JPS62228187A - 地下の地層を調査するための方法およびその装置 - Google Patents
地下の地層を調査するための方法およびその装置Info
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- JPS62228187A JPS62228187A JP61296476A JP29647686A JPS62228187A JP S62228187 A JPS62228187 A JP S62228187A JP 61296476 A JP61296476 A JP 61296476A JP 29647686 A JP29647686 A JP 29647686A JP S62228187 A JPS62228187 A JP S62228187A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は地層を横断するボアホール内におけるガンマ線
スペクトル分析および高エネルギーフォトンの同様な測
定をするための方法および装置に関する。
スペクトル分析および高エネルギーフォトンの同様な測
定をするための方法および装置に関する。
スペクトル分析を使用したり、または使用しないで高エ
ネルギーフォトン、例えばガンマ線およびＸｖＡの検出
を利用してボアホールの検層を行うことは、地下に貯蔵
された炭化水素を発見したり、開発する上で重要な技術
である。一般に、ボアホールをポーリングした後ボアホ
ールの底部まで細長い検層具すなわちゾンデを降下させ
るが、このゾンデは、地上の機器とゾンデとの間で電力
および信号を伝達するための電線を含む防護されたケー
ブル上に設けられている。次にケーブルを巻き上げるこ
とによりゾンデをボアホールの上に引き上げる。このゾ
ンデ内の検出器は、地層内の放射性元素（例えば、ウラ
ニウム、トリウムおよびカリウム）から自然に放出され
るかまたはゾンデ内に含まれる線源から放出される透過
放射線による照射により生じる高エネルギーフォトン放
射線を検出するのに使用される。
ネルギーフォトン、例えばガンマ線およびＸｖＡの検出
を利用してボアホールの検層を行うことは、地下に貯蔵
された炭化水素を発見したり、開発する上で重要な技術
である。一般に、ボアホールをポーリングした後ボアホ
ールの底部まで細長い検層具すなわちゾンデを降下させ
るが、このゾンデは、地上の機器とゾンデとの間で電力
および信号を伝達するための電線を含む防護されたケー
ブル上に設けられている。次にケーブルを巻き上げるこ
とによりゾンデをボアホールの上に引き上げる。このゾ
ンデ内の検出器は、地層内の放射性元素（例えば、ウラ
ニウム、トリウムおよびカリウム）から自然に放出され
るかまたはゾンデ内に含まれる線源から放出される透過
放射線による照射により生じる高エネルギーフォトン放
射線を検出するのに使用される。
線源が設けられている場合、放射線は例えば、中性子、
ガンマ線またはＸ線などの種類になることができ、放射
性材料内の（核または原子変換を伴う）原子の崩壊から
生じるかまたは給電された加速器により人工的に発生で
きる。使用できる線源の例としては、崩壊してバリウム
を形成する過程中にガンマ線を連続的に放出するセシウ
ム−１３７および作動態様に応じて連続的またはパルス
状に中性子を放出する、グツドマンに対する米国特許第
３．４６１，２９１号およびフレントロップに対する米
国特許第３，５４６．５１２号に記載された中性子加速
器がある。こうしてゾンデにより放出された放射線は、
ゾンデ近くの物質（すなわちボアホール内成分および／
または地層の構成成分）の原子と相互作用し、これら材
料の特性に応じて変化する。ゾンデ内の検出器は、線源
がフォトン源の場合散乱し、減衰したフォトン（ガンマ
線またはＸ線）放射線または中性子源により発生された
中性子との相互作用により誘発されたガンマ線のいずれ
かを検出できる。もう一つの可能な方法は、中性子によ
る照射により地層中に人工的に誘発される放射性同位元
素の崩壊により生じる放射化ガンマ放射線を検出するこ
とであり、かかる放射化放射線は一般に照射後数秒間続
く。
ガンマ線またはＸ線などの種類になることができ、放射
性材料内の（核または原子変換を伴う）原子の崩壊から
生じるかまたは給電された加速器により人工的に発生で
きる。使用できる線源の例としては、崩壊してバリウム
を形成する過程中にガンマ線を連続的に放出するセシウ
ム−１３７および作動態様に応じて連続的またはパルス
状に中性子を放出する、グツドマンに対する米国特許第
３．４６１，２９１号およびフレントロップに対する米
国特許第３，５４６．５１２号に記載された中性子加速
器がある。こうしてゾンデにより放出された放射線は、
