DE2622871A1

DE2622871A1 - Verfahren und einrichtung zum untersuchen von erdformationen

Info

Publication number: DE2622871A1
Application number: DE19762622871
Authority: DE
Inventors: Ronald E Turcotte; John S Wahl
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1975-05-22
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1977-02-10
Also published as: FR2334119B1; AU506713B2; MX3339E; OA05330A; GB1555153A; AR221817A1; FR2334119A1; NL7605437A; AU1393976A

Description

Beschreibung
zum Patentgesuch

der Firma SocietS de Prospection Electrique Schlumberger Paris / Frankreich

betreffend:
"Verfahren und Einrichtung zum Untersuchen von Erdformationen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Untersuchen von Erdformationen, insbesondere der Medien, die ein durch eine Erdformation abgeteuftes Bohrloch umgeben. Hierbei werden zum Untersuchen der Erdformationen Meß- oder Registrierinstrumente verwendet, welche Kernstrahlungsquellen hoher Intensität aufweisen und welche durch ein durch die interessierende Erdformation abgeteuftes Bohrloch eingebracht sind.

Mit dem in der folgenden Beschreibung verwendeten Begriff"Kernstrahlung" ist ein Strom von Partikeln, wie Elektronen, Neutronen, Protonen,"Alphateilchen, energiereiche Photonen oder eine Kombination daraus bezeichnet.

Bisher haben für Untersuchungszwecke verwendete Photonenquellen radioaktive Isotopen, wie Radium 226, Zäsium 137 oder Kobalt enthalten. Derartige Isotopen werden vorteilhafterweise verwendet, weisen jedoch mehrere schwerwiegende Nachteile auf: (1) die Energiereichweite von emittierten Photonen ist begrenzt; (2) die maximale (Radio) Aktivität₇ die sicher und bequem bei Außenarbeiten verarbeitet werden kann, ist auf wenige Curies

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beschränkt; (3) die Isotopen emittieren kontinuierlich, so daß zeitlich dosierte Messungen nicht möglich sind; und (4) sie emittieren Photonen gleichmäßig in allen Sichtungen. Ferner werden während derartiger Untersuchungen manchmal Meß- oder Registrierinstrumente verloren oder v/erden in das Bohrloch eingesetzt und, wenn das Instrument eine kontinuierlich emittierende Isotopenquelle aufweist, ist das Personal bei der Rückgewinnung bzw. der Einholung einem wesentlich größeren Bestrahlungsrisiko ausgesetzt und obendrein besteht für Grundwasserquellen eine viel größere Gefahr, daß sie verschmutzt werden.

Neutronenquellen, die derzeit bei solchen Untersuchungen verwendet werden, sind entweder isotop, wie Plutonium 238-Beryllium oder Californium 252, oder sind Neutronengeneratoren, welche durch die Reaktion von Deuterium in Tritium energiereiche Neutronen mit 14,7 MeV erzeugen. Die Isotopenquellen sind auf den maximalen Ausgang beschränkt, v/elcher sicher verarbeitet werden kann, und wenn sie kontinuierlich Neutronen emittieren, können sie nicht für zeitliche dosierte Messungen verwendet werden. Neutronengeneratoren, wie sie in der US-PS J 461 291 beschrieben sind, und welche einen elektrostatischen Ionenbeschleuniger zum Beschießen eines üritiumtargets mit Deuteriumionen verwenden, können mit Impulsen beaufschlagt werden und können infolgedessen für zeitlich begrenzte Kessungen verwendet werden; die hierdurch erzeugten Neutronen sind gedoch im wesentlichen monenergetisch bei dem Pegel von 14,7 MeY und weisen nicht die optimale Energie für alle Untersuchungen auf.

Für bestimmte Untersuchungen weisen daher die bisher verwendeten Kernstrahlungsquellen einen oder mehrere der folgenden Nachteile auf: sie sind aufgrund von Sicherheitsüberlegungen in ihrer Intensität begrenzt; sie sind im Hinblick auf die Möglichkeiten ihres Energiespektrums begrenzt worden, wodurch ihre Brauchbarkeit insgesamt begrenzt worden ist, öder sie können nicht für einen gepulsten Betrieb verwendet werden, wodurch die Messungen begrenzt sind, die durchgeführt werden können.

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Um irgendwelche Verwirrungen oder Unklarheiten zu vermeiden, mit dem Begriff "Photon" ist in der gesamten Beschreibung unabhängig von ihrer Herkunft eine hochfrequente, elektromagnetische Strahlung bezeichnet. Infolgedessen umfaßt der Begriff auch Gammastrahlen, X-Strahlen und eine Bremsstrahlung, von welchen jeweils eine hochfrequente, elektromagnetische Strahlung besteht, welche im allgemeinen durch die Art und Weise, auf welche sie erzeugt werden, klassifiziert werden.

Die Erfindung soll daher ein Verfahren und eine Einrichtung zum Untersuchen einer interessierenden Erdformation mit Hilfe einer Kernstrahlungsquelle hoher Intensität schaffen, mit welcher wertvolle Information über Erdformations-Oharakteristiken geschaffen werden können. Ferner kann eine Photonenquelle hoher Intensität verwendet werden, die wesentlich höher ist als die der bisher verwendeten Isotopen-Photonehquellen und welche abgeschaltet werden kann, wenn sie nicht benutzt wird. Darüber hinaus können Neutronenquellen hoher Intensität verwendet werden, die ein kontinuierliches Energiespektrum in einem Energiebereich unter 14,7 MeV aufweisen und deren Impulsbreite schmaler als die ist, die von den bisher verwendeten Bohrlochgeneratoren verfügbar ist, so daß neue und genauere zeitlich festgelegte Messungen durchgeführt werden können.

Gemäß der Erfindung ist daher ein Verfahren und eine Einrichtung zum Untersuchen einer interessierenden Erdformation geschaffen, bei welcher sich wiederholende (impulsförmige) Stöße von Kernstrahlung mit einem kontinuierlichen Energiespektrum und hoher Intensität emittiert werden, welche die Medien durchdringen, welche ein durch die Erdformation abgeteuftes Bohrloch umgeben. Danach werden Anzeigewertevon der Kernstrahlung erhalten, die sich aus der Wechselwirkung zwischen der emittierten Strahlung und den das Bohrloch umgebenden Medien ergeben.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung zum Untersuchen der Medien geschaffen, welche ein durch eine Erdformation abgeteuftes Bohrloch umgeben,

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bei welchem eine Quelle mit Impulsen beaufschlagt bzw. entsprechend gesteuert wird, um sich wiederholende Stöße von energiereichen, geladenen Partikeln abzugeben. Die impulsförmigen Stöße mit geladenen Partikeln werden zum Beschießen eines oder mehrerer Targets verwendet, um sich wiederholende Stöße von Kernstrahlung mit einem kontinuierlichen Spektrum abzugeben und auszusenden, welche in die ein Bohrloch umgebenden Medien eindringen bzw. sie lurchdringen. Danach werden Anzeigewerte der Kernstrahlung erhalten, die sich aus der Wechselwirkung der emittierten Strahlung und der Erdformation ergeben.

In der Einrichtung gemäß der Erfindung können Photonen und/oder Neutronen von der Kernstrahlungsquelle erzeugt werden, welche folgende Einrichtungen aufweisen: (1) eine Einrichtung, um sich wiederholende (impulsförmige) Stöße geladener Partikel, wie Elektronen, von einem gittergesteuerten Heizfaden oder einer Kathode abzugeben bzw. auszusenden; (2) eine Einrichtung zum Beschleunigen der geladenen Partikelstöße auf energiereiche Niveaus, wie beispielsweise ein linearer Stehwellen-Teilchenbeschleuniger, und (3) in Abhängigkeit von der Art der Kernstrahlung, welche emittiert bzw. abgegeben werden soll, ein oder mehrere Targets.

Während des Betriebs treffen die energiereichen, geladenen Partikel auf ein Target und erzeugen eine Kernstrahlung hoher Intensität mit Energieniveaus, welche für Untersuchungen optimal sind und bei welchen folglich die Schwierigkeiten beim Eindringen in die Medien bzw. beim Durchdringen der Medien minimal sind, welche das Bohrloch umgeben, das beispielsweise einen Mantel oder eine Verkleidung, einen Zementring, Bohrschlamm oder zurückgebliebenen Schlammkuchen und eine geänderte Formationszone vor der unberührten Information aufweisen oder nicht auf-■ weisen kann. Die hohen Intensitäten und die optimisierten Energiespektrumchärakteristiken des Verfahrens und der Einrichtung nach der Erfindung sind beträchtliche Verbesserungen im Vergleich zu den vorher bekannten Untersuchungsmethoden, und es können auch neue Unterschungsmethoden angewendet werden, welche bisher nicht möglich waren.

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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können Einrichtungen zum Ablenken der (impulsförmigen) Stöße der energiereichen geladenen Teile sowie zwei oder mehr Targets vorgesehen sein, so daß eine einzige Quelle sowohl Photonen als auch Neutronen erzeugen kann. Dadurch kann mit einem einzigen Meß- und Untersuchungsinstrument in Abhängigkeit von der Energie, der Intensität, der emittierten Strahlungsart sowie der Art und der Anordnung der die Anzeige schaffenden Einrichtung oder Detektoren in dem Instrument eine große Anzahl verschiedener Untersuchungstechniken und-Methoden durchgeführt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figo 1A und 1B im Längsschnitt Ansichten eines in ein Bohrloch abgeteuften Meß- und Registriergeräts|

Fig. 2 Kurven, welche typische Photonenspektren zeigen, die von einem Meß- und Registriergerät gemäß der Erfindung ausgesendet werden;

!"ig. 5 Kurven, welche typische Neutronenspektren zeigen, die von einem Meß- und Registrierinstrument gemäß der Erfindung ausgesendet werden;

3?ig. 4 im LängssclrLtt eine Ansicht einer Ausführungsform eines Meß- und Registrierinstruments gemäß der Erfindung;

Fig. 5 im Längsschnitt eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Meß- und Registrierinstruments gemäß der Erfindung ;

Fig. 6 im Längsschnitt eine dritte Ausführungsform eines Meß- und Registrierinstruments gemäß der Erfindung; und

Fig. 7 im Längsschnitt die Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform eines Meß- und Registrierinstruments gemäß der Erfindung.

