DE1052591B

DE1052591B - Vorrichtung zur Untersuchung von durch ein Bohrloch durchteuften Erdformationen mit einer Quelle monoenergetischer Neutronen

Info

Publication number: DE1052591B
Application number: DESCH17445A
Authority: DE
Inventors: Wayne R Arnold
Original assignee: Schlumberger Well Surveying Corp
Current assignee: Schlumberger Well Surveying Corp
Priority date: 1954-03-08
Filing date: 1955-03-07
Publication date: 1959-03-12

Description

Vorrichtung zur Untersuchung von durch ein. Bohrloch durchteuften Erdformationen mit einer Quelle monoenergetischer Neutronen Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Bohrlochuntersuchung, bei denen durch Beschuß der Lochwand mit Neutronen Kernreaktionen in der Wandschicht ausgelöst werden, die charakteristisch für die Zusammensetzung oder Wandsubstanz und damit die Zusammensetzung der durchteuften Erdformation sind. Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung ehe solche Vorrichtung mit einem für den angegebenen Zweck besonders geeigneten Neutronengenerator mit den N,eutronenfluß regelnden Einrichtungen.
Es sind bereits Vorrichtungen für derartige Bohrlochuntersuchungen bekannt, bei denen als Neutronen, quelle Radium-Beryllium-Präparate verwendet werden.
Diese Einrichtungen haben einige wesentliche Mängel.
Es werden nicht nur Neutronen, sondern auch. andere Strahlen erzeugt, die ausgesandten Neutronen sind zudem von unterschiedlicher Energie. Der Neutronen fluß ist bei,diesen Vorrichtungen nicht regelbar, insbesondere läßt er sich hei dem Herausziehen der Vorrichtung aus dem Bohrloch nicht abschalten, was eine Gefährdung des Bedienungspersonals mit sich bringt.
Diese Mängel werden ausgeschaltet, wenn eine Neutronenquelle verwandt wird, die nach dem Beschleunigungsprinzip arbeitet. In ihr werden Ionen erzeugt und in Richtung auf eine Prallfläche beschleunigt, aus der sie beim Auftreffen Neutronen frei machen. Der erzeugte Neutronenfluß läßt sich durch entsprechende Konstruktion der Neutronenquelle, sowie den Einbau besonderer Einricbtungen relativ leicht regeln.
Neutronenquellen nach dem angeführten Prinzip sind an sich bekannt. Die bekannten Konstruktionen sind jedoch für einen Einbau in Vorrichtungen zur Bohrlochuntersuchung völlig ungeeignet Neutronengeneratoren für solche Vorrichtungen müssen klein sein, damit sie in engen Bohrlöchern Verwendung finden können, sie müssen ferner widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen und starke mechanische Er-,chütterungen s.ein, ihr Betrieb darf ferner nicht dauernde Justierungen erfordern.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von durch ein Bohrloch durchteuften Erdformationen, das mit einem durch das Bohrloch hinlurchführbaren, druckfesten Gehäuse ausgestattet ist, n welchem sich eine Quelle von monoenergetischen neutronen befindet und eine Einrichtung zur Anzeige ron Kernreaktionen, die sich aus der Beschießung der las Bohrloch umgebenden Erdformationen durch die usgesandten Neutronen ergeben. Die Erfindung beteht darin, daß Einrichtungen zur Regelung des von er Quelle ausgehenden Neutronenflusses vorgesehen ind. Hierbei erfolgt die Neutronenerzeugung nach em Beschleunigungsprinzip. Neutronengeneratoren ieser Art lassen sich auf verschiedene Weise verwirkchen; im folgenden werden einige Beispiele für die Konstruktion solcher Neutronengeneratoren gegeben, die allen oben angeführten Erfordernissen für die Verwendung bei Bohrlochuntersuchungen Rechnung tragen.
Die so gegebene Möglichkeit, bei .den Untersuchungen von einem regelbaren Fluß von Neutronen genau definierter Eigenschaften auszugehen, bringt für ,die erwähnten Bohrlochuntersuchungen wesentliche Vorteile gegenüber Untersuchungen mit Radium-Beryllium-Präparaten als Keutroneuquellen. Auf einilgeidieser Vorteile wird in der folgenden B;eschreibunlg ebenfalls eingegangen.
In einer Ausführungsform besteht Ider Generator aus einer Umhüllung, die ein Gas, z. B. Deuterium, enthält. Zur Anregung des Gases dient ein Hochfrequenzfeld, das eine Ionisation in der Ionenquelle verursacht. Eine Sonde des Beschleunigers, welche wirksam in den Bereich der Ionenquelle hineinreicht zieht positive Ionen aus der Quelle heraus. Durch eine ausreichend hohe Spannungsdifferenz zwischen der Sonde und dem Prallkörper werden diese positiven Ionen auf die erforderliche hohe Geschwindigkeit beschleunigt, bevor sie auf den Prallschirm treffen. Der Prallschirm weist einen Stoff auf, der das Wasserstoffisotop Tritium enthält. Bei der sicli ergebenden Deuterium-Tritium-Reaktion entstehen Neutronen.
Um den von dem Prallschirm ausgehenden Neutronenfluß innerhalb vorgeschriebener Grenzen aufrecht- zuerhalten, kann ein Detektor-Integrator verwendet werden, der eine Steuerspannung erzeugt, die ein Maß für den Neutronenfluß darstellt, z. B. die Zahl der in der Zeiteinheit gezählten Neutronen. Diese Spannung wird zur Einstellung der Beschleunigungsspannung benutzt, wodurch eine Regelung des Neuftoneuflusses erfolgt, Ida dieser von der Energie der positiven Ionen abhängig ist, die auf den Tritium-Prallschirm auftreffen.
Die Vorrichtung kann ferner ein Drucksteuersystem umfassen, um den Druck des Deuteriumgases in der Ionenquelle auf einem vorher gewählten Wert zu halten, ungeachtet der Tatsache, daß Ionen des Gases ständig abgezogen werden. Zu diesem Zweck kann der Ionenquelle ein Druckwandler zugeordnet werden, um ein Potential abzuleiten, das dem Gasdruck entspricht.
Dieses Potential regelt die Menge des Gases, das von einem Deuteriumspeicher zur Ionenquelle nachströmt.
Der Druckwandler kann z. B. aus einer Kathode und einer Anode bestehen, die dem Gas der Ionenquelle ausgesetzt sind. Ein Magnet erzeugt zwischen ihnen ein solches Feld, -daß der W g für die von der Kathode zur Anode wandernden Elektronen wirksam vergrößert wird. Auf diese Weise entsteht eine ständige ionische Entladung. Der sich ergebende Anoden-Kathoden-Strom ist abhängig von dem Druck des Gases, und von diesem Strom wird die vorher erwähnte Drucksteuerspannung abgeleitet.
Da der Neutronengenerator ein geschlossenes, zusammenhängendes System ist, ist es notwendig, zwei einander entgegenstehende Erfordernisse auszugleichen.
Der Gasdruck in der Ionenquelle muß hoch genug sein, um für die Neutronenerzeugung und die Druckregelung ausreichende Ionenströme zu gewährleisten, andererseits muß er so niedrig sein, daß eine merkliche Ionisation in der Beschleunigungsstrecke vermieden wird. Beide Forderungen lassen sich erfüllen, indem die mittlere freie Weglänge der Elektronen in der Ionenquelle groß gemacht wird im Verhältnis zur mittleren freien Weglänge in der Beschleunigungsstrecke.
Ist der Abstand zwischen den Elektroden der Beschleunigungsstrecke klein genug, kann kein Zusammenstoß von Teilchen, die Vorbedingung jeder Ionisation, erfolgen. Auf diese Weise wird eine Ionisation verhindert, ungeachtet der außerordentlich hohen Beschleunigungsspannung. Die Zwischenräume zwischen den Elektroden der Ionenquelle und der Druckmeßvorrichtung müssen dagegen groß gegen die mittlere freie Weglänge der Elektronen sein, wodurch das Auftreten einer starken Ionisation gesichert ist. Zusätzlich kann ein magnetisches Hilfsfeld benutzt werden, um zu veranlassen, daß die Elektronen keine linearen Wege beschreiben, sondern z. B. Spiralen, um den Laufweg wirksam zu verlängern.