ゾンデ近くの物質（すなわちボアホール内成分および／
または地層の構成成分）の原子と相互作用し、これら材
料の特性に応じて変化する。ゾンデ内の検出器は、線源
がフォトン源の場合散乱し、減衰したフォトン（ガンマ
線またはＸ線）放射線または中性子源により発生された
中性子との相互作用により誘発されたガンマ線のいずれ
かを検出できる。もう一つの可能な方法は、中性子によ
る照射により地層中に人工的に誘発される放射性同位元
素の崩壊により生じる放射化ガンマ放射線を検出するこ
とであり、かかる放射化放射線は一般に照射後数秒間続
く。
高エネルギーフォトン、例えばガンマ線およびＸ線のボ
アホール検出器は、特殊成長されたシンチレーション結
晶を一般に使用するが、このシンチレーション結晶はそ
の構成成分の原子と高エネルギーフォトンが相互作用す
るとき可視または近可視フォトン（すなわち比較的低い
エネルギーのフォトン）のバーストを発生する。このバ
ーストすなわちフラッシュ光はシンチレーション結晶に
隣接するフォトマルチプライヤにより検出され、フラッ
シュ光の強度を表示する電気信号を発生するが、このフ
ラッシュ光の強度は入射高エネルギーフォトンのエネル
ギーに依存する。
アホール検出器は、特殊成長されたシンチレーション結
晶を一般に使用するが、このシンチレーション結晶はそ
の構成成分の原子と高エネルギーフォトンが相互作用す
るとき可視または近可視フォトン（すなわち比較的低い
エネルギーのフォトン）のバーストを発生する。このバ
ーストすなわちフラッシュ光はシンチレーション結晶に
隣接するフォトマルチプライヤにより検出され、フラッ
シュ光の強度を表示する電気信号を発生するが、このフ
ラッシュ光の強度は入射高エネルギーフォトンのエネル
ギーに依存する。
検出されたガンマ線またはＸ線のパラメータ、例えばそ
れらのエネルギーおよび／または発生頻度が測定され、
測定値は保護されたケーブルを通って地表の機器へ送ら
れ、記録される。検出された高エネルギーフォトンの放
射線の例えば時間および／またはエネルギースペクトル
分布を解析すると、地下の状態に関する情報を推定でき
、地下の炭化水素の堆積物の検出および開発に役立つ。
れらのエネルギーおよび／または発生頻度が測定され、
測定値は保護されたケーブルを通って地表の機器へ送ら
れ、記録される。検出された高エネルギーフォトンの放
射線の例えば時間および／またはエネルギースペクトル
分布を解析すると、地下の状態に関する情報を推定でき
、地下の炭化水素の堆積物の検出および開発に役立つ。
ボアホール内の環境は、湿ったまたは腐食性の周囲およ
び場合によっては高圧を受けたり、高圧の影響を受けて
電気的および機械的機器には過酷な条件である。従って
、ボアホール検層用ゾンデは頑丈な構造にしなければな
らない。更にボアホール内の空間は極めて限定されてい
る。発生チューブを貫通するよう設計された検層内ゾン
デでは、外径は４２．９ｎ＋＋＋＋ （１＋”へ６イン
チ）に制限される。これら条件は、検層内ゾンデの材料
および構造にきびしい制約を課す。更にボアホールをポ
ーリングする機械のメンテナンスおよび操作は極端に高
価であり、よって実際のポーリング作業以外の作業（す
なわちボアホールの検層）に費される時間を最小にしな
ければならない。
び場合によっては高圧を受けたり、高圧の影響を受けて
電気的および機械的機器には過酷な条件である。従って
、ボアホール検層用ゾンデは頑丈な構造にしなければな
らない。更にボアホール内の空間は極めて限定されてい
る。発生チューブを貫通するよう設計された検層内ゾン
デでは、外径は４２．９ｎ＋＋＋＋ （１＋”へ６イン
チ）に制限される。これら条件は、検層内ゾンデの材料
および構造にきびしい制約を課す。更にボアホールをポ
ーリングする機械のメンテナンスおよび操作は極端に高
価であり、よって実際のポーリング作業以外の作業（す
なわちボアホールの検層）に費される時間を最小にしな
ければならない。
ボアホールの高エネルギーフォトン検出器の設計上の問
題の一つは、シンチレーション結晶の選択にある。この
シンチレーション結晶は、理想的には次のいくつかの特
定の性質を有していなければならない。すなわら高エネ
ルギーフォトンとシンチレータ材料との相互作用の可能
性すなわち結晶を横断するかかるフォトンの検出効率を
最大にするよう密度が大きいこと、光ピーク効率を高く
するよう、すなわち所望の光−電気相互作用の可能性を
最大にすると共にガンマ線およびＸ線エネルギーを低下
し、入射フォトンエネルギーの測定精度を低下する好ま
しくないコンプトン散乱を最小にするよう有効原子番号
が大きいこと、ガンマ線またはＸ線相互作用の後のシン
チレーションプロセスの減衰が高く、アフターグローが