In Fig. 1A und 1B ist ein Bohrloch-Untersuchungsgerät gemäß der Erfindung dargestellt, welches ein fluiddichtes Gehäuse 10 aufweist, das in ein durch eine Erdformation 12 abgeteuftes Bohrloch 11 abgesenkt bzw· gehängt ist. Das Bohrloch kann entweder, wie es durch einen Mantel 13 und einen Zementring dargestellt ist, ausgekleidet oder auch nicht ausgekleidet sein, und es kann mit Bohrschlamm oder einem anderen Fluid 15 gefüllt sein. Das Absenken bzw. Abhängen sowie die vertikale Bewegung des Gehäuses 10 wird mittels eines armierten Kabels 16 gesteuert, veL-ches zu der Erdoberfläche und über eine Winde 17 verläuft, welche mit einer nicht dargestellten Kommutierungsanordnung versehen ist, so daß elektrische Signale zwischen dem Gerät und der Anlage an der Oberfläche übertragen werden können. Das Gehäuse wird mittels einer herkömmlichen Exzentereinrichtung, wie beispielsweise einer Bogenfeder oder einem federbelasteten hydraulischen System 18, gegen den Mantel gedruckt.

Das Gerät weist einen oberen Elektronenbeschleunigungs- und Strahlung erzeugenden Abschnitt sov/ie einen unteren die Strahlung fühlenden Abschnitt auf, welche durch eine Abschirmung 19 getrennt sind, wie in Fig. 1B dargestellt ist. Wie nachstehend noch ausgeführt ist, kann die Abschirmung aus irgendeinem Material hergestellt sein, so daß verhindert ist, daß nicht annehmbare bzw. nicht zulässige Kernstrahlungspegel den Fühlabschnitt erreichen.

In dem oberen Abschnitt wird ein kontinuierliches Photonenoder Neutronen-Energiespektrum durch Beschießen eines entsprechenden Targets mit einem Strahl energiereicher Elektronen erzeugt. In Fig. 1B werden die Elektronen mittels einer Quelle 20 veränderlicher Intensität erzeugt und werden in einem linearen Mikrowellen-Teilchenbeschleuniger 21 beschleunigt, welcher vorzugsweise eine Stehwellenausführungsform ist, in einem ir/Ti-Betrieb arbeitet und mittels eines Mikrowellengeneisbors oder

Magnetrone 22 über einen Hohlleiter 23 erregt wird. Eine in Fig. 1A dargestellte Energievcrsorgungsschaltung 24 ist vorgesehen, um die si-forderlichs fesrgie- den verschiedenen Teilen des Meß- und Essistrierlaetsar^cats suzufüären.

In Fig. 1B weist ein Linearbeschleuniger 21 einen Strahlin j ek- ' tionshohlraum 25 und eine Anzahl im wesentlichen gleicher Beschleunigungshohlräume 26 auf, die entlang der Beschleunigerachse 27 für eine elektromagnetische Einwirkung auf den injizierten Strahl hintereinander angeordnet sind, um die Elektronen beinahe auf lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. In Abhängigkeit von der gewählten Betriebsfrequenz kann die Energiezunahme der beschleunigten Elektronen annähernd 660 KeV pro Hohlraum sein, und die Länge jedes Beschleunigungshohlraums beträgt etwa 5 cm. Um daher Elektronen zu erhalten, welche auf eine Energie von etwa 20 MeV beschleunigt sind, werden 30 Hohlräume mit einer Gesamtlänge von etwa 1,5 m benötigt. Infolgedessen können Elektronen mit jeder geforderten Energie erhalten werden, indem die Anzahl der Beschleunigungshohlräume 26 geändert wird. Die Beschleunigungshohlräume 26 weisen im allgemeinen um die Achse 27 herum eine ringförmige Form auf,- während der In jektionshohlraum 25 gleich einer Hälfte eines Beschleunigungshohlraums ist, wobei die Beschleunigerendwand 28 in der Mitte angeordnet ist und das obere Ende des Beschleunigers 21 festlegt. Eine derartige Ausbildung des Injektionshohlraums ist nicht erforderlich, jedoch zweckmäßig, da dadurch Elektronen geschaffen werden, welche in den Beschleuniger an der Stelle maximaler Stärke des elektrischen Feldes des Hohlraums injiziert werden (siehe Knapp u.a· Standing Wave High Energy Linear Accelerator Structures, 39 Review of Scientific Instruments, Nr. 7» 979 - 991, Juli 1968). Über der ganzen Länge des Beschleunigers sind benachbarte Hohlräume über kurze zylindrische öffnungen 29 miteinander verbunden, die zu der Achse 27 konzentrisch sind.

Eine Anzahl Kopplungshohlräume 30 sind entlang des Beschleunigers zur elektromagnetischen Ankopplung benachbarter Paare von Beschleunigungshohlräumen 26 angeordnet. Um einen symmetrischen Aufbau zu erhalten, sind die Kopplungshohlräume 30 diametral entlang gegenüberliegender Seiten des Beschleunigers abwechselnd zwischen Paaren von Beschleunigungshohlräumen 26 angeordnet. Jeder Kopplungshohlraum 30 hat eine Zylinderform, dessen Achse parallel zu der Achse 27 verläuft, und einen schmaleren Mittenbereich 31, der zur kapazitiven*: Belastung des Kopplungshohlraums 30 vorge-

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sehen ist, Wie in Fig. 1B dargestellt, ist jeder zylindrische Kopplungshohlraum 30 so angeordnet, daß die am weitesten innen liegende Fläche die Innenwandung der zwei benachbarten Beschleunigungshohlräume 26 schneidet, um dadurch induktive Kopplungsblenden 32 zu bilden, die einen Weg für die Wellenenergieübertragung von einem Beschleunigungshohlraum 26 zu dem zugeordneten Kopplungshohlraum 30 und dann zu dem benachbarten Beschleunigungshohlraum 26 schaffen. Die Injektions-Beschleunigungs- und Kopplungshohlräume sind alle auf etwa diesäLbe Frequenz abgestimmt, welche die Elektronenenergiezunahme pro Hohlraum schafft und für die angegebene Energiezunahme etwa 6 GHz betragt.

In Fig. 1B weist die Endwandung in der Mitte eine Strahleintrittsöffnung 33 auf, und sie bildet eine Besch!eunigungselektrode für die Elektronenquelle. Die Quelle 20 ist innerhalb einer Kammerangeordnet, von welcher eine Wand die Endwandung 28 ist, und weist eine der Eintrittsöffnung 33 gegenüberliegende, Elektronen abgebende Kathode 34- sowie ein Gitter oder eine Absaugelektrode 35 auf, welche zwischen der Kathode 34 und der öffnung in sehr geringemAbstand von der Kathode angeordnet ist. Die Kathode 34- ist mit den Ausgang einer monostabilen Schaltung 36 verbunden, welche einen 1/sek.lan^snegativen Spannungsimpuls von üblicherweise 4 kV abgibt, wenn sie mittels eines Startimpulses auf einer Leitung 37 angesteuert wird.

Die Startimpulse können an der Erdoberfläche mittels Steuerschaltungen 38A (Fig.1A) entweder automatisch oder von einer Bedienungsperson erzeugt werden, oder sie können durch eine in der Bohrung angeordnete Schaltung erzeugt werden, wie nachstehend noch näher ausgeführt wird. Jeder Startimpuls wird über eine Verzögerungsleitung 38, deren Aufgabe nachstehend noch erläutert wird, an die monostabile Schaltung 36 angelegt. Die Kathode 34· ist über eine Induktivität 39 und mittels einer Leitung 40 mit dem positiven Ausgang einer Gleichspannungsquelle mit beispielsweise 2kV verbunden, welche in der Energieversorgungsschaltung 24 vorgesehen ist. Das Gitter 35 ist mit dem negativen Ausgang einer Hochspannungsquelle 42 verbunden, welche mittels einer Leitung mit dem negativen Anschluß der

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Gleichspannungsquelle 41 verbunden ist. Um die Intensität des dem Beschleuniger 21 zugeführten Elektronenstrahls zu ändern, kann, wie unten ausgeführt wird, der Ausgangspegel der monostabilen Schaltung 36 beispielsweise zwischen -2 und -6 kV durch ein von den Steuerschaltungen 38 an der Oberfläche über eine Leitung 44 zugeführtes Steuersignal geändert werden.

Die Elektronenquelle 20 mit veränderlicher Intensität arbeitet folgendermaßen. Wenn der Ausgangspegel der Hochspannungsquelle 42 beispielsweise -30 kV ist und kein Startimpuls an die monostabile Schaltung 36 angelegt ist, befinden sich die Kathode und das Gitter 35 auf -30 kV bzw. -32kV. Obwohl die Endwandung 28, welche auch als Anode wirkt geerdet ist, werden Elektronen von der Kathode nicht zu der Anode hin angezogen, da das Gitter bezüglich der Kathode negativ ist. Wenn jedoch die monostabile Schaltung 36 mittels eines Startimpulses angesteuert wird, und einen 1/usek langen Impuls von - 4 kV abgibt, fällt das Potential der Kathode 34 auf -34kV, so daß ein Elektronenstoß mit einer vorgegebenen Intensität in den Beschleuniger 21 eingegeben wird. Wenn die Impulsspannung entsprechend einem Steuersignal auf der Leitung 44 negativer gemacht, d.h. verringert wird, nimmt die Intensität des Elektronenstoßes zu; wenn umgekehrt die Impulsspannung durch das Steuersignal erhöht wird, nimmt die Intensität des Elektronenstoßes ab.