Die Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht eine Vervollkommnung der Bohrlochuntersuchung mit Hilfe der Neutronenflußregelung. Der Detektor-Integrator wird dabei einmal so eingestellt, daß er auf die ausgesandten schnellen Neutronen anspricht, zum andern so, daß er auf die abgebremsten Neutronen von etwa thermischer Energie reagiert. Beide Fälle führen zu verschiedenartigen Informationen. Im ersten Fall erhält man etwa eine Anzeige der durch konstanten Neutronenbeschuß in der Lochwandung ausgelösten Gammastrahlung. Im Falle der Steuerung durch abgebremste Neutronen wird ein entsprechend anderes Untersuchungsergebuis erhalten.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele.der Erfindung.
Fig. 1A, 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. 1 B; Fig. 3 und 4 sind Längsschnitte von Abänderungen an gewissen Teilen der Ausführungsform nach Fig. 2; Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild einer Hochspannungsquelle zur Verwendung in dem in Fig. 1C gezeigten Teil der Vorrichtung; Fig. 6 ist ein Längs schnitt des Stromversorgungsteils gemäß Fig. 5 in Verbindung mit der Untersuchungsvorrichtung; Fig. 7 ist ein Schnitt in Richtung der Linie 7-7 von Fig. 6, und Fig. 8 zeigt eine Abänderung, die an der Schaltung gemäß Fig. 5 vorgenommen werden kann.
In Fig. 1A der Zeichnungen ist eine Bohrschachtuntersuchungsvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, 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 Wasser- oder Ölbasis, und es kann mit einem oder mehreren nicht dargestellten metallischen Gehäusen ausgekleidet, aber auch, wie in der Zeichnung dargestellt, ohne Auskleidung sein.
Die Neutronen-Bohrschachtuntersuchungsvorrichtung weist ein gegen Druck widerstandsfähiges Gehäuse 13 auf, das einen Neutronengenerator 14 (Fig. 1B), 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 unid des Detektors notwendig ist.
Oberhalb /des Detektors 15 kann eine Schirmplatte 16 angeordnet sein, um den Detektor gegen Strahlungen abzuschirnien, die von dem Generator 14 ausgehen. Wenn die Vorrichtung benutzt wiird, um Neutronen-Gammastrahlen-Untersuchungen vorzunehmen kann die Schirmplatte aus Blei bestehen, und wen@ Neutronen-Neutronen-Untersuchungen erfolgen sollen kann die Schirmplatte aus einer Borverbindung, z. B Borcarbid, bestehen, das in Paraffin eingebettet ist Natürlich kann man auch einen aus Blei und Bor karbid zusammengesetzten Schirm verwenden, wen@ mit der gleichen Ausrüstung beide Arten von Unter suchungen entweder hintereinander oder gleichzeitiZ gemacht werden sollen.
Das Gehäuse 13 ist mit Hilfe eines armierten Kabel 17 in dem Bohrloch aufgehängt. Das Kabel steht mi einer nicht dargestellten, auf der Erdoberfläche ange ordneten Winde in Verbindung, mit der man die Vo@ richtung in dem Bohrloch in der üblichen Weise hebe und senken kann. Das Kabel 17 enthält mehrere iso lierte Leiter, die die Vorrichtung innerhalb des Ge häuses 13 elektrisch mit der Ausrüstung 9 auf de Erdoberfläche verbinden.
Der Neutronengenerator 14 (Fig. 1B) wird dur@ einen nicht dargestellten stoßsicheren Sockel in de@ Gehäuse 13 gehalten. Er besitzt eine evakuierte Un hüllung 18, vorzugsweise aus einem entgasten Pyre Glas, die mit Deuteriumgas unter einem gewünschte Druck gefüllt ist, der in der Nähe von 1 bis 10 Quecksilber liegt.
Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen, trennt eil Zellwand 19, die aus einer Pyrex-Glasscheibe beste den oberen Teil der Umhüllung 18 in eine Druckme abteilung 20, die später genauer beschrieben wird, m 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 gleidiachsig mit diesem. An @der Außenfläche des Zylinders 23 sind zwei in einem Abstand voneinander angeordnete ringförmige Bänder24 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 der Umhüllung 18 hindurchgeben. Die Leitungen sind in bekannter Weise an die Umhüllung angeschmolzen, so daß sich ein druckdichter Verschluß ergibt.
Die Umhüllung 18 ist in einen zylindrischen Teil 28 aus magnetischem Stoff, z. B. einer Legierung von Aluminium, Nickel und Kobalt, gewõhnlich Alniko, eingesetzt. Der zylindrische Teil 28 liegt zwischen den Querebenen, die durch die Elektroden 24 und 25 bestimmt werden. Der Teil 28 ist permanent magnetisiert, sodaß seine Enden entgegengesetzte magnetischle Polarität haben und ein axiales Magnetfeld innerhalb der Umhüllung 18 herstellen.
Die Stärke dieses magnetischen Feldes ist unter Berücksichtigung des Zwischenraumes zwischen den Elektroden 24 und 25 so gewählt, daß die Elektronen eine Spiralbahn von solcher Länge durchlaufen, daß bei der vorliegenden mittleren freien Weglänge eine starke Ionisation des Gases gewährleistet -ist. Es hat sich z. B. eine Stärke von 400 Gauß bei einem Elektrodenzwischenraum von 80 mm als zweckmäßig erwiesen.
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 der Umhüllung 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 der Umhüllung 18 liegt.
In Faden 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 verstehen. Die Sonde hat eine verbreiterte Meballgrundplatte 35 von etwa toroidaler Form und besitzt einen elektrischen Anschluß, der aus einer metallischen Leitung 36 besteht, die durch die Wandung der Umhüllung 18 hindurchgeführt ist und mit der nichtleitenden Wand verschmolzen oder ihr gegenüber abgedichtet ist.
Eine zweite metallische Leitung 37, die ebenfalls dicht in die Umhüllung 18 eingeführt ist, geht durch eine radiale Bohrung 38 in der Grundplatte 35 der Sonde hindurch und bildet eine elektrische Verbindung mit einer metallischen Fokuselektrode 39 von kegelstumpfartiger Form. Die Igenannte Elektrode faßt in den kegelförmigen Teil oder 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 ringartige Prallelektrode 41, die axial in gleicher Richtung zenit der Umhül-lung 18 liegt. Diese Elektrode besteht vorzugsweise aus einem Metall, dessen Wärmeaus- dehnungskoeffizient demjenigen des Glases. in der Umhüllung entspricht. Zum Beispiel 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 Teil42, in den das untere Ende der Elektrode 41 eingebettet und eingeschmolzen ist.
Die Prallkörperelektrode erstreckt sich bis in die Nähe der Fokuselektrofde39, wo sie durch eine mit ihr aus einem Stück bestehende halbkugelförmige Kappe 43 abgeschlossen wird. Der Zwischenraum zwischen der Kappe 43 des Prallkörpers undlder Sonde 33 ist kleiner als die mittlere freie Weglänge der die Umhüllung 18 durchquerenden Elektronen. Auf diese Weise tritt keine Ionisation von Deuteriumgas ein, wenn diese Elektroden so erregt werden, daß sie als Beschleunigungsstrecke für die Deuteriumionen wirken. Die Kappe ist vorzugsweise mit einer Schicht 44 aus Zirkonium oder einem anderen, Wasserstoff absorbierenden Metall bedeckt, edas in bekannter Weise mit Tritium hydriert ist. Die Zirkoniu.mschicht 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 dser Umhüllung 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, in dem Prallkörperteil des Generators 14 zu verhindern, ist eine Hilfseinrichtung 46 vongesehen, die eine Bewegung von El,ektronen über eine größere Strecke als die mittlere freie Weglänge verhindert. Diese Einrichtung hat im wesentlichen toroidale 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 bogenförmige Oberfläche verhältnismäßig dicht an der @ Grundplatte35 der Sonde liegt. Gegefibenenfalls kann der Durchmesser der Umhüllung 18 zwischen den Teilen 35 und 46 so verringert sein, daß die Bildung eines geraden Weges von irgen,deiner in Betracht kommenden, Längsausdehnung an der Innenfläche der Umhüllung vermieden wird.
Der obere, die Druckmeßvorrichtung aufnehmende Teil 20 der Umhüllung 18 ist in der üblichen Weise mit einem Kopf 48 versehen, du:rch den eine Anzahl von Leitungen 49 bis 56 druckfest eingeführt werden.