低いこと、エネルギー分解能を良好にし、かつエネルギ
ー測定を高精度にするよう入射フォトンエネルギーに対
しリニアに関連するシンチレーション光出力が大きいこ
と、シンチレータ材料による光フラッシュの減衰を最小
にするよう透明度が大きいこと、温度変化に対してシン
チレーションプロセスが影響されないこと、ボアホール
の環境に代表的な物質が存在していても挙動が影響を受
けなくかつ機械的強度が良好であること、長さおよび径
が数ｃａｎの大きさで利用できることが挙げられる。ボ
アホールのシンチレータとして使用される多くの候補材
料は、これら性質の１つ以上を有していない。
題の一つは、シンチレーション結晶の選択にある。この
シンチレーション結晶は、理想的には次のいくつかの特
定の性質を有していなければならない。すなわら高エネ
ルギーフォトンとシンチレータ材料との相互作用の可能
性すなわち結晶を横断するかかるフォトンの検出効率を
最大にするよう密度が大きいこと、光ピーク効率を高く
するよう、すなわち所望の光−電気相互作用の可能性を
最大にすると共にガンマ線およびＸ線エネルギーを低下
し、入射フォトンエネルギーの測定精度を低下する好ま
しくないコンプトン散乱を最小にするよう有効原子番号
が大きいこと、ガンマ線またはＸ線相互作用の後のシン
チレーションプロセスの減衰が高く、アフターグローが
低いこと、エネルギー分解能を良好にし、かつエネルギ
ー測定を高精度にするよう入射フォトンエネルギーに対
しリニアに関連するシンチレーション光出力が大きいこ
と、シンチレータ材料による光フラッシュの減衰を最小
にするよう透明度が大きいこと、温度変化に対してシン
チレーションプロセスが影響されないこと、ボアホール
の環境に代表的な物質が存在していても挙動が影響を受
けなくかつ機械的強度が良好であること、長さおよび径
が数ｃａｎの大きさで利用できることが挙げられる。ボ
アホールのシンチレータとして使用される多くの候補材
料は、これら性質の１つ以上を有していない。
現在検層用に最も一般的に用いられている材料は、タリ
ウムでドーピングされたヨウ化ナトリウムである。この
材料は、検層作業に好ましくない制約を課すいくつかの
欠点を有する。すなわち、密度が小さいので、検出効率
が低い。シンチレーションプロセスの減衰が遅いので、
高エネルギーフォトンとの相互作用に応答できる速度が
限られる。アフターグローが大きく、フォトンと結晶と
の相互作用後も長時間続く。吸湿性があるので、ハーメ
チックシールされたハウジング内に入れる必要がある。
ウムでドーピングされたヨウ化ナトリウムである。この
材料は、検層作業に好ましくない制約を課すいくつかの
欠点を有する。すなわち、密度が小さいので、検出効率
が低い。シンチレーションプロセスの減衰が遅いので、
高エネルギーフォトンとの相互作用に応答できる速度が
限られる。アフターグローが大きく、フォトンと結晶と
の相互作用後も長時間続く。吸湿性があるので、ハーメ
チックシールされたハウジング内に入れる必要がある。
ヨウ化ナトリウムは、光出力が大きいこと、エネルギー
分解能が良好であること、比較的大きな寸法で利用でき
ることを含むいくつかの有利な性質を有し、温度変化に
よる影響が比較的容易に補償できるが、ヨウ化ナトリウ
ムの使用は例えば検層速度、低速であること、測定上の
統計的信頼性が良くないこと、ハーメチックシールが不
充分である点で好ましくないことに検層作業を制限して
いた。
分解能が良好であること、比較的大きな寸法で利用でき
ることを含むいくつかの有利な性質を有し、温度変化に
よる影響が比較的容易に補償できるが、ヨウ化ナトリウ
ムの使用は例えば検層速度、低速であること、測定上の
統計的信頼性が良くないこと、ハーメチックシールが不
充分である点で好ましくないことに検層作業を制限して
いた。
最近究明された別の材料としては、ビスマスゲルマネー
ト（ＢＧＯ）がある。この材料は、ヨウ化ナトリウムよ
りも密度が大きく、ビスマスの存在により有効原子番号
が大きく、吸湿性がない。
ト（ＢＧＯ）がある。この材料は、ヨウ化ナトリウムよ
りも密度が大きく、ビスマスの存在により有効原子番号
が大きく、吸湿性がない。
しかしながら不幸なことにその光出力はヨウ化ナトリウ
ムよりも極めて低く（はぼ８８％よ゛り低い）、更に光
出力は温度上昇と共に急に低下する。従って、ある種の
熱安定化、例えば能動的冷却またはデユワ−びん内にシ
ンチレータを入れることが必要である。不幸なことに、
かかるデユワ−びんの壁内の材料は、入射放射線を減衰
し、スペースを占めるので、結晶の最大寸法を小さくし
、次に検層速度および統計的信頼性等を制限する。この
ことは、ＢＧｏを実用的なスリムを検層真向に組込むご
とが極めて困難にしたり、または不可能とする。更にそ