Die Endwandung 45 des Beschleunigers 21 weist ein Strahlaustrittsfenster 46 auf, welches mit einem für den energiereichen Elektronenstrahl durchlässigen Material, wie einer dünnen Aluminiumfolie, verschlossen. Die Elektronenquelle 20 und der Beschleuniger 21 sind auf einen niedrigen Druck (üblicherweise 10 Torr) mittels einer Hochvakuumpumpe ausgepumpt, wenn die Quelle und der Beschleuniger zusammengebaut sind; das Vakuum wird mit zumindest einer Ionenpumpe 47 erhalten, welche mit der Quelle 20 verbunden ist. Die Pumpe 47 wird dann über eine Leitung 48 von einem in der Energieversorgungsschaltung 24 vorgesehenen Ausgang 49 aus erregt, an dem eine hohe Gleichspannung anliegt. Um das Erdmagnetfeld abzuschwächen, ist der Beschleuniger 21 von einer Folie aus MU-Metall 50 umgeben, das üblicherweise

eine Dicke von 2mm hat und eine ausx-eichenc.e Abschwächung schafft, um den Beschleuniger unempfindlich bezüglich des Erdmagnetfeldes zu machen.

Der Beschleuniger 21 wird mit Mikrowellenenergie von dem Magnetron 22 aus erregt, welches in einem Frequenzbereich arbeitet, der die Resonanzfrequenz der Hohlräume einschließt. Vorzugsweise wird ein abstimmbares, koaxial angeordnetes Magnetron mit einer Anzahl Hohlräumen verwendet, in welchem eine zylindrische Kathode 51 konzentrisch von einer ringförmigen Anode 52 mit einer Anzahl Hohlräumen 53 umgeben ist, die sich zu dem Anoden-Kathodenraum, dem sogenannten Wechselwirkungsraum, hin öffnen. Ein äußeres Magnetfeld mit zu der Achse der Kathode 51 paralleDai Kraftlinien ist mit einer Anzahl Dauermagneten 54 versehen. Die Kathode 51 ist über eine Leitung 55 mit einer Impulsformerschaltung 56 verbunden, die im einzelnen nachstehend noch beschrieben und in E"ig. 1A dargestellt ist; diese Schaltung gibt einen negativen Spannungsimpuls von beispielsweise 40 k? ab, wenn sie mittels eines Startimpulses auf der Leitung 37 angesteuert wird, der an den Steuereingang 57 cLer Schaltung 56 angelegt wird. Energie wird aus dem Magnetron 22 mittels des Hohlleiters 23 ausgekoppelt, welcher unmittelbar mit einem der Anodenhohlräume 53 verbunden ist, und wird über ein Mikrowellenfenster 58 in den mittleren Beschleunigungshohlraum 26 des Beschleunigers 21 eingespeist. In Abhängigkeit von dem Energieausgang des Magnetrons oder der Anzahl der zu erregenden Beschleunigungshohlräume kann eine Anzahl Magnetrons mit synchronen Ausgängen verwendet werden, von welchen jedes eine Hohlleiterankopplung an einem gesonderten Beschleunigungshohlraum aufweist.

In der Impulsformerschaltung 56 wird eine positive Gleichspannung von beispielsweise 4kV, die von der Energieversorgungsschaltung 24 über den Ausgang 59 zugeführt wird, an eine Ladedrossel 60 angelegt, welche aus einer Anzahl parallelgeschalteter Induktivitäten bestehen kann. Der Drosselausgang wird an eine HF-Begrenzerschaltung 61 angelegt, welche eine oder mehrere Induktivitäten und parallelgeschaltete Widerstände auf-

weisen kann. Der Ausgang der HF-Begrenzerschaltung wird an die Anode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters (SOE) 62, dessen Kathode geerdet ist und dessen Steueise ktrode mit dem Steuereingang 57 verbunden ist, und an den Eingang einer Übertragungsleitung 63 mit äquivalenten, konzentrierten Elementen, welche eine Anzahl Induktivitäten 64 und Kapazitäten 65 sein können, die so wie in Fig. 1A dargestellt geschaltet sind. Der Ausgang der Leitung 63 ist an die Primärwicklung eines Ausgangstransformators 66 angelegt, dessen Sekundärwicklungen die Kathode 51 des Magnetrons über eine Leitung 55 erregen.

Die vorbeschriebene Impulsformerschaltung 56 arbeitet folgendermaßen. Wenn kein Startimpuls an den Steuereingang 57 angelegt wird, ist der SCR 62 gesperrt und die Kondensatoren 65 der Übertragungsleitung 63 werden vom Ausgang 59 aus über die strombegrenzende Ladedrossel 60 und die EF-Begrenzerschaltung 61 geladen. Wenn ein Startimpuls auf der Leitung 37 vorhanden und an den Eingang 57 angelegt wird, wird der SGR 62 leitendund die Übertragungsleitung 63 an dieser Stelle geerdet. Die Kenndaten der äquivalenten Übertragungsleitung 63 sind so, daß sich die Kondensatoren 65 nacheinander über die Primärwicklung des Transformators 66 entladen, und zwar entlädt sich zuerst der Knndensator, der am nächsten bei dem SOR 62 liegt, und als letzter entlädt sich der Kondensator 65, der am nächsten bei der Primärwicklung des Transformators 66 liegt.

Die HF-Begrenzungsdrossel 61 verhindert, daß ein Impuls von der sich entladenden Übertragungsleitung die Energieversorgung 24 beschädigt. Wenn das Windungsverhältnis in dem Transformator 66 1:10 ist und die Eingangsspannung 4kV beträgt, wird ein Impuls von 40 kV entsprechender Polarität erhalten und an die Kathode 51 des Magnetrons angelegt. Die Länge, d.h. die Anzahl Bauteile der Übertragungsleitung kann eingestellt werden, um einen Impuls an dem Magnetron zu erzeugen, der die geforderte Dauer, vorzugsweise 1yus hat. Wenn der entsprechende Impuls an die Kathode 51 angelegt wird, schwingt das Magnetron 22 auf seiner Resonanzfrequenz, und die Mikrowellen werden an den Beschleuniger 21 über den Hohlleiter 23 angelegt.

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Es sind zwei verschiedene Abstimmsysteme zum Einstellen der Resonanzfrequenz des Magnetrons 22 vorgesehen (säe Reich, Microwave Theory and Techniques, Van Nostrand Co., N.A. 1953)· Das erste Abstimmsystem, das ein elektronisches System ist, spricht auf ein Fehlersignal an, welches den Unterschied zwischen der Amplitude des stehenden Mikrowellenfeldes in dem Beschleuniger 21 und einen Bezugswert wiedergibt, welcher den erwarteten maximalen Amplitudenwert bei Resonanz angibt. Genauer gesagt, die Ampltitude des Feldes in dem Beschleuniger wird mittels einer in einer der Kopplungshohlräume 30 angeordneten Kopplungsschleife gefühlt. Die Schleife ist mit einer mittelwertbildenden und Vergleichsschaltung 68 verbunden, welche die mittlere Amplitude und den Bezugswert vergleicht und ein Fehlersignal abgibt, welches dann an das elektronische Abstimmsystem 69 angelegt wird. Diedes System ändert dann die Resonanzfrequenz des Magnetrons, indem es in den Wechselwirkungsraum eine Anzahl Elektronen von dner Hilfselektrode 70 aus injiziert, die durch das Fehlersignal festgelegt ist. Dadurch kann die Frequenz des Mikrowellenfeldes in dem Beschleuniger 21 auf dem Resonanzwert gehalten werden, und die Energie der beschleunigten Elektronen wird auf einem maximalen Wert gehalten.

Das zweite Abstimmsystem, das ein mechanisches System ist, spricht auf ein zweites Fehlersignal an, das die Differenz zwischen der Temperatur des Beschleunigers 21 und einer Bezugstemperatur wiedergibt. Dies System ist vorgesehen, um Änderungen in der Resonanzfrequenz des Beschleunigers auszugleichen, die aus Temperaturänderungen entlang der Länge des Beschleunigers resultieren. Die Beschleunigertemperatur wird mittels eines Thermoelements 71 gefühlt, das an der Außenwandung des Beschleunigers anliegt. Der Thermoelementausgang wird an eine Vergleichsschaltung 72 angelegt, welche ein Fehlersignal für ein mechanisches Abstimmsystem 73 erzeugt, welches einen Servomechanismus aufweist, der die Frequenz des Magnetrons ändert, indem die Lage eines leitenden Stabes 7^, welcher in einen der Anodenhohlräume 53 eingeführt ist, um eine Strecke ändert, welche durch das Fehlersignal festgelegt ist. Die Frequenz des

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Mikrowellen-Beschleunigtingsfeld.es hängt somit von der Temperatur in dem Bohrloch in der Weise ab, daß die Resonanz: zwischen dem Magnetron und dem Beschleunigerhohlraum erhalten bleibt, dessen Abmessungen und folglich dessen Resonanzfrequenz temperaturabhängig sind. Der Ausgang des Thermoelements 71 kann auch zum Einstellen des Bezugswert in der Vergleichsschaltung 68 des ersten Abstimmsystems verwendet werden.