Ein Hufeisenmagnet 57 von etwa rechteckiger Gestalt wird von den Leitungen 51 und 54 gehalten, und zwar so, daß sein die Schenkel verbindender Teil 58 neben der. Teilwanfd 19 liegt. Der Magnet besitzt Polflächen 59 und 60, die einander gegenüber und zu beiden Seiten der oberen ringförmigen Eiektrode 61 angeordnet sind, die mit der Innenseite Ides die Schenkel verbindenden Teils 58 verbunden i.st. Der Magnet 57 und die Elektrode 6 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 verbunden.
Zwischen der Fläche 59 und der Platte 62, sowie zwischen der Fläche 60 und der Platte 63, sind Glasisolierschichten 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 der Umhüllung 18 umgeben und daran befestigt sind.
Am Abschlußende des Magneten 57 ist eine Prallplatte 68 aus feuerfestem Werkstoff von niedriger Atomzahl, z. B. aus Quarz oder Beryliiumoxyd befestigt, und zwar liegt sie parallel zu der Telw.and 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, 50und 55/56 gehalten werden. Der Faden 69 besteht aus einem metallischen Deuterid, z. B. Zirkonium-Deuterid, und ist so -angeordnet, -daß der Druck des Deuteriums auf seine Oberfläche zunimmt, wenn die Wärme ansteigt. Der Faden 70 dagegen ist aus einem Getterstoff, z. B. Zirkonium, hergestellt. Auf diese Weise werden bei einer gewählten Temperatur Gase von dem letzterwähnten Faden absorbiert. Man kann natürlich auch als Stoff für die Herstellung der Fäden 69 und 70 Titan und Uran wählen. Um Energie 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 sie 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 Entiadevorrichtungen zu.beobachten sind.
Zum Beispiel 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 indes Herstellungsverfahrens absorbiert und später bei der Arbeit ausgetrieben werden könnten und dadurch Nden Generator verunreinigen.
Ferner werden mit Ausnahme der Elektroden 61, 62 und 63 der Druckmeßvorrichtung 20, die aus einem Metall hergestellt werden sollen, das ein guter Sekundärelektronenaussender ist, Elektrodenmetalle gewählt, denen eine niedrige Sekundärelektronenemission zukommt, um die Möglichkeit eines Funkenüberschlags auszuschalten. Es kann auch ein leicht zu entgasendes Metall verwendet werden, wenn es mit einer dünnen Schicht eines Stoffes von geringer Wärmeausstrahlung bekleidet ist. Das u.rsprüngliche Entgasen geschieht über ein übliches, nicht dargestelltes Ansatzröhrchen, das aus dem Kopf 48 nach außen ragt. Die .erforder liche Menge von Deuterium -wird dann durch das Rohr eingeführt, bevor es verschlossen. wird.
Um den Generator 14 und die ihm zugehörigen Kreise mit Energie zu versorgen, ohne die Spannung und Stromführungs-KIapazitäten der Leiter in dem Kabel 17 zu überfordern, wird Strom von einer Dreiphasenwechselstromquelle 100 zugeführt, die an der Erdoberfläche aufgestellt ist. Zum Beispiel kann diese Ouelle 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 geeigneten Übersetzungsverhältnis nach unten wird an den Leitern 108, 109 und 110 eine Dreiphasenspannung von 115 V erhalten.
Natürlich ist bei Verwendung einer Spannung in der Größenordnung von beispielsweise 600V für die Energieübertragung in dem Kabel 17 bei einem ge- gebenen Energieverbrauch wider Leitungsverlust 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 Stromversorgungsteril 111 zugeleitet, der Idie zugeführte Wechselspannung in eine höhere, gleichgerichtete Spannung verwandelt. Letztere wird über Leitungen 112 dem nicht dargestellten Anodenkreis eines Hochfrequenzgenerators 113 zugeführt (Fig. 1 B), der bei einer Frequenz .im Bereich von 10 bis 100 MHz arbeitet. Die Hochfrequenzquelle ist ihrerseits dadurch Leitungen 115 und 116 und Leitungen 26 und 27 mit den Elektroden 24 und 25 der Ionenquelle.21 verbunden. Der Strom für den Heizfaden des Hochfrequenzgenerators 113 wird über Leitungen 117 durch einen nach unten übersetzenden Transformator 118 zugeführt, der von einer anderen Phase des Stromes gespeist wird, (die in den Leitungen 109 und 110 zugeführt wird.
Die verbleibende Phase {des Stromes an den Leitungen 108 und 110 wird über einen Spannungssteuerkreis 119, Ider später genauer beschrieben wird, und über die Leitungen 120 einer Hochspannungsquelle 121 (Fig. 1C) zugeführt, die von der üblichen Bauart oder auch so ausgeführt sein kann, wie spät-er unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 7 beschrieben. Sie stellt zwischen den Ausgangsleitungen 122 und 123 eine gleichgerichtete Spannung von etwa 100 kV her. Die -Leitung 123 ist der positive Anschluß der Quelle und ist an dem Gehäuse 13 .geerdet, während die Leitung 122 als negativer Anschluß mit -dem Leiter 45 von Fig. 1B verbunden ist, der, wie oben auseinandergesetzt, mit der Prallkörperelektrode 41 nn Verbindung steht. Die Quelle 121 speist auch über Leitungen 124 und 37 die Fokuselektrode 39 mit -einer niedrilgeren Spannung von etwa 1-bis 0,5 kV. Der Beschleunigungskreis wird durch -eine Verbindung 36 zwilschen der Sonde 33, 35 und dem Gehäuse 13 geschlossen..
Um den Neutronenfluß zu steuern, der durch den Generator 14 erzeugt wird, ist in dem Gehäuse 13 in der Nähe der Prallkörperelektrode 41 ein Detektor in Form eines Proportionalzählrohres -1-25 angeordnet (Fig. 1B).
Der Detektor ist auf der dem Generator 14 zugekehren Seite mit einer nicht-dargestellten Auskleidung aus wasserstoffhaltigem Stoff versehen und mit Argongas gefüllt. Eine Ausgangsleitung des Rohres 125 -is an dem Gehäuse 13 durch eine Verbindung 126 geerdet, und die zweite Ausgangsleitung ist über eine Leitung 127 mit einem Koppelkondensator 12E (Fig. 1A) verbunden, der seinerseits mit einem üblichen Impulsvei stärker und einer Integratoreinhei-129 in Verbindung steht. Die notwendige Spannung für das Zählrohr 125 wird von einem üblichen Strom versorgungsteil 130 zugeleitet, der über Leitungen 109 und 110 gespeist wird, und zwar über eine Leitung 131 und einen Entkopplungswiderstand 132. Diese Versorgungskreis wird durch eine Verbindung 133 mi mit dem Gehäuse 13 vervollständigt Der Ausgang der Einheit 129, der ein Maß für dei erzeugten Neutronenfluß darstellt, z. B. als Zählunge@ in der Zeiteinheit, wird dem Eingang eines Span nungssteuerkreises 119 über eine Leitung 134 un Verbindungen 135 und 136 mit dem Gehäuse 13 zuge leitet. Der Kreis 119 kann von üblicher Bauart sein z. B. kann er einen magnetischen Verstärker enthalter der in einen Servokreis eingeschaltet ist, der die Span nung von dem Verstärker-Integrator 129 mit einer Be zugsspannung vergleicht, um eine Regel größe abzu leiten. Diese Regelgröße kann der Wert einer Impt dane sein, die zwischen die Leitungen 110 und 120 eingeschaltet ist. Dementsprechend ist die Spannung, welche von der Quelle 121 geliefert wird, 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 Einheit 129 einer Anzeigevorrichtung 138, z. B. einem an der Erdoberfläche angeordneten Integrator-Voltineter 9 zugeführt. Der Anzeigekreis wirdidurch eine Verbindung 139 zwischen dem Gehäuse 13 und zudem Schirm 140 des Kabels und eine Erdverbindung 141 an der Erdoberfläche zwischen dem Schirm un!d dem Anzeigegerät 138 vervollständigt.