の光出力のスペクトルは、現在の一般的フオドマルチプ
ライヤ管には良好に合致せず、好ましい特性の利点をす
べて活かしかつ固有の低光出力効果を相殺するには新し
いフォトマルチプライヤ技術を開発することが必要であ
る。これら問題は、ＢＧＯの比較的高い屈折率により悪
くなっており、高屈折率の結果、光は内部の全反射によ
り結晶内に捕捉される傾向がある。更にＢＧＯのシンチ
レーション減衰時間は、ヨウ化ナトリウムよりも長く、
これによりパルスが重なってしまうという大きな問題が
生じる。
ムよりも極めて低く（はぼ８８％よ゛り低い）、更に光
出力は温度上昇と共に急に低下する。従って、ある種の
熱安定化、例えば能動的冷却またはデユワ−びん内にシ
ンチレータを入れることが必要である。不幸なことに、
かかるデユワ−びんの壁内の材料は、入射放射線を減衰
し、スペースを占めるので、結晶の最大寸法を小さくし
、次に検層速度および統計的信頼性等を制限する。この
ことは、ＢＧｏを実用的なスリムを検層真向に組込むご
とが極めて困難にしたり、または不可能とする。更にそ
の光出力のスペクトルは、現在の一般的フオドマルチプ
ライヤ管には良好に合致せず、好ましい特性の利点をす
べて活かしかつ固有の低光出力効果を相殺するには新し
いフォトマルチプライヤ技術を開発することが必要であ
る。これら問題は、ＢＧＯの比較的高い屈折率により悪
くなっており、高屈折率の結果、光は内部の全反射によ
り結晶内に捕捉される傾向がある。更にＢＧＯのシンチ
レーション減衰時間は、ヨウ化ナトリウムよりも長く、
これによりパルスが重なってしまうという大きな問題が
生じる。
本発明の目的は、ボアホールの検層時に受ける困難かつ
過酷な環境内でシンチレーション材料を使用することに
関連する問題を解消したガンマ線スペクトル分析および
同様な測定用の方法および装置を提供することにある。
過酷な環境内でシンチレーション材料を使用することに
関連する問題を解消したガンマ線スペクトル分析および
同様な測定用の方法および装置を提供することにある。
光皿二１叉
従って、本発明はボアホール内を通過するようになって
いるゾンデを使用し、地表下の地層を調査する装置およ
び方法を提供するものである。ゾンデは、測定すべき地
層の特性に応じて、地層を透過放射線、例えばガンマ線
、Ｘ線または中性子で照射するための自然のまたは人工
の放射線源を含むことができる。またこれとは異なり、
線源が含まれていない場合、地層の自然放射線放出を測
定してもよい。
いるゾンデを使用し、地表下の地層を調査する装置およ
び方法を提供するものである。ゾンデは、測定すべき地
層の特性に応じて、地層を透過放射線、例えばガンマ線
、Ｘ線または中性子で照射するための自然のまたは人工
の放射線源を含むことができる。またこれとは異なり、
線源が含まれていない場合、地層の自然放射線放出を測
定してもよい。
自然のまたは照射から生じた放射線は、ガドリニウム、
例えばセリウムでドーピングされたガドリニウムオルト
シリケートの結晶を含むシンチレータによりゾンデに検
出される。かかるシンチレータはヨウ化ナトリウムより
も密度が高く、シンチレーションの減衰時間が短く、有
効原子番号が大きく、非吸湿性である。更に検層のため
重要なこととして、かかる検層作業中に一般に生じる範
囲内で温度と共に変化する光出力変動は、ヨウ化ナトリ
ウムに匹敵するので、温度変化に対する特別な注意は不
要である。
例えばセリウムでドーピングされたガドリニウムオルト
シリケートの結晶を含むシンチレータによりゾンデに検
出される。かかるシンチレータはヨウ化ナトリウムより
も密度が高く、シンチレーションの減衰時間が短く、有
効原子番号が大きく、非吸湿性である。更に検層のため
重要なこととして、かかる検層作業中に一般に生じる範
囲内で温度と共に変化する光出力変動は、ヨウ化ナトリ
ウムに匹敵するので、温度変化に対する特別な注意は不
要である。
検出された放射線に応答してシンチレータにより発生さ
れる光は、放射線の少なくとも一つの特性を表示する信
号を発生するのに使用され、この信号は記録される。こ
の信号を解析すると、地層についての有益な情報を得る
ことができ、有益な資源、例えば炭化水素の存在および
生産性を知ることができる。
れる光は、放射線の少なくとも一つの特性を表示する信
号を発生するのに使用され、この信号は記録される。こ
の信号を解析すると、地層についての有益な情報を得る
ことができ、有益な資源、例えば炭化水素の存在および
生産性を知ることができる。
ガドリニウムを含むシンチレータの使用により、検層具
の設計および構造さらに検層測定を行うことができる速
度および精度の点で大きな利点を与える。かかるシンチ