Der Betrieb des Beschleunigers 21 wird durch einen Startimpuls eingeleitet, welcher in der Größenordnung 200 mal pro sek. über die Leitung 37 abgegeben und zuerst an dem Steuereingang 57 der Impulsformerschaltung 56 erhalten wird. Das Magnetron 22 wird erregt, und es wird ein in Resonanz befindliches Mikrowellenfeld in dem Beschleuniger 21 geschaffen. Am Ende der durch die Leitung 38 erzwungenen Verzögerung, welche der Einstellzeit (ungefähr 1/us) des Mikrowellenfeldes in dem Beschleuniger und der Zeit entspricht, die notwendig ist, um das Eintreffen der Elektronen an der Eintrittsöffnung 33 mit dem Mikrowellenfeld zu synchronisieren, und welche durch eine Bedienungsperson an der Oberfläche oder wie nachstehend noch ausgeführt wird, geändert werden kann, wird der Startimpuls von der monostabilen Schaltungs-36 erhalten. Die Elektronenquelle 20 wird auf diese Weise angesteuert und ausgelöst, und ein Elektronenstoß wird in den Injektionshohlraum 25 zum Zeitpunkt der maximalen Amplitude des Mikrowellenfeldes eingegeben, wobei die Elektronen dicht gebündel; sind. Wenn die gebündelten Elektronen den Scheitelwert des Mikrowellenfeldes berühren (bzw. auf ihm entlanglaufen), das sich beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, verstärken sie kontinuierlich die Energie in der Kette der Beschleunigungshohlräume 26 und treten aus dem-Strahlaustrittsfenster 46 als Elektronenstoß, der etwa 1/us lang ist, mit einer Energie aus, welche von der Anzahl der Beschleunigungshohlräume und der Resonanzfrequenz abhängt, bei welcher der Beschleuniger betrieben wird.

Eine Anzeige der Intensität des aus dem Beschleuniger 21 austretenden Elektronenstoßes, welcher zu Steuerzwecken oder zum Einstellen der Verzögerungsleitung 38 verwendet werden kann, wie oben beschrieben ist, und zwar entweder, wie dargestellt,

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automatisch oder von fern durch eine Bedienungsperson an der Oberfläche, kann mittels eines Transformators 75 mit Ferritkern oder mittels einer anderen Fühleinrichtung erhalten werden, welche entlang des Strahles nahe bei dem Austrittsfenster 46 angeordnet ist. Der Transformator kann an einen Verstärker 76 angekuppelt sein, welcher ein Signal abgibt, das der Elektronenstoßintensität auf der Leitung 77 entspricht, so daß es an die Oberfläche übertragen werden kann, wo es beispielsweise mittels eines Meßgeräts 78 und eines Aufzeichnungsgerats 79 angezeigt und aufgenommen werden kann·

Die Auswahl der Art der zu erzeugenden Kernstrahlung kann leicht und ohne weiteres mittels eines Elektromagneten 80 oder mittels einer anderen Strahlablenkeinrichtung durchgeführt werden, welche mittels einer synchron impulsgesteuerten oder Gleichstromquelle

81 erregt wird. Mittels des Elektromagnet wird ein Magnetfeld senkrecht zu dem Strahl energiereicher Elektronen angelegt, welche von dem Beschleuniger 21 austreten, der·. den Strahl um einen bestimmten Winkel Θ, beispielsweise von 45 , zu einem Target

82 hin ablenkt, das bei Beschüß mit Elektronen Photonen emittiert. Das Target kann, wie allgemein bekannt, aus irgendeinem entsprechenden Material, wie Wolfram bestehen. Bei derart hohen Werten der einfallenden Energie treten die von dem Target emittierten Photonen-Impulsstöße vorwiegend in Vorwärtsrichtung bezüglich der einfallenden Elektronen aus und dringen in die Formation 12 ein. Infolgedessen stellt das Abschirmen des Fühlabschnittes bezüglich der auf diese Weise erzeugten Photonen kein ernstes Problem dar. Um die Strahlenverluste in dem Meß- und Registrierinstrument auf ein Minimum herabzusetzen, kann jedoch ein Fenster

83 vorgesehen sein, das aus einem Material hergestellt ist, das für die so erzeugten Photonen durchlässig ist.

Mit einem Beschleuniger gemäß der Erfindung können Photonen mit Energiewerten und Interätätspegeln erzeugt werden, die erheblich über denen liegen, welche mit herkömmlichen bekannten Isotopenquellen möglich sind. Beispielsweise sind die gegenwärtig verwendeten Meß- und Registriergerät aufgrund praktischer

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Gesichtspunkte auf Isotopenquellen mit einer Stärke von einigen Curies beschränkt, während der hier beschriebene Beschleuniger bei einer Elektronenstrahlstärke von 100 W bei 5 MeV Photonen mit einem Energiefluß emittiert, der etwa 72 000 Curies von Cäsium 157 äquivalent ist. Ferner ist das Spektrum der erzeugten Photonen, wie in Fig. 2 dargestellt ist, ein breites kontinuierliches Spektrum mit einer Endenergie, welche im Vergleich zu Isotopenquellen hoch ist. Obwohl die in Fig. 2 dargestellten Kurven normiert sind, um die Vergleiche zwischen einer Photonenerzeugung bei verschiedenen einfallenden Elektronen-Energien zu vereinfachen, ist aus den Kurven zu ersehen, daß das breite Spektrum der erzeugten Photonen kontinuierlich bis zu einem Endenergiewert verläuft, welcher der Energie der einfallenden Elektronen nähert, ob nun die einfallende Energie bei 5, 10 oder 20 MeV liegt.

Um die Quelle 81 zu steuern, welche den Ablenkelektromagneten 80 erregt, kann ein Signal entweder von der Steuerschaltung 38 an der Oberfläche oder von der im Innern des Bohrlochs angeordneten Steuerschaltung auf einer Leitung 84 verwendet werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, den Elektromagneten 80 zwischen den Elektronenstößen des Beschleunigers abzuschalten, um die Energie in dem Bohrloch zu erhalten, und in diesem Fall kann der Elektromagnet ;80 normalerweise mit einem Signal auf der Leitung 84 abgeschaltet werden, das verwendet wird, um die Quelle 81 zu erregen, vielleicht in Übereinstimmung mit einem Startimpuls auf der Leitung 37·

Zur Neutronenbildung ist ein zweites Target 85 vorgesehen und in dem Meß- und Registrierinstrument so angeordnet, daß, wenn das Ablenkfeld des Elektromagneten 80 nicht vorhanden ist, der Elektronenstrahl aus dem Beschleuniger austritt und das Neutronentarget beschießt. Damit der Beschleuniger auf eine Neutronenerzeugung übergeht, braucht daher nur ein Signal auf der Leitung 84 weggelassen werden, wenn Neutronen erwünscht sind, so daß das Ablenkfeld nicht vorhanden ist, und die Elektronen auf das Target 85 auftreffen· Dieses Target kann aus einem entsprechenden Material, wie . - Beryllium bestehen, das sich zur Erzeugung

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von Neutronen eignet _s w©na es tos, ©ner-gie^siohen Elektronen getroffen wird.

Ein wesentlicher Vorteil eines zur- Erzeugung von Neutronen verwendeten Beschleunigers gemäß eier Sr-fia&ung fceateht darin, daß Neutronenstöße äußerst ^T-"-?ser Sauer möglich siad_o Die gegen-' wärtig verwendeten und impulsgesteuerten Neutronenquellen erzeugen zusätzlich zu der Elektrone^erzeugung in einem Energiebereich, welcher nicht das Optimum für die meisten Untersuchungszv3cke ist- Neutronenstöße, welche zwischen 5 und 10 ,us dauern. Da der Elektronenstoß am Ausgang eines Beschleunigers, wie vorstehend beschrieben, eine Dauer in der Größenordnung von 1/US hat, können Neutronenstöße erhalten und ausgenutzt werden, wie nachstehend noch beschrieben wird.

Das auf diese Weise geschaffene Neutronenspektrum ist ein breites kontinuierlich ^ einer Spaltung ähnliches Spektrum, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, das eine Energieverteilung mit einer Spitze hat, die um eine Energie herum zentriert ist, die von der Energie der einfallenden Elektronen abhängt. Die Kurve A in Fig. stellt die erwartete Neutronenerzeugung von einem Beschleuniger gemäß der Erfindung bei einem Beschüß eines dünnen Berylliumtargets mit einem Elektronenstoß dar, welcher eine Energie von etwa 5 MeV hat. Die Kurve bricht infolge vier Schwellenwert energie von 1,6 MeV, die notwendig ist, um ein Neutron von einem Berylliumkern freizusetzen, bei etwa 3»4 MeV ab.Wenn der Beschleuniger 20 einen Elektronenstoß mit einer Energie von etwa 20 bis 25 MeV erzeugt, ist die erwartete Energieverteilung der emittierten Neutronen so, wie in der Kurve B der Fig. 3 dargestellt ist. Unabhängig von der Energie der einfallenden Elektronen ist jedoch das Neutronenspektrum ein breites und kontinuierliches Spektrum, insbesondere im Vergleich zu dem Bereich der Energiewerte von Neutronen, die durch derzeit bekannte, impulsgeste arte Neutronenquellen erzeugt werden, welcher als eine einzelne Nadel bei 14,7 MeV dargestellt ist.

Die gemäß der Erfindung erzeugten Elektronen werden isotropisch

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von einem Target 85 aus emittiert, und infolgedessen muß die Abschirmung 19 aus einem Material wie gesintertem Wolfram, hergestellt sein, das besonders wirksam Neutronen aufnimmt, und dadurch verhindert, daß der !Fühlab" schnitt bestrahlt wird. Mit einem Beschleuniger gemäß der Erfindung kann ein Heutronenfluß zwischen 1CP bis 10 Neutronen pro sek erhalten werden, ein Wert also der sehr hoch ist im Vergleich zu dem Neutronenfluß von 0,5 bis

5 χ 10 Neutronen pro Sekunde, die mit den derzeit benutzten Meß- und Registriergeräten mit den bekannten Isotopen oder impulsgesteuerteri Neutronenquellen erhalten werden können.