Um die Druckmeßvorrichtung in der Umhüllungsabteilung 20 (Fig. 1 B) zu erregen. wird die Anodenleitung 51 oder 54 durch eine Verlängerung der Leitung 131 über den Widerstand 149 und eine Sicherungsleitung 152 mit ,der Stromversorgung 130 verbunden. Die Kathodenleitungen 52 und 53 sind miteinander verbunden und durch einen Widerstand 142 an das Gehäuse 13 angeschlossen. Der Widerstandswert des Wilderstandes 142 ist in bekannter Weise so gewählt, daß er den negativen Widerstan.dscharakteristicken der Glimmentladung zwischen Anode 57, 61 und den Kathoden 62, 63 der Druckmel3vorrichtung entgegenwirkt und eine Spannung abgeleitet wird, die die Größe des AnodeneKathaden-Stromes repräsentiert.
In die Leitung 131 ist ein Widerstand 149 eingeschaltet, der in ähnlicher Weise dazu verwendet wird, der Wirkung des negativen Widerstands der lonenenfiadung in der Ionenquelle 21 entgegenzuwirken.
Die Verbindung des Widerstandes 142 mit den Kathodenleitungen ist über eine Leitung 143 mit einem Eingangspol des Druckregelkreises 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 magnetischen Servoverstärker zum Vergleichen der an dem Widerstand 142 entwickelten Spannung mit ein.er Bezugsspannung enthalten, um zwischen den Ausgangskreisleitungen 146 und 147 eine Impedanz einzustellen, die selbsttätig durch iden Un.terschied zwischen der entwickelten und der Bezugsspannung gesteuert wird.
Die Leitung 146 ist mit der Zuführungsleitung 109, uad 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 aussenden den Fadens 69 verbunden. wodurch das selbsttätige Druckregelsystem vervollständigt wird. Eine Verbindung 152 zwischen der Anode 57 der Druckmeßvorrichtung und dem Faden 69 dient zur Aufrechterhaltung wider gleichen Spannung an diesenElementen, um dieMöglichkeit einer ionischen Entladung zwischen ihnen auszuschließen.
Da das am Widerstand 142 entwickelte Potential ein Maß für den Druck in der Umhüllung 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 Regelkreis 144 abgeleitet wird, dazu verwendet werden, die Anzeigevorrichtung 152' zu betätigen.
Die Leitung 55 des Getterfadens 70 ist mit dem Leiter 151, und die andere Leitung 56 des Fadens ist über den Leiter 153 mit einer weiteren Sekundärwicklung 154 des nach unten übersetzenden Transformators 118 verbunden. Eine Verbindung von der Sekundärwicklung 154 nach der Leitung 151 vervollständigt den Kreis. Auf diese Weise kann wider Faden 70 während der Arbeit des Neutronengenerators ständig aktiv sein.
Der Stromversorgungsanteil 130 liefert auch den Strom für die Einheiten 119, 129 und 144. Dieser Strom wird über eine Leitung 155 und verschiedenen Verlängerungen derselben zugeführt.
Der bisher beschriebene Teil der Bohrschachtuntersuchungsvorrichtung bezieht sich auf die Erzeugung von Neutronen zur Bestrahlung der Formation 11. Um ein Untersuchungsergehnis z. B. für die sich ergebende Gammastrahlung zu erhalten, sind Mittel vor.gesehen, um den Detektor 15 zu erregen, der ein Geiger-Müller-Rohr (Fig. 1 C) sein kann, und eine Aufzeichnungsvorrichtung für dessen Anzeige. Zu diesem Zweck ist eine Quelle für Wechselstrom 160 in der Ausrüstung 9 auf oder Erdoberfläche mit einem Transformator 161 gekoppelt. Der eine Pol der Sekundärspule dieses Transformators ist mit dem geerdeten Schirm 140 verhunden, während der andere Pol über eine Isolierdrossel 162 mit einem Leiter 163 ,des Kabels 17 verhunden ist. Der Leiter 163 durchquert das Gehäuse 13 und ist mit ihm über die in Reihe geschalteten Primärspulen der Transformatoren 164 und 165 verbunden (Fig. 1 C. Der Transformator 164 ist ein Versorgungstransformator für eine übliche Stromversorgung 166, die eine Verbindung 167 mit dem Gehäuse 13 aufweist.
Der Versorgungsteil 166 entwickelt die hohe Spannung für den Betrieb der Röhre 15, die ihr über einen Vorwiderstand 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 Ider Leitung zum Rohr 15 ist durch einen Koppelkondensator 170 mit dem Eingangskreis eines üblichen Impulsverstärkers 171 verbunden.
Dessen Eingangskreis wird durch eine Verbindung 172 mit dem Gehäuse vervollständigt, und es wird von der Quelle 166 über die Leitung 173 eine Betriebsspannung von geeigneter Größe zum Verstärker geleitet. Der Transformator 165 ist ein Impulstransformator. dem das Ausgangssignal des Verstärkers 171 zugeführt wird.
Dieses Ausgangssignal wird an wider an der Erdoberfläche befindlichen Ausrüstung 9 einem Impulstransformator 174 zugeführt. 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 Registriervoltmeter, dem diese Spannung zugeführt wird. Die Registriervorrichtung des Voltmeters wird in üblicher Weise synchron zu der Bewegung des Gehäuses 13 durch das Bohrloch 10 so verschoben, daß ein ununterbrochenes Untersuchungsergebnis erhalten wird.
Bei der Arbeit wird das Gehäuse 13 in das Bohrloch 10 versenkt. bevor wider Schalter 101 geschlossen wird. Auf diese Weise wird das Arbeitspersonal gegen jede gefährliche Strahlung geschützt, die von dem Neutronengenerator 14 über die Erdformation 11 und die Bohrflüssigkeit 12 ausgesandt wird. Wenn der Schalter 101 geschlossen ist, wird der Hochfrequenzgenerator 113 erregt und sein Ausgang den Elektroden 24 und 25 der Ionenquelle 21 zugeleitet. Zusätzlich liefert die Hochspannungsquelle 121 ihre Spannung zur Beschleunigungsstrecke, die durch !die Ebene 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 Fokuselektrode 39. Darüber hinaus wird durch die Quelle 130 der Anode 57161 ein gegenüber den Kathoden 62, 63 der Druckmeßyolrichtung 20 positives Potential zugeführt.
Zwar trägt die Spannungsdifflrerenez zwischen den Elektroden der Ionenquelle 21 in Verbindung mit dtem durch den Magneten 28 erzeugten magnetischen Feld zu einer starken Ionisation des Deuteriumgases bei.
Diese Erscheinung ist aber ein Kumulativvorgang, der 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 zudem Hochfrequenzfeld, das über die Elektroden 24 und 25 auf das Gas einwirkt. Die Glasteitwand 19 dient zur Verhinderung der Rekombination von Ionen an der Oberfläche des Magneten 57, ider Glaszylinder 23 bewirkt das gleiche an laden Elektroden 24 und 25, der konische Glasteil 31 an der Oberfläche !der Sonde 33.
Die Ionenquelle 21 arbeitet also wirksamer in der Erzeugung von Ionen aus dem in der Umhüllung 18 vorhandenen Gas, als es sonst möglich wäre.
Der Zylinder 23 besteht aus so dünnem Glas, ,daß der Abfall der Hochfrequenispannung an ihm 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, als es sonst möglich wäre.
Da die Sondenelektrode 33, 35 idie Spannung des Gehäuses 13 hat, während der Magnet 57 ihr gegenüber eine positive Spannung aufweist, haben tdie Ionen in der Quelle 21 das Bestreben, in einer Richtung von dem Magneten nach der Sonde zu strömen. Einige dieser Ionen gehen durch (die Offnung 22 in dem Glasteil 19 und die Öffnung 34 in der Sonde 33 und werden auf diese Weise in tdie 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 PrallkörperstoflE 44 zusammen, und es werden Neutronen mit Energien in einer Höhe von 14 MeV erzeugt.
Soweit die beschleunigten Elektronen durch die Öffnung 40 in der Fokuselektrode 39 hindurchgehen müssen, die bei einer gegenüber der Sonde 33 negativen Spannung gehalten wird, kann eine Defokussierung des Ionenbündels erfolgen, bevor es auf den Prallkörperstoff 44 auftrifft. Infolgedessen wird das lonenbündel 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 Pral,lkörperstoff 44 erzeugen sie sekundäre Elektronen, Idie 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 bohne 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 absonbiert. Infolgedessen werden diese Elektron.en 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 Röntgenstrahlen Idurch die Beschießung mit Elektronen hervorgebracht.