レータの使用は、ハーメチックシールおよび／または温
度制御装置の使用を不要にするので、検層具を簡単にし
、信頼性を高めかつより大きな結晶を収容するのに使用
できる空間を残すことができる。短い時間で特定レベル
の測定精度が得られるか、または同じ時間でより高い精
度が得られる。
の設計および構造さらに検層測定を行うことができる速
度および精度の点で大きな利点を与える。かかるシンチ
レータの使用は、ハーメチックシールおよび／または温
度制御装置の使用を不要にするので、検層具を簡単にし
、信頼性を高めかつより大きな結晶を収容するのに使用
できる空間を残すことができる。短い時間で特定レベル
の測定精度が得られるか、または同じ時間でより高い精
度が得られる。
添附図面を参照しながら図示した実施態様の次の詳細な
説明を読めば本発明の上記以外の目的および特徴がより
明らかとなろう。
説明を読めば本発明の上記以外の目的および特徴がより
明らかとなろう。
実施態様
検出された放射線の種々の異なる発生源およびボアホー
ルおよび／または地層の構成成分との相互作用を利用し
てボアホールのガンマ線スペクトル分析および同様な高
エネルギーフォトン測定用の種々の異なる技術は公知で
ある。本発明の方法および装置は、これら技術すべてに
適用でき、これらの例に関連して以下説明することにす
る。地層のガンマ放射線の分光測定を参照するが、本発
明は他の種類のフォトン放射線、例えばＸ線のシンチレ
ータを用いた検出および測定に使用できることおよび高
エネルギーフォトンなる用語は、ガンマ線およびＸｉの
代表的なエネルギーを有するすべてのフォトン放射線を
含むと解すべきである。
ルおよび／または地層の構成成分との相互作用を利用し
てボアホールのガンマ線スペクトル分析および同様な高
エネルギーフォトン測定用の種々の異なる技術は公知で
ある。本発明の方法および装置は、これら技術すべてに
適用でき、これらの例に関連して以下説明することにす
る。地層のガンマ放射線の分光測定を参照するが、本発
明は他の種類のフォトン放射線、例えばＸ線のシンチレ
ータを用いた検出および測定に使用できることおよび高
エネルギーフォトンなる用語は、ガンマ線およびＸｉの
代表的なエネルギーを有するすべてのフォトン放射線を
含むと解すべきである。
更に本発明は、ボアホールを囲む地層からでなくてボア
ホールの領域内の任意の位置（例えばボアホールの流体
成分）からのかかる放射線の検出および測定に適用でき
る。
ホールの領域内の任意の位置（例えばボアホールの流体
成分）からのかかる放射線の検出および測定に適用でき
る。
添附図面を参照すると、第１図は高エネルギー中性子と
地層との衝突により生じるガンマ放射線を検出しかつそ
の後のスペクトル分析のための放射線のエネルギーを検
出するための検層用ゾンデｌＯを示す。このゾンデ１０
は、ボアホール１２内にて保護された多線ケーブル１４
に吊り下げられる。ボアホール１２は地層工６を横断し
、ボアホールには流体１８が満され、図示するように開
けたり、閉じたりできる。下記のようなゾンデｌＯは、
ヘルツオグ・ジュニア外に発行され、本願出願人に譲渡
されている米国特許第４，３１７，９９３号に従って製
造できる。当業者には、本発明の実施の際に使用するの
に適した他のゾンデを想到できよう。このゾンデ１０は
、地上機器２４の一部を形成するウィンチによりプーリ
ー車２０および深さゲージ２２上でケーブル１４をほど
いたり、巻き取ったりすることによりボアホール１２内
で移動する。通常検層は、ゾンデ１０をボアホール１２
内で上昇させながら実際に行なわれるが、ある状況下で
は降下しながら行うことができる。
地層との衝突により生じるガンマ放射線を検出しかつそ
の後のスペクトル分析のための放射線のエネルギーを検
出するための検層用ゾンデｌＯを示す。このゾンデ１０
は、ボアホール１２内にて保護された多線ケーブル１４
に吊り下げられる。ボアホール１２は地層工６を横断し
、ボアホールには流体１８が満され、図示するように開
けたり、閉じたりできる。下記のようなゾンデｌＯは、
ヘルツオグ・ジュニア外に発行され、本願出願人に譲渡
されている米国特許第４，３１７，９９３号に従って製
造できる。当業者には、本発明の実施の際に使用するの
に適した他のゾンデを想到できよう。このゾンデ１０は
、地上機器２４の一部を形成するウィンチによりプーリ
ー車２０および深さゲージ２２上でケーブル１４をほど
いたり、巻き取ったりすることによりボアホール１２内
で移動する。通常検層は、ゾンデ１０をボアホール１２
内で上昇させながら実際に行なわれるが、ある状況下で
は降下しながら行うことができる。
ゾンデ１０は、ボアホール１２内を上昇しながら高速中
性子を地層１６に衝突させるよう１次放射線を発生させ
