal/rock interfaces in dry blast holes | |
| CZ2020458A3 (cs) | Zařízení pro měření obsahu přirozených radioaktivních izotopů ve vzorku horniny | |
| CA1080367A (en) | Method and apparatus for calibrating radioactivity well logging tools | |
| Charbucinski et al. | Prompt neutron-gamma logging for coal ash in water-filled boreholes | |
| Elísio et al. | An advanced blind-tube monitoring instrument to improve the characterization of subsurface radioactive plumes | |
| Borsaru et al. | Low radioactivity portable coal face ash analyser | |
| Marsala et al. | Spectral gamma ray complements innovative real time advanced mud logging characterization while drilling | |
| Glushkova et al. | Express Assessment of the Quality of Fluorite-Containing Raw Materials | |
| Michijima et al. | Anticoincidence-shielded Ge (Li) gamma-ray spectrometer for marine environmental radionuclide analysis | |
| Borsaru | Selected topics in nuclear geophysics | |
| Wylie et al. | Prospecting with neutrons | |
| KR101837028B1 (ko) | 상호보완 검출기 조합을 이용한 방사능 오염 측정 장치 | |
| RU1817858C (ru) | Способ контрол напр женно-деформированного состо ни горных пород | |
| Joo et al. | Development of a Multifunctional Radiation Measurement System for the Rapid Radiological Characterization of a Decommissioned Nuclear Facility Site | |
| Rhodes et al. | A radioisotope X-ray fluorescence drill hole probe |