Der Faden 70 willd dadurch den durch ihn hindurchfließenden Strom auf eine Temperatur in. der Nähe von 12000 C 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 Prallplatte 44 ausgehen, bestrahlen sowohl die Formation 11 als auch den Detektor 125. Ein kleiner Bruchteil der schnellen Neutronen, die auf den Detektor treffen, erzeugen in seiner wasserstoffhal tigen Auskleidung Rückstoßprotonen. 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 Hochspannungskraftzufuhr 121. Dementsprechend wirld der Beschleunigungsstrecke eine niedrigere Spannung zugeführt, wodurch der Neutronenfluß vermindert wird. Umgekehrt verursacht die Abnahme in dem Neutronenfluß eine Zunahme der Spannung an feder 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 beeinfluß.
In dem Druckreigelsystem werden in der Pollücke des Magneten 57 durch spiralig umIaufende Elektronen positive Ionen erzeugt die von der Kathode 62, 63 ausgesandt werden, wenn positive Ionen auf diese Kathoden auftreffen. Ferner werden Elektronen ausgesandt, die ihrerseits weitere positive Ionen erzeugen, unld 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 -deir Widerstand 142 entwickelte Potential steuert der Druckregelkreis 144, der seinerseits ,den Strom ein stellt, der dem Deuterium aussendenden Faden 69 zu geführt wird. Dieser Faden arbeitet in einem Tempe raturbereich von ungefähr 300 bis 600° C, und der Regelkreis ist so angeordnet, daß die Fadentemperatur zunimmt, wenn eine verminderte Spannung an dem Widerstand 142 eine Druckabnahme in der Umhüllung 18 anzeigt. Umgekehrt nimmt die Fadentemperatur ab, wenn der Druck in der Umhüllung zunimmt, so daß der Druck auf diese Weise bei einem gewünschten Wert konstant gehalten werden kann.
Natürlich kann der Kreis auch so angeordnet sein, daß die Temperatur des Fadens 69 selbsttätig auf eine Temperatur verringert wird, bei der er Deuterium absorbiert, um eine Druckzunahme auszugleichen, und bei einer Verringerung des Druckes auf die Aussendetemperatur zurückgebracht wird.
Die Bestrahlung der Formationen 11 durch die im Generator 14 erzeugten Neutronen mit hoher Energie ergibt eine Kernstrahlung, die auf eine Geiger-Müller-Röhre 15 fällt. Bei dem Prozeß werden die Neutronen so weit abgebremst, daß Gammastrahlen erzeugt werden können. Der Detektor spricht auf die Gammastrahlen an, sein Ausgang hat die Form von Impulsen, die in der Verstärkerstufe 171 verstärkt werden, bevor sie dem Integrator und der Registriereinheit 177 in der Ausrüstung 9 der Erdoberfläche zugeführt werden. E.s geht hieraus hervor, daß ein Neutronen-Gammastrahl-Untersuchungsergebnis erhalten wird.
Dieses Ergebnis zeigt nützliche Informationen bezüglich der vom Bohrloch durchquerten Erdformationen.
Da für den Druck und den Neutronen.fluß selbsttätige Regelungen vorgesehen sind, kann der Neutronengenerator gemäß der Erfindung in zuverlässiger Weise während eines vollständigen Untersuchnngs ganges arbeiten. Der Bedienende braucht nicht ständig irgendwelche notwendigen, genauen Einstellungen an der Vorrichtung vorzunehmen.
Bei Bohrscbachtuntersucbungen würde die Änderung in der Gammastrahlung, die auf Iden Detektor 15 auftrifft, eine Anzeige von Änderungen nur in den umgebenden Formationen 11 sein. Änderungen in' der Neutronenausbeute würden natürlich auch änderungen in der durch den Detektor 15 aufgenommenen Gammastrahlung hervorrufen. Infolgedessen ist die Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Neutronenausbeute ein wesentliches Ziel der Erfindung.
Infolge der Bauart des Generators 14 gemäß Fig. 1 B und 2 ist die Herstellung einer verhältnismäßig robusten Vorrichtung möglich. Darüber hinaus hat der Generator 14 einen so geringen äußeren Umfang, daß er in das längliche zyl-indrische Gehäuse von kleinem Durchmesser eingepaßt werden kann, wie es durch ein übliches Bohrloch im Ölfeld hindurchgeführt wird. Der übrige Teil der Vorrichtung kann leicht der Größe und den Festigkeitsbedingungen einer Bohrlochvorrichtung angepaßt werden.
Infolgedessen entspricht die Bohrschachtuntersuchungsvorrichtung gemäß der Erfindung allen Erfordernissen des Untersuchungsverfahrens.
Die Steuerung des Neutronerflusses durch Ein-;tellung der der Beschleunigungsstrecke zugeführten Spannung kann auch in der Weise erfolgen, daß die Prallkörperschicht 44 so mit Tritium geladen wird, laß ,die Konzentration dieses Gases in zudem Prallkörper n radialer Richtung zunimmt und daß ein Spannung teuerkreis zur Steuerung der der Fokuselektrode 39 ugeführten Spannung hergestellt wird, der ähnlich 1er Einheit 119 ist. Das System ist so angeordnet, daß iei Verringerung des Neutronenflusses der Durch schnitt des Ionenbündels, der auf die Prallkörper-Schicht 44 fällt, zunimmt, und umgekehrt. Auf diese Weise kann der Neutronenfluß bei einem gewählten konstanten Wert gehalten werden. Bei der Arbeit erreicht ein gleichförmiger Prallkörper .die gewünschte Tritinraverteilung in einer kurzen Zeit.
Gegebenenfalls kann natürlich der Tritiumgehalt in der Schicht 44 des Prallkörpers so angeordnet sein, daß er entlang einer gegebenen Bahsn. zunimmt. In diesem Fall können zwei Ablenkelemente, z. B. elektrostatische Platten, an Stelle der Fokuselektrode 39 verwendet werden. Es wird dann der Neutronenflußausgang des Generators 14 in der gewünschten Weise dadurch gesteuert, daß eine Richtungsablenkung des Ionenbündels längs dieser Bahn bewirkt wird.
Anstatt Deuterium al.s Füllgas zu verwenden, kann man auch eine Mischung von Tritium und Deuterium in geeignetem Verhältnis verwenden, sodaß die Möglichkeit gegeben ist, die Prallkörperschicht 44 ständig mit einer Gleichgewichtskonzentration dieser beiden Gase aufzufüllen. Es hat sich z. B. eine Mischung von 50°/o Tritium und 5O0/o Deuterium als geeignet erwiesen, und diese Mischung kann für den hydrierendes Gas aussendenden Faden 69 verwendet werden.
Bei der Arbeit werden die Tritium-Deuterium-Gase in der Quelle 21 ionisiert, und Ionen beider Gase werden beschleunigt und treffen auf die Prallkörperschicht 44 auf. Die Deuterium.ionen werden zu Deuterium-Tritium-Reaktioaen verwendet, um Neutronen zu erzeugen, wie vorher beschrieben, während einige der beschleunigten Tritiumionen durch die Schicht absorbiert werden.
Durch ein derartiges ständiges Ersetzen des Tritiums in der Prallkörperschicht 44 wird eine häufige Auswechselung des Prallkörpers vermieden.
Außendem wird das teuere Gas. Tritium geschont, wie sich aus der folgenden Erörterung ergibt.
Bei dem gewöhn,lichen Herstellungsverfahren der Zirkoniumschicht 44 für dien. Prallkörper ist die Schicht viel dicker als die Eindringtiefe der beschießenden Ionen, indessen absorbiert die gesamte Schicht das Tritium während des Hydriervorganges.
Infolgedessen tritt nur ein Bruchteil des Tritiums in die Reaktion für die Neutronenerzeugung.
Wenn eine Deuterium-Tritium-Mischung verwendet wird, kann die Prallkörperschicht durch die Tätigkeit des Generators besser hydriert werden.. Nur ein dünner Oberflächenteil der Schicht 44, der innerhalb des B'ereichs der beschießenden Ionen liegt, wird auf diese Weise mit Tritium gefüllt, und es bleibt im wesentlichen kein Tritium unbenutzt, wenn der Generator verwendet wird, um Neutronen zu erzeugen.