るためのパルス状中性子源２６と、ボアホール１２およ
び地層１６内で誘導された２次（ガンマ）放射線を検出
するための放射線検出器２８とを含む。中性子源は、グ
ツドマンに発行された米国特許第３４６１２９１号およ
びフレントロップに発行された米国特許第３５４６５１
２号（いずれも本願出願人が特許権者となっている）に
記載されたタイプのパルス状加速器のタイプであること
が好ましい。このタイプの中性子源は、期間と繰り返し
レートを制御したまま高エネルギーすなわち高速中性子
、例えば１４ＭｅＶの断続するバーストを発生するのに
特に適す。
性子を地層１６に衝突させるよう１次放射線を発生させ
るためのパルス状中性子源２６と、ボアホール１２およ
び地層１６内で誘導された２次（ガンマ）放射線を検出
するための放射線検出器２８とを含む。中性子源は、グ
ツドマンに発行された米国特許第３４６１２９１号およ
びフレントロップに発行された米国特許第３５４６５１
２号（いずれも本願出願人が特許権者となっている）に
記載されたタイプのパルス状加速器のタイプであること
が好ましい。このタイプの中性子源は、期間と繰り返し
レートを制御したまま高エネルギーすなわち高速中性子
、例えば１４ＭｅＶの断続するバーストを発生するのに
特に適す。
検出器２８は、ガンマ放射線を検出し、検出された各ガ
ンマ線に対応し、ガンマ線のエネルギーを表示する大き
さの電気信号を発生するのに適したタイプである。この
目的のため、検出器２８は、シンチレーション結晶３０
を含み、この結晶はフォトマルチプライヤ管（ＰＭＴ）
３２に光学的に結合されている。米国ニューシャーシー
州プリンストンのＥＭＲフォトエレクトリックにより適
当なフォトマルチプライヤ管が製造されている。この結
晶３０は、シンチレータとして使用できるよう活性化す
るためセリウムで適当にドープされたガドリニウムオル
ソシリケートから成る。原子数の点でセリウムの量は、
ガドリニウムの量の０．１〜１％のイ直である。１９８
３年１月１日のアブライドフィジ力ルレターズ第４２巻
第１号４３〜４５ページのタカギカズマサおよびフカザ
ワトクウミによる「セリウムにより活性化されたＧｄｚ
Ｓｉ０５単結晶シンチレーク」を名称とする論文および
西独特許出願第３３０３１６６号にシンチレータ材料の
成長の様子を含むシンチレータ材料の細部が記載されて
いる。かかるシンチレータ結晶は、東京の日立ケミカル
社により製造されている。
ンマ線に対応し、ガンマ線のエネルギーを表示する大き
さの電気信号を発生するのに適したタイプである。この
目的のため、検出器２８は、シンチレーション結晶３０
を含み、この結晶はフォトマルチプライヤ管（ＰＭＴ）
３２に光学的に結合されている。米国ニューシャーシー
州プリンストンのＥＭＲフォトエレクトリックにより適
当なフォトマルチプライヤ管が製造されている。この結
晶３０は、シンチレータとして使用できるよう活性化す
るためセリウムで適当にドープされたガドリニウムオル
ソシリケートから成る。原子数の点でセリウムの量は、
ガドリニウムの量の０．１〜１％のイ直である。１９８
３年１月１日のアブライドフィジ力ルレターズ第４２巻
第１号４３〜４５ページのタカギカズマサおよびフカザ
ワトクウミによる「セリウムにより活性化されたＧｄｚ
Ｓｉ０５単結晶シンチレーク」を名称とする論文および
西独特許出願第３３０３１６６号にシンチレータ材料の
成長の様子を含むシンチレータ材料の細部が記載されて
いる。かかるシンチレータ結晶は、東京の日立ケミカル
社により製造されている。
中性子源２６と検出器２８との間には中性子シールド３
４が位置し、中性子源２６からの中性子による検出器２
８への直接衝突を制限し、かかる直接照射による検出器
２８の飽和を防止するようになっている。更に、特に捕
獲ガンマ放射線の測定の場合、ゾンデ１０は、炭化ホウ
素で含浸されたスリーブ３６で囲み、中性子源２６と検
出器２８の近くに位置できる。このスリーブは、検出器
２８の領域内のボアホール流体を変位し、かつ地層から
発生されるガンマ放射線を大幅に減衰することなく地層
により散乱され検出器２８へ向う中性子を吸収する。こ
の純効果は、ボアホールの内容物と検出器２８に近いゾ
ンデ１０の材料との中性子の相互作用の可能性を低減す
ることにあり、低減しない場合かかる相互作用は必要な
ガンマ線の測定値の好ましくない乱れを生じる、検出さ
れるガンマ線を発生する。
４が位置し、中性子源２６からの中性子による検出器２
８への直接衝突を制限し、かかる直接照射による検出器
２８の飽和を防止するようになっている。更に、特に捕
獲ガンマ放射線の測定の場合、ゾンデ１０は、炭化ホウ
素で含浸されたスリーブ３６で囲み、中性子源２６と検
出器２８の近くに位置できる。このスリーブは、検出器