Die gewählte Strahlung, welche zu dem Bohrloch aufgrund der Photonen- oder Neutronenbestrahlung der Formation zurückkehrt, wird in dem unteren Abschnitt des Geräts gefüiilt, wie im einzelnen nachstehend noch beschrieben wird, Unabhängig von dem angewendeten Untersuchungsverfahren weist der Ifühlabschnitt zumindest einen Nuklear- bzw. Kerndetektor 86 auf, welcher über ein Fenster 87 in der Seite des Gehäuses 10 der Strahlung ausgesetzt ist. Der elektrische Ausgang des Detektors 86 wird an einen Verstärker 88 und dann, wenn er durch ein lineares Verknüpfungsglied 89 wie unten noch ausgeführt wird, hindurch gegangen ist, an eine Impulsverarbeitungs- und Übertragungsschaltung 90 angelegt, welche das Signal aufbereitet und es über eine Leitung 16 zur Oberfläche überträgt. An der Oberfläche werden die Signale in einer Anschluß- und impulsverarbeitenden Schaltung 91» welche die Signale aus dem elektrischen Rauschen unterscheidet und die Impulse aufbereitet, bevor sie an einen Rechner 92 angelegt werden, und an Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtungen 93 bzw. 94 empfangen·

Die Übertragung der Impulse von den impulsverarbeitenden und Meßwerte übertragenden Schaltungen 90 im Bohrloch an die Verarbeitungs- und Anschlußschaltungen 91 an der Oberfläche, kann entweder mittels einzelner einem bestimmten Detektor zugeordneten Leitungen oder im Hinblick auf die hohen Zählraten und die wahrscheinliche Verwendung von mehr als nur einem Detektor, vorzugsweise durch ein impulsgesteuertes Multiplex-Fernmeßsystem, wie beispielsweise in der US-Patentanmeldung S.N. 563 507 mit

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dem Eitel "System ans lernaesssn von Boiirloch-Ermittlungsdaten" beschrieben, die sh 51»3®1975 eingereicht ist.

Das lineare Verknüpfungsglied 39 wird verwendet, um das Erfassen von Hintergrund-Gamastrahlung auf ein Minimum herabzusetzen,, und um zeitlich gssteuerte Untsrsuekungsiaessungen möglich zu machen, und ferner kann es Impulse vom Bstektor 86 bei Verwendung eines entspr-sclienäen Steiiar-signals₉ wie beispielsweise des Impulsstoß-Iritsnsitätssignals εχιί ä.32? Leitung 77? durchlassen. Wenn durch den Elektronenstrahl ^T/on dem Beschleuniger ein Iispulsstoß-Intensitätssignal erzeugt wird, wird das Verknüpfungsglied 89 vielleicht nach einer entsprechenden Verzögerung und für eine ausgewählte Zeitdauer frsigegsbsn, damit Strahlung eindringen und auf die Srdforsatioii einwirken kann und damit die sich bei der Einwirkung ergebende Strahlung au des Bohrloch zurückkehren kann, wo sie gefühlt wird.

Mit einer lin-sar-sn Elektroxienbssshls-anigerquelle, wie sie vorstehend beschrieben ist, sind sine Anzahl neuer oder verbesserter Untersuchungsverfahren, mögiic-lic Wenn beispielsweise das auf die interessierende Srdformation auftreffende Teilchen ein Photon istc ist eine ^TJntersuehungsastlioäs₅ i-jelche durch die Erfindung wesentlich verbessert ist, eins an sieh bekannte lichte-Untersuchung, bei welcher der Gompton-Streusffekt benutzt wird. Wie allgemein bekannt, ist der- Compton-Effekt die Streuung eines Photons mittels eines freien Elektrons«, Mittels diesem Verfahren verliert das Photon Energie an das Elektron und wird in der Richtung geändert. Der Oomptoneffekt für- irgendein vorgegebenes Atom ist infolgedessen ein Zusatzeffekt bei allen Elektronen und die Wahrscheinlichkeit, daß eine Gomptonstreuung auftritt, ist durch die Elekironendichte bestimmte ₂ ^reiche wiederum von der Materialdichte der Erfonaation abhängt.

Bei den bekannten Dichteuntersuchungseinrichtungen sind ein oder mehrere Photonendetektoren vorgesehen, um die Photonen zu zählen, welche zu dem Bohrloch in verschiedenen Entfernungen von der Quelle gestreut werden; die Zählrate der festgestellten Photonen zeigt dann die Erdformationsdiehte an. Darüber hinaus sind, wie

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oben angeführt, bekannte für Dichte=»Unteraiihungen verwendete Geräte aus Sicherheitsüberlegungen auf Photonenquellen mit einer Aktivität von wenigen Ouries beschränkt.

Gemäß der Erfindung kann jedoch ein verbessertes, in lig_e 4· dargestelltes Untersuchungsgerät 95 i*i ein Bohrloch eingeführt werden, das einen voneinem Zementring 97 umgebenen Mantel 96 zwischen dem Gerät 95 und der Erdformation 98 aufweist. Das Gerät 95 weist eine lineare Beschleunigerquelle 99 auf, wie sie oben beschrieben ist, das einen Photonenstrahl 100 hoher Intensität mit einer Endenergie abgibt, die im Vergleich zu Isotopenquellen hoch ist.

Das Gerät 95 weist auch einen oder mehrere Detektoren 101 auf, welche beispielsweise Halb leiterdetektoren oder Detektoren mit Szintillationskristall/Photovervielfacherröhre sein können, um Photonen zu fühlen und festzustellen, welche zu dem Untersuchungsgerät zurückgestreut werden und um Impulse zu erzeugen, welche die gefühlten und festgestellten Photonen darstellen. Die Impulse von den Detektoren werden in Vorverstärkern 102 verstärkt, und werden nach ihrem Durchgang durch lineare Verknüpfungsglieder 103, wie vorstehend ausgeführt ist, entsprechend der derzeitbekannten Verfahren an die Oberfläche übertragen. An der Oberfläche können Impulse von den zwei Detektoren verarbeitet werden, um eine Formationsdichte zu erhalten, wie in der US-PS 3 321 625 dargestellt ist oder wie sie in dem in der US-PS 3 590 228 beschriebenen Dichterechner dargestellt ist.

Erforderlichenfalls können der Ausgang des Dichterechners und/ oder die Detektorimpulse auf einem Bandgerät 104 aufgezeichnet werden, damit sie an einer von dem Bohrloch entfernt liegenden Stelle verarbeitet werden können.

Mit dem Linearbeschleuniger gemäß der Erfindung als Quelle liegen die Zählraten an den Detektoren 101 ganz wesentlich über denen von Untersuchungsgeräten mit Isotopenquellen, so daß dadurch bei einer besseren Tiefenuntersuchung größere Abstände zwischen Quelle und Detektor als bisher möglich sind sowie höhere

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Untersuchungsgeschwindigkeiten mit dem Instrument 95 erzielbar sind. Beide Ergebnisse sind äußerst vorteilhaft für kommerzielle Untersuchungen. Beispielsweise kann als unmittelbares Ergebnis der höheren Intensität der Quelle mit einem Linearbeschleuniger der Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor ohne irgendeinen Verlust in der Zäh ate verdoppelt werden, wodurch annähernd auch die Tiefenuntersuchung in der Erdformation verdoppelt ist.

Ein weiteres Untersuchungsverfahren, bei welchem eine Photonenquelle, wie sie vorstehend beschrieben ist, vorteilhaft verwendet werden kann, ist die Gesteinsuntersuchung, bei welcher der photoelektrische Effekt ausgenützt wird, um eine effektive und nutzbare Atomzahl für eine Erdformation abzuleiten.

Ein Untersuchungsgerät, das zur Gesteinsuntersuchung verwendet wird, kann dem in J¹Xg. 4 dargestellten Gerät ähnlich sein, außer daß die Photonen, welche mit jedem Detektor 101 gefühlt und festgestellt werden, mittels eines Impulshöhehanalysators in wenigstens zwei Energiebereiche getrennt werden. Das Verhältnis dieser Bereiche würde dann genommen werden, um das Signal "zu normieren" d.h. um die Dichte-einflüsse und andere störende Einflüsse, wie dv.i Schlammkuchen oder den Zementring, aus der Gesteinsinformation zu beseitigen ( siehe US-PS 5 864 569). Hieraus ist zu ersehen, daß höhere Zählraten, wie sie bei Verwenden eines Linearbeschleunigers gemäß der Erfindung als Quelle ergeben, in derselben Weise bei Gesteinsmessungen von Vorteil sind, wie sie bei Dichtemessungen vorteilhaft sind.