Natürlich können auch andere Arten. von Untersuchungen damit vorgenommen werden. Zum Beispiel kann die Detektorröhre 15 ein Proportionalzähler sein, der mit wasserstoffhaltilgem Stoff oder einer Borverbindung ausgekleidet ist. Auf diese Weise kann ein Neutronen-Neutronen-Untersuchungsergebnis erzielt werden. Außerdem kann durch Anordnung geeigneter Detektoren sowohl ein Neutronen-Gammastrahl-, als auch ein Neutronen-Neutronen-Untersuchungsergebnis gleichzeitig erhalten werden.
Gegebenenfalls kann der Generator 14 impulsförmig arbeiten, und das dem Rohr 15 zugeordnete Detektorsystem kann im Gegentakt periodisch eingeschaltet werden, um eine Aktivierungsuntersuchung durchzuführen. Zum Beispiel kann die Spannungsquelle für die Beschleunigungsstrecke {des Generators 14 so angeordnet sein, daß sie die Hochspannung impulsförmig abgibt. Es kann auch der Beschleum.gungsstrecke eine stetige Spannung zugeführt wenden, und Impulse von positiver Polarität gegenüber der Sonde 33, 35 werden dann an die Fokuselektrode 39 geführt. In beiden Fällen, in denen der Neutronengenerator impulsförmig arbeitet, können höhere Spannungsspitzen, als beim konstant betriebenen Generator verwendet werden, ohne einen Überschlag in der Beschleunigungsstrecke herbeizuführen.
Das Arbeiten mit Impulsen kann auch durch periodisches Erregen der Ionenquelle 21 erfolgen. Zu diesem Zweck kann ein üblicher, Impulse erzeugender Kreis mit einem Hochfrequenzgenerator 113 so verbunden werden, daß der Generator in periodischen Intervallen von gewählter Dauer Hochfrequenzenergien an die loneuquelte liefert. Dementsprechend werden Neutronen nur während dieser Intervalle erzeugt.
Eine andere Artider Untersuchung, die mit dem System gemäß Fig. 1 A bis 1 C erhalten werden kann, erfordert, daß der Detektor 125 auf Neutronen anspricht, -die durch die Formation auf thermische Energie abgebremst wurden. Vorzugsweise liegt dieser Detektor in der Nachbarschaft des Detektors 15 und besteht aus einem Zählerrohr, ,das mit Bor ausgekleidet sind mit Argongas gefüllt ist. Es kann aber auch unausgekleidet und mit Bor-Triflluorid-Gas gefüllt sein.
Bei der Arbeit werden die Neutronen mit hoher Energie von dem Generator 14 durch die Erdformationen und die Bohrlochflüssigkeit auf thermische Werte verlangsamt, und einige werden nach dem Detektor 125 zurückgesandt. Wenn nun Ider Ausgang des Detektors 125 in wider Vorrichtung 129 verwendet wird, um ein Steuerpotential zur Betätigung des Steuerkreises 119 abzuleiten, wird der von dem Generator 14 abgegebene Neutronenffuß stets so eingestellt, daß der Rückfluß thermischer Neutronen konstant bleibt. Demgemäß ist die Stärke cder Gammastrahlung, die der Zähler 15 angibt, kennzeichnend für Kernreaktionen mit konstanter Erzeugung thermischer Neutronen. Diese Untersuchung ergibt Informationen bezüglich der Eigenschaften der Untersuchungszone, Neutronen abzufangen und Gammastrahlen zu erzeugen, und ist von der Porositätder Formation verhältnismäßig unabhängig. Eine solche Untersuchung kann/ z. B. für die richtige Bestimmung des Chlor gehalts von Formationen ähnlicher Porosität nützlich sein.
Diese Art der Zählung des Neutronenflusses entsprechend den zurückkehrenden langsamen Neutronen kann auch in der Gammastrahlanalyse verwendet werden. Für eine solche Anwendung muß an Stelle des Detektors 15 und~ der zugehörigen Kreise ~ ein iibli cher Gammastrahl-Spektral-Analysator verwendet werden.
Wenn gleichzeitig eine Untersuchung thermischer Neutronen erfolgen soll, kann ein Zähler für schnelle Neutronen, ähnlich. dem in Fig. 1B mit 125 bezeichneten, mit der Anzeigevorrichtung 138 verbunden werden.
Natürlich kann der Detektor auch so ausgeführt sein, daß er auf epithermische Neutronen anspricht.
Das kann dadurch geschehen, daß ein Zählrohr für thermische Neutronen verwendet wird, wie es oben beschrieben ist, das in einem Kadmiumschirm eingeschlossen ist.
In Fig. 3 ist im Längsschnitt eine abgeänderte Form einer Ionisationsmeßvorrichtung dargestellt, die in der Abteilung 20 des Generators 14 verwendet werden kann. Sie besteht aus einem zylindrischen Magneten 180, der von Leitungen 51, 54 in der Umhüllung 18 und quer zu ihr 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 den Kopf 48 der Umhüllung 18 hindurch. Die innerhalb der Umhüllung liegenden Teile der Leitungen 52 und 53 sind mit hülsenartigen Schichten 183 und 184 aus isolierendem Glas überzogen, die nach außen ausgeweitet sind und dadurch trichterartige Übergangsquerschnitte 185 und 186 bilden, an die sich zylindrische Teile187 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 180 und 182 mit Idem Gas in der Umhüllung 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.
Im Betrieb erzeugt bder Magnet 180 ein magnetisches Feld mit einer Hauptkomponente quer zu den Kathodenplatten 181 und 182. Der ringförmige Teil 189 des Magneten wirkt uls Anode. Die Meßvorrichtung arbeitet also im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Fig. 2 gezeigt.
Der Neutronengenerator nach Fig. 2 kann in ider 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 eine Ionenquellenabteilung 191 auf, die eine zylindrische Drahtspirale als Anode 191a enthält, die durch eine Anzahl von Tragstangen 191 b gehalten wird. An dem oberen Ende der Spirale 191a und gleichachsig mit ihr liegt eine Kathodenplatte 191c, die an einer L-förmigen Stange 191 d sitzt, die ihrerseits wieder an einem oder an mehreren -der Tragdrähte 191 e befestigt ist. Die Stützen 191 b und 191 e erstrecken sich in der Längsrichtung durch die Umhüllung 18' und gehen durch die Teilwand 19 (Fig. 1) nach der Seite der innerhalb der Umhüllung 20 liegenden Teile hin und ,durch den Kopf 48 hindurch. Die unteren Enden der Tragstangen 191 e sind mit einer flachen scheibenartigen Elektrode 191 f 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, und die Elektrode weist eine mittlere Bohrung1912 auf, die eine nach oben hin gerichtete Ausstülpung hat. Eine zweite Kathode 191 i mit einer mittleren Bohrung 191j ist in der Nähe der Ebene des unteren Endes de@ Spirale 191a angebracht und wird durch einen spiralig gewundenen Draht 191k gehalten, der sich von de@ Scheibel91f aus aufwärts erstreckt. Die Elektrode 191f, 191i und 191k können als eine Sonde bezeichne werden, mit deren Hilfe Ionen von der Quelle 191 ab gezogen werden.
Der Teil -der Umhüllung 18t, von dem die Ionen quelle 191 eingeschlossen wird, ist von einem zylin drischen Magneten 192 umgeben. Der Magnet weis einen Hauptteil 192 a von rechteckigem Querschnit und je einen oberen und unteren Hilfsteil 192 b bzw 192c von dreieckigem Querschnitt auf. Die Hilfsteil 192b und 192c sind dazu bestimmt, um die Ausfrans wirkung auf ein Geringstmaß zu bringen, um dadurc in Verbindung mit dem Hauptteil 192a ein gleicl mäßigeres axiales Magnetfeld für die Ionenquelle 19 zu erzeugen, als es sonst möglich wäre.
Gegebenenfalls können auch zusätzlich nicht dargestellte Teile aus magnetischem Stoff in der Umhüllung 18' angeordnet werden, um das Magnetfeld zu formen oder zu steuern und die erforderliche Gleichmäßigkeit in dem Feld zwischen den Kathoden 191c und 191 i zu erhalten.