２８の領域内のボアホール流体を変位し、かつ地層から
発生されるガンマ放射線を大幅に減衰することなく地層
により散乱され検出器２８へ向う中性子を吸収する。こ
の純効果は、ボアホールの内容物と検出器２８に近いゾ
ンデ１０の材料との中性子の相互作用の可能性を低減す
ることにあり、低減しない場合かかる相互作用は必要な
ガンマ線の測定値の好ましくない乱れを生じる、検出さ
れるガンマ線を発生する。
ゾンデｌＯ用電力は地表機器２４からケーブル１４を介
して供給される。このゾンデ１０は、適当な電圧および
電流レベルの電力を中性子源２６へ送るための電力条件
化回路（図示せず）と、検出器２８と、他のダウンホー
ル回路を含む。これら回路は、アンプ３８とＰＭＴ３２
からの出力パルスを受ける関連回路とを含む。増幅され
たパルスは次にパルス波高分析器（ＰＨＡ）へ印加され
る。ＰＨＡ４０は、シングルランプ （ウィルキンソンのランダウン）タイプのような従来の
タイプのものでよいアナログ／デジタルコンバータを含
む。ガンマ線のエネルギーレンジを分析するのに他の適
当なアナログ／デジタルコンバータを使用できる。分析
すべき検出器の信号フレームの時間部分を制御するため
にリニアゲート回路を使用することもできる。別の従来
技術、例えばパルスパイルアップ除去技術を使用すれば
性能を改善できる。
して供給される。このゾンデ１０は、適当な電圧および
電流レベルの電力を中性子源２６へ送るための電力条件
化回路（図示せず）と、検出器２８と、他のダウンホー
ル回路を含む。これら回路は、アンプ３８とＰＭＴ３２
からの出力パルスを受ける関連回路とを含む。増幅され
たパルスは次にパルス波高分析器（ＰＨＡ）へ印加され
る。ＰＨＡ４０は、シングルランプ （ウィルキンソンのランダウン）タイプのような従来の
タイプのものでよいアナログ／デジタルコンバータを含
む。ガンマ線のエネルギーレンジを分析するのに他の適
当なアナログ／デジタルコンバータを使用できる。分析
すべき検出器の信号フレームの時間部分を制御するため
にリニアゲート回路を使用することもできる。別の従来
技術、例えばパルスパイルアップ除去技術を使用すれば
性能を改善できる。
パルス波高分析器４０は、各検出器のパルスをその大き
さくすなわちガンマ線のエネルギー）に応じて多数（一
般に２５６〜８０００の範囲）の所定のチャンネルのう
ちの一つに割当て、分析された各パルスのチャンネルま
たは大きさを示す適当なデジタル状の一つの信号を発生
する。一般にこのパルス波高分析器４０は、メモリを含
むが、このメモリではデジタル信号内の各チャンネル数
の頻度が累積されてエネルギースペクトルを発生する。
さくすなわちガンマ線のエネルギー）に応じて多数（一
般に２５６〜８０００の範囲）の所定のチャンネルのう
ちの一つに割当て、分析された各パルスのチャンネルま
たは大きさを示す適当なデジタル状の一つの信号を発生
する。一般にこのパルス波高分析器４０は、メモリを含
むが、このメモリではデジタル信号内の各チャンネル数
の頻度が累積されてエネルギースペクトルを発生する。
この累積合計数は、次にバッファメモリ４２（ある場合
には省略できる）を介してテレメートリーおよびケーブ
ルインターフェース回路４４へ転送され、ケーブル１４
を通して地上の機器２４へ送られる。
には省略できる）を介してテレメートリーおよびケーブ
ルインターフェース回路４４へ転送され、ケーブル１４
を通して地上の機器２４へ送られる。
地上では、ケーブル信号はケーブルインターフェースお
よび信号処理回路４６により受信される。
よび信号処理回路４６により受信される。
回路４４および４６は、地上機器２４との間で送受信で
きるよう信号をエンコード、デコードしたり、マルチプ
レックス化したり、デマルチプレックス化したり、増幅
しかつ処理するための公知の適当な構造のものでよい。
きるよう信号をエンコード、デコードしたり、マルチプ
レックス化したり、デマルチプレックス化したり、増幅
しかつ処理するための公知の適当な構造のものでよい。
例えばネリガンに発行された米国特許第４０１２７１２
号に適当な回路が記載されている。
号に適当な回路が記載されている。
ゾンデ１０の作動は、地上機器２４内に設置されたマス
タープログラム４８から下方に送られる信号により制御
される。これら信号は、中性子源２６およびパルス波高
分析器４０へ制御信号を伝送する検層具プログラマ−５
０により受信される。
タープログラム４８から下方に送られる信号により制御
される。これら信号は、中性子源２６およびパルス波高
分析器４０へ制御信号を伝送する検層具プログラマ−５
０により受信される。
地上機器２４は、種々の電子回路を含むが、これらの電
子回路はダウンホール装置から受信されたデータを処理