Wenn ein Strahl 100 ein Photonenstrahl sehr hoher Intensität beispielsweise einer Endenergie von 3 bis 5 MeV ist, läßt sich ein anderes Untersuchungsverfahren durchführen, das auf der Oompton-Streumethode beruht. Der Strahl kann als ein Strahl betrachtet werden, welcher aus einer Anzahl Komponenten hergestellt ist, die jeweils durch einen Energiebereich von beispielsweise 0,5 MeV festgelegt sind, wobei der Strahl insgesamt 10 Komponenten aufweist. Die niedrigste Komponente, dh. die 0 bis 0,5MeV-

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Komponente, würde über einen großen Winkel beinahe unmittelbar aufgrund der Oompton-Streuung su diffundieren beginnen; die zweite Komponente würde etwas weiter in die Formation eindringen, bevor sie über einem kleinen Winkel aufgrund der Oompton-Streuung genug Energie verliert, um zurück su dem Bohrloch zu diffundieren, zu beginnen; die dritte Komponente würde noch weiter eindringen, bevor sie zurück zu dem Bohrloch diffundiert, usw. bis zu der zehnten Komponente»

Um sich die Dichte-Information zu Nutze zu machen_s welche aus 3eder dieser Strahlkomponenten herausgesogen werden kann₅ kann eine Quellen-Detektor-Anordnung verwendet v/erden, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Der Photon ans trahl 105 ist der oben beschriebene Strahl mit sehr hoher Intensität, der mittels eines Linearbeschleunigers 106 erzeugt wird. Detektoren 107, welche vorteilhafterweisekMn und im Betrieb sehr wirksam sind, sind im allgemeinen, wie dargestellt, in Abständen entlang des Geräts angeordnet. Daß der Strahl 105 kontinuierlich von dem Bohrloch aus divergiert,^e£alten benachbarte Detektoren Information von einer bestimmten benachbarten Komponente des emittierten Photonenstrahls, und daß die Komponenten des Strahls mit höherer Energie tiefer in die Formation eindringen_? würden die von der Quelle am weitesten entfernt angeordneten Detektoren gestreute Photonen erhalten, welche eine Dichteinformation aus einer größeren Tiefe in der Formation geben als die näher liegenden Detektoren. Jeder der Detektoren 107 erzeugt dann ein ein gefühltes Photon wiedergebendes Signal, das in einem Vorverstärker 108 verstärkt und mittels linearer Verknüpfungsglieder 109 gesteuert wird, welche durch ein Signal geöffnet werden können, das aus dem Strahlintensitätssignal abgeleitet ist, wie oben ausgeführt ist, um die Erfassungsperiode mit der Emission des Photonenstrahls 105 aufeinander abzustimmen und zu koordinieren.

An der Oberfläche kann dann die Zählrate von jedem der Detektoren 107 mit einer anderen verglichen werden, wodurch Dichteänderungen entlang der Länge der von dem Strahl 105 durchsetzen Erdformation gemessen werden, dadurch ein Dichteprofil zu schaffen, d.h. eine Anzeige von DichteäncLerungen mit zunehmender Tiefe

von dem Bohrloch in der l-rdfor-Su^ios, su schaffen· Ein derartiges Dichteprafil kann beisgislswsiss dasu verwendet werden^ um die SOrmationsdure-IiIa.ssislcsit SBS¹SDsIgSn₃ indem die Grenzschicht einer ausgsaG-fc'vsnnatsn Sons lok-rüsisrt wird«,

Unabhängig -/cn des übertragungssystem_Φ das sum Übertragen der Impulse van den Sstektores. 107 an die Erdoberfläche verwendet wird, ist es vrinscheorsEts di© Zaiiltingen bsw. die registrierten Impulse su. addieren^ welch© d±© an ändern Detektor gefühlten und festgestellten Photonen, dsr-stsllsa^ so daß Dichtemessungen für gede Untersucmmgstiefs (cLoho für gjsdss Dstektor) für dieselben !Tiefen niveaus entlssg dsz? Aöliss dss Eoiirloehs erhalten werden,, Wenn beispiels-jjsiss das in des obsii aagefülirtsEi US-Patentanmeldung (3.N. 563 50-?} bssshrisbsns lSi-2M3ßsjsteia verwendet wir& sind aisreich.3^15 Spsiciier-adr-ass-sn für ,jeden Detektor vorgesehesi, so daß die Sählsrgeunisse, die nach gedes ImpulsstoS der Quelle 106 aufgezeiciinet worden sindo in einem Speicher addiert werden, bevor sie an die Oberfläche übertragen werden. An der Oberfläche werden dann dis verarbeiteten Impulse bezüglich der Siefe in einen normalen Speicher 110 in Beziehung zueinander gesetzt, welcher mit einsr mittels dsr Winde 17 gesteuerten Geschwindigkeit arbeitet, so daß die addierten Zählergebnisse von den Detek toren 107 alle in derselben Tiefe in dem Bohrloch liegen, und da« Dichteprofil am Ausgang des Eechners, welches gemäß den Verfahren in den US-PS'en 3 321 625 und 3 590 222 erhalten werden kann_? ist ebenfalls au denselben Tiefenniveaus entlang der BohrlQchachse in Beziehung gesetzt.

Ein weiteres untersuchungsverfahren, das mit dem beschriebenen Linearbeschleuniger als Quelle möglich ist, ist in Fig. 6 dargestellt; in dieser Figur ist ein Gerät zum Untersuchen einer Erdformation wiedergegeben, bei welcher die Wechselwirkung bei Paarbildung verwendet wird, um die Dichteinformation von der Formation zu bestimmen.

Bekanntlich findet eine Paarbildung statt, wenn ein energiereiches Photon (beispielsweise mit 20 MeV) in dem Feld eines geladenen Partikels verschwindet und ein Elektron-Positroöpaar

gossii/osss

erscheint. Die Wahrscheinlichkeit, daß dieser Vorgang stattfindet, ändert sich mit dem Quadrat der Ladung des Targetteilchens, welches ein Atomkern oder ein Elektron sein kann, und nimmt mit zunehmender Energie des einfallenden Photons zu. Es ist auch bekannt, daß bei hohen Energien das Elekr-ron-Positronpaar, das durch das Photon geschaffen ist, dazu neigen würde, in einer Vorwärtsrichtung zu wandern und bei einem Photon von 20 MeV würde sich jeweils ein Winkel von etwa 1,5 bezüglich der ursprünglichen Photonenrichtung ergeben, so daß der Photonenstrahl anfangs eine sehr geringe Divergenz hat.

Die auf diese Weise erzeugten Elektronen und Positronen können ein Photon abstrahlen (d.h. eine Bremsstrahlung erzeugen), da sie verzögert werden, wenfPäurch die Erdformation hindurchgehen. Infolgedessen kann dies Verfahren überall beginnen und wiederholt werden, bis die Photonenenergiewerte unter die Schwellenwertpegel für eine Paarerzeugung fallen. Infolge der Regeneration dieses Verfahrens wird viel weiter in die Erdformation eingedrungen als dies üblicherweise bei Photonen in dem 20 MeV-Bereich erwartet werden kann. Das auf diese Weise erzeugte Positron vernichtet sich selbst, da es im allgemeinen zur Ruhe kommt, indem es sich mit einem Elektron verbindet und zwei 511 KeV-Photonen erzeugt, die zurück in eine Richtung gelenkt werden, welche bezüglich der Richtung des einfallenden Strahls beliebig ist.

Da der von dem Beschleuniger emittierte Photonenstrahl Photonen mit Energien erhält, welche sich von 0 bis zu der kinetischen Energie der einfallenden Elektronen in dem Beschleuniger ändern, kommt es zu einer Vernichtung von 511 KeV-Photonen entlang des Photonenstrahls außerhalb von etwa von 20 bis 30 cm, nach dem Austreten des Strahls aus dem Untersuchungsgerät, wobei eine Endenergie von 20 bis 25 MeV angenommen wird.

In Fig. 6 ist als Quelle 111 ein Linearbeschleuniger in einem Untersuchungsgerät 112 dargestellt, welches einen Photonenstrahl 113 von etwa 20 bis 25 MeV abgibt. Wie oben beschrieben, kann ·

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der Phctonenstrahi Ί13 als eis. Strahl betrachtet werden, der aus einer Anzahl Komponenten gebildet ist und infolgedessen werden$ obwohl die Endenergie des Strahls 113 annähernd 25 MeV beträgt, eilige 5iiotonen von dem Beschleuniger 111 abgegeben , die eine Energie τοπ weniger als 2MeY haben. Diese Photonen liegen in einem BnergiebereicSi^ in welchem eine Gompton-Streuung dievorwiegendeSeaktion ist, und sie würden infolgedessen beginnen, kurz nach der Abstrahlung von dem Gerät 112 unter einem großen Winkel su streuen. Bas Gerät 112 weist auch einen oder mehreren Betektoren 114 sowie diesen zugeordnete Vorverstärker 115 und Verknüpfungsglieder 116 auf, welche alle so arbeiten, wie in Verbindung mit dem in Fig. 4 dargestellten Gerät beschrieben worden ist. Photonen in dem Strahl 113» deren Energie über 2 MeV hinausgeht, dringen jedoch tiefer in die Formation ein, wobei überall Paare von sich vernichtenden 511 KeV-Photonen entlang ihrer Bahn erzeugt werden, wie durch die gestrichelte Line 113 angegeben ist. Über einer bestimmten Stelle hinaus, die qualitativ mit bezeichnet ist, kann der einfallende Strahl als ein Strahl angesehen werden, der aus einer Isotopenquelle von 511 keV Vernichtungsquanten besteht, die linear entlang der Strahlrichtung bis zu 20 bis 30 cm von deren Austritt aus dem Sondengehäuse angeordnet sind. In einem vorgegebenen Abstand von den Detektoren 114 ist zumindest ein zusätzlicher Photonendetektor 118 angeordnet, welcher in dem Gerät vorgesehen und eingestellt ist, um 511 keV-Photonen zu fühlen und festzustellen, die in der Richtung des Bohrlochs abgegeben werden. Der Detektor 118 weist auch einen ihm zugeordneten Vorverstärker 119 sowie ein Verknüpfungsglied 120 auf, welche so, wie bei den vorherigen Ausführungsformen beschrieben, arbeiten.