Der untere Teil der Umhüllung 18' ist nach innen eingezogen und bildet ein in die Umhüllung zurücktretendes gleichachsiges Rohr 193, das an ein zylindrisches WIetallverbindungsstück 194 angeschmolzen ist. Letzteres trägt eine gleichachsig angeordnete Prallkörpereinheit 195. Die Prallkörpereinheit besteht aus einem zylindrischen Glasisolator 195a, dessen unteres Ende an das obere Ende des Zylinders 194 angeschmolzen ist, während sein oberes Ende mit dem unteren Ende eines Metallrohres 195 b durch Anschmelzen verbunden ist. Das Metall rohr 195 b erstreckt sich aufwärts und endet in einer flachen Prallkörperscheibe 195c, die z. B. aus Zirkonium besteht, das mit der Isotope Tritium hydriert ist. Innerhalb des Rohres 195b, und zwar an seinem oberen Ende, ist ein metallisches Verbindungsstück 195d eingeschweißt, das eine mit Gewinde versehene Bohrung 195 e aufweist.
Der Neutronengenerator nach Fig. 4 besitzt auch eine Abschirmelektrodenanordnung 196, die aus einer Scheibe 196a mit einer mittleren Bohrung 196 b zur Aufnahme des Verbindungsstückes 194 besteht. Die Scheibe 196a ist an das Verbindungsstück 194 und an eine Anzahl von Tragstangen 196 c angeschweißt. welche sich durch den unteren Teil der Umhüllung 18' hindurch erstrecken. Die Tragstangen 196 c enden an einer metallischen Albschirmelektrodre oder -scheibe 196 d, die eine nach abwärts umgestülpte Umfangskante 196e und eine mittlere Bohrung 196f aufweist.
Das Scheibenmaterial rings um die Öffnung 196f ist nach unten ausgestülpt, und zwar entgegengesetzt der Umstülpung der Kante der Bohrung 191 h, um die Möglichkeit eines Üherschlages zu verringern.
Die Abschirmelektrode 196 d wird innerhalb der Umhüllung in einer gewählten Lage zwischen der Elektrode 191f und .dem Prallkörper 195 c angebracht.
Um die Möglichkeit eines Überschlags zu verringern, ist ein Teil 197 der Umhüllung 18', die den Raum zwischen den Elektroden 191f und 196d einschließt. auf einen Durchmesser verringent, der geringer ist als der Durchmesser dieser Elektroden.
In der Ionenquelle 191 ist das elektrische Feld zwischen Anode 191 a und Katoden 191 c bis 191 i so angeordnet, daß es sich mit dem durch den Magneten 192 erzeugten miagnetischen Feld kreuzt, wodurch sich ein kreisförmiger Elektronenweg von großer Gesamtlänge und infolgedessen eine starke Ionisation ergibt.
In der Lücke zwischen den Elektroden 191f unid 196d kreuzen sich das elektrische und das magnetische Feld nicht, und die Ionisation ist niedriger, als es für das Einsetzen einer Entladung erforderlich wäre. Darüber hinaus sind die Zwischenräume zwischen Elektroden in der Ionenquelle und in der Beschleunigungslücke lin Verbindung mit den vorhergehenden Betrachtungen so angeordnet, daß die gewünschte Ionisation in der Ionenquelle, dagegen keine Ionisation in der Beschleunigungsstrecke eintritt.
Um die elektrischen Verbindungen nach den Elektroden 195 c und 196 d zu vervollständigen, ist eine verbindende Einheit 198 vorgesehen. Diese besteht aus einem metallischen Stab 198a, der sich durch den Umhüllungsteil 193 hindurch erstreckt und den ebenfalls sich durch den Umhüllungsteil 193 erstreckenden Verbiindungsteil 194 und den rohrförmigen Teil 195a und 195b. Das obere Ende dieses Stabes ist in die Öffnung 195 e eingeschraubt und auf diese Weise mit dem Prallkörper 195 c elektrisch verbunden. Eiin Teil des Stabes 198 « nimmt eine Hülse 198 b aus einem elektrisch isolierenden Stoff auf, anderen oberes Ende mit einer Schulter 198c versehen ist und deren unteres Ende 198 d Gewinde trägt. Ein ausdehnbares Verbindungsstück 198e von etwa zylindrischer Form ist auf den Isolator 198b aufgesetzt. Dlas obere Ende dieses Verbindungsstückes 198 e stößt gegen die Schulter 198 c, und sein unteres Ende steht im Eingriff mit einer Antriebshülse 198/, deren unteres Ende wiederum von einer Antriebsmutter 198 g erfaßt wird.
Das Verbindungsstück 198 e kann ibeispielsweise 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 198 g angezogen wird, wird der Zylinder l98f aufwärts gedrückt und -das Verbindungsstück 198 e zwischen dem Zylinder und der Schulter 198 c 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 der Abschirmung 196 d hergestellt werden.
Durch Anschluß einer Leitung an die Stange 198a kann auch eine elektrische Verbindung nach dem Prallkörper 195 c hergestellt werden. Bei der dargestellten Anordnung jedoch ist ein Abfallwiderstand 199 zwischen der Mutter 198g und mehreren metallischen Kühlrippen 199a eingeschaltet. Die Rippen s'ind an dem unteren Ende der Stange 198a befestigt.
Es kann für die Anode 191 a und die Kathoden 191 c 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.
Im Betrieb wird innerhalb der Umhüllungl8' befindliches Deuteriumgas in der Ionenquelle 191 ionisiert, wobei letztere in bereits beschriebener Weise arbeitet. Einige der sich ergebenden Ionen gehen durch die Öffnung 191j der Kathode 191i, die Spirale 191k und die Öffnung 191 h hindurch und kommen so unter den Einfluß der Beschleunigungsspannung, die zwischen der Sondenplatte 191f und der Elektrode 196 d zugeführt wird. Einige dieser Ionen werden zu hohen Geschwindigkeiten beschleunigt, gehen durch die Öffnung 196f der Elektrode 196 d und treffen auf die Prall-schicht 195 c mit einer ausreichenden Geschwindigkeit auf, um Neutronen zu erzeugen.
Da der Beschleunigungsstreckenstrom durch den Widerstand 199 fließt, wird ein Spannungsabfall hervorgerufen, der die Elektrode 196d auf einer im Verhältnis zu dem Prallkörper 195c negativen Spannung hält. Unter diesen Umständen werden seknudäre 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 für die Betätigung erforderliche Energie verringert.
Offenbar gestattet die verhältnismäßig fische Bauart der Elektroden 191f, 196 d und 195 c 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 ist eine Schaltung dargestellt, die für die Hochspannungsquelle 121 nach Fig. 1 c angewendet werden kann. Die Eingangsleitungen 108 und 120 sind mit der primären Wicklung eines nach oben übersetzenden Transformators 200 verbunden, der einem Spannungsvervielfältiger üblicher Bauart, der mit Diodengleichrichtern 201 bis 204 und Belastungslionrdensatoren 205 bis 208 arbeitet, eine Spannung von 20kV zuführt. Die Heizfäden des Diodengleichrichters werden durch besondere Generatoren 209 bis 212 erregt, die gleichzeitig durch mechanische Kupplungeni 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 Kraftleitungen 108 und 110 verbunden ist.
Der Ausgang des Spannungsvervielfältigers wird zwischen der Gehäuseverbindung 123 und der Leitung 122 abgeleitet. Zwei in Reihe geschaltete Schutzwiderstände 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 Kondensator208 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 0,5kV vorhanden ist.
Bei der Arbeit erregt die Wechselspannung in den Leitungen 108 und 110 den Motor 214, der die Generatoren 209 bis 212 mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit treibt. Auf diese Weise hat dite den Gleichrichtern 201 bis 204 zugeführte Faden-Spannung eine etwa gleichbleibende Amplitude. Die Wechselspannung zwischen den Leitungen 108 und 120 wird durch den Transformator 200 auf ungefähr 20 kV heraufgesetzt. bevor sie durch das Gleichrichtersystem 201 bis 204 und die Kondensatoren 205 bis 208 in eine gleichgerichtete Spannung von ungefähr 100kV in bebekannter Weise umgewandelt wird.