Die Zählrate N des Detektors 118 ist proportional der Quellenintensität, geteilt durch die Schwächung bzw. Dämpfung durch die Formation:

N = N₀ e-/^UpX W

wobei N die Anfangsintensität ist, Ai der Massenabsorptionskoeffizient für 511 keV-Photonen in dem Formationsmedium, ρ die Dichte und X der Abstand von dem Detektor zu der Quelle in der Formation ist (wobei daran erinnert wird, daß die 511 keV-Photonen

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im wesentlichen durch eine linienförmige in der Formation bestehende Quelle erzeugt v/erden). Da χ und Ai bekannt sind, und N proportional zu der Photonenintensität ist, welche bestimmt werden kann, kann die Dichte ρ bestimmt werden. Andererseits ist ein Verhältnis der Zählraten von den Detektoren 1 und 2 gegebendurch

N_{1 e}-_/Up (X₁ - X₂) ₍₂₎

N₂ -

wobei x. und x_? die Durchschnittsabstände von der Quelle zu dem Detektor für die beiden Detektoren wiedergeben. Infolgedessen braucht die Intensität der Photonenquelle nicht bekannt zu sein. Wenn eine dazwischenliegende Schlammschicht, der Mantel oder der Zementring vorhanden sind, wird durch das Verhältnis, wie es in der Gl. (2) angegeben ist_s die Wirkung der dazwischenliegenden Schichten, die von den Photonen durchquert werden, beseitigt, vorausgesetztj daß die in den beiden Detektoren gefühlten und festgestellten Photonen dieselben dazwischenliegenden Schichten duehqueren. Um bei der Untersuchung die Empfindlichkeitstiefe des in Pig. 6 dargestellten Untersuchungsgeräts aufgrund der Paarbildung infolge der Compton-Streuung weiter zu verbessern, können die Detektoren gebündelt bzw. konzentriert angeordnet werden, wie an den Stellen 121 und 122 gezeigt ist, um die Sichtungen zu begrenzen, aus welchen einfallende Photonen gefühlt und festgestellt werden können.

Wie das in Fig. 5 dargestellte Gerät kann auch das in Fig. 6 dargestellte Gerät abgewandelt werden, indem drei oder mehr Detektoren 118 vorgesehen werden, um ein Dichteprofil bezüglich der Formationstiefe zu schaffen. Ein derartiges Profil ist insbesondere dann von Interesse, wenn das Material nahe bei dem Untersuchungsgerät aus mehreren dazwischenliegenden Schichten, vae beispielsweise dem Mantel, dem Zementring, einem zurückgebliebenen Schlammkuchen und einer geänderten Formationszone vor der unberührten Formation besteht.

Wenn der vorstehend beschriebene Linearbeschleuniger so ausgebildet ist, daß Neutronen erzeugt werden, werden höhere Zähl-

raten und/oder- höhere Untersuchungsgeschwindigkeiten bei den bisher bekannten Untersuchungsverfahren erzielt, da die Intensität des mittels des Linearbeschleunigers erzeugten Neutronenstoßes wesentlich größer ist als die der Isotopenquellen oder der bisher bekannten, impulsgesteuerten Neutronenquellen (4-

8 9 Ή

oder 5 χ 10 i& Vergleich zu etwa 10 bis 10 für die vorbeschriebene Quelle) und da der Energiepegel der mit dem vorstehend beschriebenen Neutronengeneratoren erzeugten Neutronen weit von dem optimalen Energiepegel für die meisten Untersuchungszwecke wegliegt (die 14- MeY-Neutronen benötigen eine gewisse Zeit, um ihre Geschwindigkeit auf die epithermischen und thermischen lliYeaiis su verringern_δ so daß sie oder die Ergebnisse ₉ die sie erzeugen^, mit einem gewissen Wirksamkeitsgrad gemessen werden können)_o

Bei einen Untersuchungsverfahren für Porositätsbestimmungen werden beispielsweise schnelle neutronen von einer Isotopenquelle in die Erdformation emittiert und werden durch Kollosionen mit den Kernen der Formation verlangsamt, bis sie ein thermisches Gleichgewicht mit den Kernen erreichen. Das Untersuchungsgerät weist einen Detektor auf_s und da das Hauptinteresse bei dem Untersuchungsverfahren darin liegt, die Porosität der Formation (d.h. die V/asserstQfJBLehte zu bestimmen), können während der Abbremsdauer die Eigenschaften und Besonderheiten der Formation durch Minien und Feststellen der epithermischen Neutronen in der Formation bestimmt werden. Das heißt, die Zählrate der epithermischen Neutronen v/ird hauptsächlich mittels der Wasserstoff dichte der Formation bestimmt. Infolge der erhöhten Intensität der von der vorstehend beschriebenen Neutronenquelle abgegebenen Neutronen, werden höhere Zählraten erhalten, welche dazu verwendet werden können, die Zuverlässigkeit der augenblicklichen Messungen zu verbessern, indem die Abschirmung gegenüber thermischen Neutronen und der Abstand Quelle-Detektor vergrößert werden kann, oder indem die Untersuchungsrate des Geräts erhöht wird, beides Möglichkeiten, die für kommerzielle Überlegungen sehr wertvoll sind.

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Bei einer anderen SOrm der Neutronenuntersuchung zur Porositätsbestimmung werden eine Isotopenquelle und zwei Neutronendetektoren in verschiedenen Abständen von der Qv^XIe verwendet. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Untersuchungsgerät können die Detektoren entweder epithermische oder thermische Neutronen fühlen. Der: Detektor, welcher den geringsten Abstand von der Neutronenquelle hat, wird im wesentlichen dazu benutzt, die Porositätsbestimmung durch den weit entfernten Detektor bezüglich der Einflüsse des Bohrlochs und der Schlamm-Masse auszugleichen.

In ]?ig. 7 ist ein Untersuchungsgerät 125 dargestellt, das zwei Detektoren und einen Linearbeschleuniger 124 aufweist, welcher Neutronen gemäß der Erfindung erzeugt, welche in die Erdformation abgegeben werden. Das Spektrum der emittierten Neutronen kann, wie oben beschrieben ist, ein einer Spaltung ähnliches Spektrum mit einer Energieverteilungsspitze sein, welche in dem MeV-Bereich zentriert ist. Das Untersuchungsgerät 125 weist zwei Detektoren 126 für thermische Neutronen auf, von welchen der Detektor, der der Quelle 124 am nächsten angeordnet ist, wie bereits oben ausgeSihrt ist, dazu verwendet wird, den weiter entfernt angeordneten Detektor bezüglich der Bohrloch- und Schlammmasseneinflüsse auszugleichen. Den Detektoren 126 können Vorverstärker 127 zugeoränet sein und sie können Verknüpfungsglieder 128 zum Steuern der Itihldauer . für die einzelnen Detektoren aufweisen, wie nachstehend beschrieben wird. Wie bei dem mit einem Detektor ausgestatteten Gerät zur Porositätsuntersuchung beziehen sich die Hauptvorteile, die durch cfie Verwendung eines Linearbeschleunigers bei dem in Fig. 7 dargestellten Gerät erzielt werden, auf* verbesserte Zählraten und höhere Untersuchungsgeschwindigkeiten. Die Impulse von den Detektoren 126, werden, nachdem sie verstärkt und durchgelassen worden sind, beispielsweise zu der Oberfläche übertragen, wie in der oben angeführten US-Patentanmeldung beschrieben ist. An der Oberfläche wird die Impulsinformation dazu verwendet, entsprechend bekannter Verfahren Porositäts-.anEseigen zu schaffen.

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Mit dem in I¹Ig. 7 dargestellten Gerät kann ein neues Untersuchungsverfahren durchgeführt werden, indem von der kurzen Neutronenstoßzeit des Linearbeschleunigers im Hinblick auf die bisher verwendeten, impulsgesteuerten Neutronengeneratoren Gebrauch gemacht wird. Wenn die Yerknüpfungsglieder 128 von einem oder mehreren der Detektoren dazu verwendet wird, die Erfassungsdauer bei der Emission von schnellen Neutronen in die Erdformation zu koordinieren, kann die Abbremszeit der Neutronen mit einer bestimmten ausgewählten Energie von beispielsweise 1 eV gemessen werden. Eine derart kurze Stoßdauer ist notwendig, da die Abbremszeit der schnellen Neutronen auf einen ausgewählten Energiepegel stark von der Wasserstoffmenge in der Formation abhängt. Die Messung wird erheblich vereinfacht, wenn der Neutronenstoß kurz im Vergleich zu der Abbremszeit ist. Um auf diese Weise die Abbremszeit der Erdformation zu bestimmen, werden die Verknüpfungsglieder 128 mittels eines Steuersignals, wie oben beschrieben, freigegeben, damit sie Impulse von einem oder mehreren Detektoren 126 durchlassen, wenn die ersten Neutronen in die Erdformation emittiert werden. Die Detektoren 126 weisen ein entsprechendes Filter, wie beispielsweise Cadmium auf, um zu verhindern, daß Neutronen mit Energien unterdem gewählten Energiepegel die Detektoren erreichen· Die Abbremszeit ist dann die Zeit, die nach der Neutronenemission für das erste Neutron erforderlich ist, um auf die ausgewählte Energie abgebremst zu werden und durch die Filter hindurchzugehen, um gefühlt zu werden. Die Dauer der Abbremszeit könnte mittels eines Steuersignals aufgenommen werden, um einen Taktgeber zu starten, welcher fortlaufend Taktimpulse abgeben würde, bis er durch ein Signal von dem Detektor, der zur Messung verwendet wird, gestoppt und zurückgesetzt wird. Die Taktimpulse könnten dann gezählt und übertragen werden, wie in der oben angeführten US-Anmeldung ausgeführt ist. Um Porositäts- und Neutronen-Abbremszeitbestimmungen durchzuführen, kann das Gerät 123 einen oder mehrere Photonendetektoren 129 aufweisen, um eingefangene Photonen festzustellen, die in der Erdformation 125 durch die von dem Untersuchungsgerät abgegebenen Neutronen erzeugt worden sind, die thermalisiert und diffundiert sind, bis sie von Erdformationskernen eingefangen worden sind. Signale von dem Detektor 129

können, nachdem sie in einem Vorverstärker 130 verstärkt und von einem linearen Verknüpfungsglied 131 durchgelassen worden sind, analysiert werden, um die Energie eines ankommenden eingefangenen Photons anzuzeigen, um dann eine chemische Analyse der Formationsbestandteile durchzuführen ( sSie yS-PS

3 521 064). !Ferner kann einer der Neutronendetektoren 126 oder der Gamma-Strahldetektor 129 dazu verwendet werden, einen Ausgang zu schaffen, welcher auf Zeitabhängigkeit analysiert wird, um eine thermische Zerfallszeit-untersuchung zu schaffen (siehe US-PS 3 566 116).

Im Hinblick auf die Möglichkeit, bei dem oben beschriebenen Linearbeschleuniger ohne weiteres von Photonen- auf Neutronenerzeugung übergehen zu können, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß eine oder mehrere der Messungen, bei welchen Photonen die einfallenden Teilchen sind mit einer oder mehreren der Messungen, bei welchen Neutronen die einfallenden Teilchen sind, in einem Untersuchungsgerät kombiniert werden können, indem die Erfassungsperioden mit der Ablenkung des Elektronenstrahls in dem Linearbeschleuniger von dem Photonentarget zu dem Neutronentarget koordiniert wird.

Eine derartige Steuerung der Erfassungsdauer kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Intensitätsimpulse des Strahls gezählt werden und, gestützt auf eine vorbestimmte Anzahl Impulsstöße für jede Erfassungsperiode entweder von einem Target zu dem nächsten oder von einem Detektor zu dem nächsten umgeschaltet wird. Hierdurch könnten alle geforderten Messungen nacheinander in einem sich" ständig wiederholenden Zyklus durchgeführt werden, wenn das Untersuchungsgerät durch das Bohrloch bewegt wird. Eine Steuerung der Erfassungsdauer, wie sie beschrieben worden ist, könnte dann gemäß derErfindung beispielsweise dazu verwendet werden, um eine oder mehrere der in Fig. 4 oder 5 dargestellten Anordnungen zur Bestimmung der Erdformationsdichte mit einer oder mehreren der anhand von Fig. 7 beschriebenen Anordnung zur Porositätsbestimmung zu kombinieren.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Untersuchen von Erdformationen, insbesondere der Medienι die ein durch eine Erdformation abgeteuftes Bohrloch umgeben, dadurch gekennzeichn et, daß eine Quelle, um wiederholt iapulsartige Stöße von geladenen Teilchen abzugeben, impulsgesteuert wird, daß die geladenen Teilchen im allgemeinen entlang der axialen Richtung des Bohrlochs auf zumindest ein Target zu linear auf hohe Energiepegel beschleunigt werden, um wiederholt impulsförmige Stöße einer Kernstrahlung mit hoher Intensität und einem kontinuierlichen Energiespektrum abzugeben, wobei die Kernstrahlung die ein Bohrloch umgebenden Medien durchdringt, und daß Anzeigewerte der Kernstrahlung erhalten werden, welche sich aus der Wechselwirkung der abgegebenen Strahlung und der umgebenden Medien ergeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstrahlung aus Photonen besteht.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstrahlung aus Neutronen besteht.

k» Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigewerte von den Photonen erhalten werden, die zu dem Bohrloch zurückkehren.

5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigewerte von den Neutronen erhalten werden, die zu dem Bohrloch zurückkehren.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstrahlung abwechselnd Photonen und Neutronen abgibt.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der abwechselnden Abgabe von Photonen und Neutronen ein erstes Target mit energiereichen, geladenen Teilchen beschossen wird, um wiederholt impulsform!ge Stöße eines kontinuierlichen Photonen-En^ergiespektrums abzugeben, wobei die Photonen die ein Bohrloch umgebenden Medien durchdringen, und daß ein zweites Target mit energiereichen, geladenen Partikeln beschossen wird, um wiederholt impulsförmige Stöße eines kontinuierlichen Neutronen-Energiespektrums abzugeben, wobei die Neutronen die ein Bohrloch umgebenden Medien durchdringen.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß um Anzeigewerte der Kernstrahlung zu erhalten, zumindest drei Anzeigewerte von Photonen erhalten werden, die aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Photonen und den umgebenden Medien zu einem Bohrloch zurückkehren, wobei jeder Anzeigewert bei einer anderen Abtrennung von der Quelle entlang der Achse eines Bohrlochs erhalten wird, und daß die Anzeigewerte verglichen werden, um zumindest zwei Darstellungen eines Charakteristikums der ein Bohrloch umgebenden Medien zu erhalten·

9* Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigewerte verglichen werden, um zumindest zwei Darstellungen der Dichte der ein Bohrloch umgebenden Medien zu erhalten.

10. Verfahren nach Anspruch 9· dadurch gekennzeich net, daß zumindest zwei Darstellungen kombiniert werden, um ein Dichteprofil der Medien zu schaffen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Anzeigewerte Vernichtungsphotonen darstellt, die zu einem Bohrloch zurückkehren.

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12. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Teilchen wahlweise entweder auf das erste oder das zweite Target gerichtet werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederholt auftretenden, impulsförmigen Stöße der Kernstrahlung mit einem kontinuierlichen Energiespektrum eine kurze Dauer haben.

lA. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Anzeigewerte zeitabhängig sind.

15. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein druckfestes Gehäuse (10), das in ein Bohrloch (11) einführbar ist, durch eine Quelle zur wiederholten Abgabe von impulsförmigen Stößen geladener Teilchen; durch einen Linearbeschleuniger (21), um die impulsförmigen Stöße im allgemeinen entlang der axialen Richtung des Bohrlochs (11) auf energiereiche Pegel zu beschleunigen} durch eine Targetanordnung (82, 85) zur wiederholten Abgabe von impulsförmigen Stößen von Kernenergie mit einer hohen Intensität und einem kontinuierlichen Energiespektrum, welche die ein Bohrloch umgebenden Medien durchdringen entsprechend dem Beschüß mit den energiereichen, geladenen Teilchen; und durch eine Einrichtung in dem Gehäuse, um Anzeigewerte von der Kernstrahlung zu erhalten, die sich aus der Wechselwirkung der abgegebenen Strahlung und den umgebenden Medien ergeben.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetanordnung eine erste Einrichtung aufweist, welche Photonenimpulsstöße abgibt.

17* Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetanordnung eine zweite Einrich-

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tung aufweist, welche Neutronenimpulsstöße abgibt.

18. Einrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anzeigeeinrichtung Anzeigewerte von Photonen erhalten werden, die zu einem Bohrloch zurückkehren.

19. Einrichtung nach Anspruch 17« dadurch gekennzeichnet, daß in der Anzeigeeinrichtung Anzeigewette von Neutronen erhalten werden, die zu dem Bohrloch zurückkehren.

20. Einrichtung nach Ansprüchen l6 und 17« dadurch gekennzeichnet, daß die Targetanordnung die erste und zweite Einrichtung aufweist, und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, um die geladenen Teilchen wahlweise entweder zu der ersten oder zu der zweiten Einrichtung zu leiten.

21. Einrichtung nach Anspruch 15« dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung eine Anzahl von Anzeigewerten von Photonen, die zu einem Bohrloch zurückkehren, bei verschiedenen Abtrennungen von der Quelle entlang der Achse eines Bohrlochs aufgrund der Wechselwirkung der abgegebenen Photonen und der umgebenden Medien*, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Anzeigewerte zu vergleichen, um zumindest eine Darstellung eines Charakteristikums der ein Bohrloch umgebenden Medien zu bestimmen. *hat

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung zumindest drei Empfänger aufweist, die in einem veränderbaren Abstand von der Quelle entlang der Achse eines Bohrlochs angeordnet sind.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Empfänger Anzeigewerte von Vernichtungsphotonen aufweist, die zu einem Bohrloch aufgrund

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der Wechselwirkung von abgegebenen Photonen und der sie umgebenden Medien zurückkehren.

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung zumindest eine Darstellung der Dichte der ein Bohr» loch umgebenden Medien festlegt.

25« Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsstöße geladener Teilchen, die von der Quelle abgegeben werden, eine kurze Dauer haben.

26. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichne t, daß die erhaltenen Anzeigewerte der Kernstrahlung zeitabhängig sind.

27« Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e η η -ζ ei chn e t, daß die Targetanordnung außerhalb der linearen Bahn der geladenen Teilchen angeordnet ist, und daß eine Einrichtung zum Ablenken der geladenen Teilchen zu der Targetanordnung hin vorgesehen ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Steuern des Linearbeschleunigere entsprechend zumindest einem Zustand in dem Bohrloch.

29. Einrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Steuern des Linearbeschleunigers entsprechend einem Zustand des Linearbeschleunigers.

30« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß zumindest ein Target außerhalb der linearen Bahn der geladenen Teilchen angeordnet ist, und daß die geladenen Teilchen zumindest zu dem einen Target hin abgelenkt werden.

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31. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung der geladenen Teilchen entsprechend zumindest einem Zustand in dem Bohrloch gesteuert werden.

32. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung der geladenen Teilchen entsprechend einem Zustand des Linearbeschleunigers gesteuert werden.

33· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulssteuerung der Quelle der geladenen Teilchen entsprechend einem Zustand der geladenen Teilchen gesteuert werden.

3k. Einrichtung nach Anspruch 15« gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Steuern der Quelle entsprechend einem Zustand der geladenen Teilchen.

35« Einrichtung nach Anspruch 27> dadurch gekennzeichnet, daß die Targetanordnung, welche mit den abgelenkten, geladenen Teilchen beschossen wird, eine Nuklearstrahlung in einer ausgewählten Richtung in die das Bohrloch umgebenden Medien abgibt.

36. Verfahren nach Anspruch 30» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Target, das mitden abgelenkten, geladenen Teilchen beschossen wird, eine Kernstrahlung in einer ausgewählten Richtung zu den das Bohrloch umgebenden Medien hin abgibt.

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