Da die Spannung inden Leitungen 108, 120 unter der Steuerung eines Spannungssteuerkreises 119 steht, wird die Ausgangsspannung der Stromversorgung, 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 die Verwirklichung der Schaltung nach Fig. 5 gezeigt. Alle Teile, die dabei gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 5 tragen, werden 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 Halterringe 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 Gl asgehäus es 222 flüssigkeitsdicht verbunden sind.
Zum Beispiel 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 Einfüllen einer Ölflüssigkeit 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 bis 235, die in der Querrichtung in einem Abstand voneinander stehen und in einer waagerechten Ebene die Ecken eines Ouadrats bilden. Ihre Enden sind an die V;erschlußplatten 225 und 226 angeschlossen, und sie dienen dazu, die genannten Platten auseinander eu halten unld eine Anzahl im wesentlichen kleinerer rahmenartiger Platten236 in gewissen Abständen voneinander entlang dem Gehäuse 220 zu tragen. Auf der obersten der Rahmeuplatten 236 sind der Gleichrichter 204 und der Generator 212 angebracht, wie aus Fig. 7 ersichtlich. Die Kondensatoren 207 und 208 haben zylindrische Gestalt un<d 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 d,argestellten 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 ender Spannungsquelle entwickelte Spannung aushalten kann. Die unterste der Kupplungen241 ist mit zudem Antriebsmotor 214 verbunden, der unter der untersten Platte 236 liegt.
Der Transformator 200 liegt innerhalb des Glasgehäuses 220, und zwar unterhalb Ides Generators 214.
Mehrere Leitungen 242 gehen durch die Abschlußplsatte226, von dieser elektrisch isoliert, hindurch, sc daß elektrische Verbindungen nach dem Transformator und dem Motor hergestellt werden können Natürlich sNind dZiese Verbindungen abgedichtet, so daf keine Flüssigkeit durchtreten kann.
Die Widerstände 215,216 und 217 sind in dem ober sten Teil des Gehäuses langeordtnLet, während der Wider stand 218 in der Abteilung liegt, die den Transforma tor 200 enthält. Diese Anordnung ist getroffen worden weil es wichtig ist, -den Hochspannungsteil der Span nungsquelle von allen Punkten zu isolieren, um eine Kurzschluß zu verhindern.
Durch eine mittlere Öffnung in der oberen Abschluß platte 225 geht eine Hochspann,ungsleitung 242 hir durch. Sie besteht aus einem elektrisch leitenden Sta 243, der in einer Hülse 244 aus elektrischem Isolation material besteht. Der Stab 243, die Hülse 244 und d Platte 225 sind in geeigneter Weise flüssigkeitsdicl abgeschlossen. Die Isolierhülse 244 hat eine solche D elektrizitätskonstante und ist von derartiger Stärk daß sie der höchsten in der Quelle entwickelten Spa nung 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 räumliche Anordnung weist mechanische Festigkeit auf und sichert gegen einen Kurzschluß. Diese Hochspannungsquelle kann infolgedessen in wirksamer und zuverlässiger Weise für Bohrlochuntersuchungen verwendet werden. Die einzelnen Generatoren werden so eingebaut, daß zwischen .den einzelnen Heizfaldenkreisen der Glheichrichter, die natürlich außerordentlich hohen Spannungsdifferenzen in dem Vervielfältigerkreis ausgesetzt sind, elektrische Isolation erreicht werden kann.
Wenn die Gleichrichterfäden durch Batterien geheizt werden sollen, kann die abgeänderte Ausführungsform nach Fig. 8 Verwendung finden. Hier ist nur der Fadenkreis für den Gleichrichter201 gezeigt.
Natürlich müssen die übrigen Gleichrichter in ähn licher Weise angeordnet sein. Eine Heizbatterie 250 ist mit dem Faden des Gleichrichters 201 über einen stellungsempfindlichen und/oder durch Schwerkraft bewegten Schalter 251 verbunden. Dieser Schalter kann z. B. aus einer Glaskapsel 252 bestehen, die an dem Gehäuse 220 angebracht ist. Durch die Kapselwanld gehen zwei Kontakte 253 hindurch, und in der Kapsel ist eine kleine Menge Quecksilber 254 vorhanden.
Wenn die Untersuchungsvorrichtung in einer untwirksamen waagerechten 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 Fadenkreis an dem Kontakt 253.
In dieser Ausführungsform können Heizbatterien in das mit Öl gefüllte Gehäuse 220 eingeschlossen sein, und es sind keine uneweckmäßilgen Komplikationen im Fadensteuerkreis erford!erlich, um die Hochspan nung des Spannungsvervielfältigers zu erzeugen.
PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zur Untersucliung von durch ein Bohrloch durchteuften Erdformationen mit einem druckfesten, Gehäuse, das durch das Bohrloch hindurchgeführt wird, einer in diesem Gehäuse vorgesehenen Quelle von monoenergetischen Neutronen und einer sich mit dem Gehäuse bewegenden Einrichtung zur Anzeige von Kernreaktionen, die sich aus der Beschießung der das Bohrloch umgebenden Erdformationen durch die ausgesandten Neutronen ergeben, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Regelung des von der Quelle ausgesandten Neutronenflusses.

Claims

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel einrichtung auf die direkt von der Quelle ausgesandten Neutronen anspricht und den Fluß dieser Neutronen im wesentlichen konstant hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung auf Neutronen mit niedriger Energie anspricht, die sich aus der Beschießung von Material durch die ausgesandten Neutronen ergeben, und die Anzeige sich auf die Gammastrahlung bezieht, die Ibei den durch die Beschießung auftreten denKerureaktionen auftritt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für monoenergetische Neutronen einen Prallkörper und eine Einrichtung zum Aussenden geladener Teilchen in einem Bündel gegen diesen Prallkörper aufweist und ,der ausgesandte Neutronenfluß durch Einstellung des Bündels der geladenen Teilchen gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper einen Stoff aufweist, der mit den gelafdtenen Teilchen reagieren kann, um Neutronen zu erzeugen, wobei der Gehalt des Prallkörpers an solchem Stoff sich in einer Richtung ändert und der Auftreffort des Bündels der geladenen Teilchen auf den Prallkörper in dieser Richtung veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an reagierendem Stoff sich in radialer Richtung von ,einem gegebenen Punkt auf dem Prallkörper aus ändert, das Bündel gegen diesen Punkt gerichtet ist und der Auftreffort durch Änderung des Bündelquerschnitts in der Nähe des Prallkörpers veränderbar i.st.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Idie Quelle von monoenergetischen Neutronen eine abgeschlossene Umhüllung aufweist, die mit einem ionisierbaren Gas gefüllt ist und Mittel enthält, um das Gas zu ioniisieren und dadurchfdie geladenen Teilchen zu erzeugen, und ferner eine Strahlungsquelle vorhanden ist, die das Gas bestrahlt, um seine Ionisation in Gang zu setzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ouelle von monoenergetischen Neutronen eine abgeschlossene Umhüllung aufweist, die mit einem ionisierbaren Gas gefüllt ist und Mittel enthält, um das Gas zu ionisieren und dadurch die geladenen Teilchen zu erzeugen, und eine ebene Elektrode, die in der Umhüllung liegt und eine Öffnung hat, und Idaß auch der Prallkörper ebene Form hat und in der Umhüllung in einer gewissen Entfernung von leder Elektrode und parallel zu ihr angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung zwischen der ebenen Elektrode und dem Prallschirm in einer parallel zu der ebenen Elektrode liegenden Ebene einen Teil aufweist, der eine geringere Umfangslänge hat als <die ebene Elektrode oder/und der Prallkörper.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ,daß das längliche zylindrische Gehäuse der Vorrichtung einen Stromversorgungsteil für die Neutronenquelle aufweist, oder aus einer flüssigkeitsdichten Hülse von elektrisch isolierendem Stoff besteht und innerhalb tdes Gehäuses angeordnet ist, daß ferner ein Spannungsvervfelfältigerkreis in der Hülse liegt, der eine Mehrzahl von Stromgleichrichtern enthält, die in einer gewissen Entfernung voneinander entlang einer Längsachse des Gehäuses verteilt sind und für die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse außerhalb der Hülse vorgesehen sind, sowie Mittel zur Verbindung des Eingangs mit einer Quelle verhältnismäßig niedriger Spannung und Mittel zur Verbindung des Ausgangs mit der Neutronenquelde, und daß eine elektrisch isolierende Flüssigkeit die Hülse ausfüllt.