し、検出されたガンマ放射線のエネルギースペクトルを
分析し、このエネルギースペクトルから地層１６および
地層が含む炭化水素についての情報を抽出し、このデー
タおよび情報のいくつかまたはすべての確実な記録また
はログを、例えばフィルム、祇またはテープ上に発生す
るのに使用される。これら回路は、特別の目的のハード
ウェアを含むことができるし、またはかかるハードウェ
アと同じ仕事を実行するよう適当にプログラムされた汎
用コンピュータを含むことができる。かかる分析の細部
は、本発明の一部を形成するものでないので、ここでは
述べないが、例えばモラン外に発行された米国特許第３
５２１０６４号に記載されている。
子回路はダウンホール装置から受信されたデータを処理
し、検出されたガンマ放射線のエネルギースペクトルを
分析し、このエネルギースペクトルから地層１６および
地層が含む炭化水素についての情報を抽出し、このデー
タおよび情報のいくつかまたはすべての確実な記録また
はログを、例えばフィルム、祇またはテープ上に発生す
るのに使用される。これら回路は、特別の目的のハード
ウェアを含むことができるし、またはかかるハードウェ
アと同じ仕事を実行するよう適当にプログラムされた汎
用コンピュータを含むことができる。かかる分析の細部
は、本発明の一部を形成するものでないので、ここでは
述べないが、例えばモラン外に発行された米国特許第３
５２１０６４号に記載されている。
上記のように、検出器２８はドーピングされたガドリニ
ウムオルトシリケートのシンチレーション結晶３０を含
む。種々の用途でフォトンを検出するため特性の最適な
組合わせを備えた材料を見付けるよう何年もにわたって
多くの異なる結晶材料が調査された。これら調査は、最
良の場合でも限られた成功しか得られなかった。ボアホ
ール用フォトン検出器の場合に満さなければならない条
件の特に厳しい組合わせを鑑みれば、ボアホールの検層
の要求に最も適したシンチレータを見付けることはより
困難なことであった。
ウムオルトシリケートのシンチレーション結晶３０を含
む。種々の用途でフォトンを検出するため特性の最適な
組合わせを備えた材料を見付けるよう何年もにわたって
多くの異なる結晶材料が調査された。これら調査は、最
良の場合でも限られた成功しか得られなかった。ボアホ
ール用フォトン検出器の場合に満さなければならない条
件の特に厳しい組合わせを鑑みれば、ボアホールの検層
の要求に最も適したシンチレータを見付けることはより
困難なことであった。
現在までボアホール用フォトン検層に最も一般的に用い
られているシンチレータは発見された最初の材料、すな
わちタリウムでドーピングされたヨウ化ナトリウム−Ｎ
ａｌ（Ｔβ）である。この材料は、光出力が比較的大き
く、エネルギー分解能が良好であるという利点を有して
いたが、大きな欠点も存する。特に低密度の結果、結晶
に達するフォトンの検出効率が悪化する。この欠点は、
重大である。すなわち、地層１６および結晶３０内での
当該放射線の相互作用は、性質上統計的なものであるの
で、統計的変動の影響を低減し、その結果性じる測定値
の信顛性およびそれから得られる情報を保証するにはボ
アホール１２内の特定位置で所定の最小数の相互作用を
記録しなければならないからである。検出効率が低いこ
とは、許容できる数の相互作用を検出するのに測定時間
が長くなり、よってゾンデ１０をボアホール内で引上げ
ることができる速度が制限され、よって静止測定が必要
となる。更にヨウ化ナトリウムのシンチレーション減衰
時間が長いので、相互作用を区別して検出できる最大速
度が制限され、よって中性子源２６の中性子出力を増す
ことのみにより低速用効率を相殺することはできない。
られているシンチレータは発見された最初の材料、すな
わちタリウムでドーピングされたヨウ化ナトリウム−Ｎ
ａｌ（Ｔβ）である。この材料は、光出力が比較的大き
く、エネルギー分解能が良好であるという利点を有して
いたが、大きな欠点も存する。特に低密度の結果、結晶
に達するフォトンの検出効率が悪化する。この欠点は、
重大である。すなわち、地層１６および結晶３０内での
当該放射線の相互作用は、性質上統計的なものであるの
で、統計的変動の影響を低減し、その結果性じる測定値
の信顛性およびそれから得られる情報を保証するにはボ
アホール１２内の特定位置で所定の最小数の相互作用を
記録しなければならないからである。検出効率が低いこ
とは、許容できる数の相互作用を検出するのに測定時間
が長くなり、よってゾンデ１０をボアホール内で引上げ
ることができる速度が制限され、よって静止測定が必要
となる。更にヨウ化ナトリウムのシンチレーション減衰
時間が長いので、相互作用を区別して検出できる最大速
度が制限され、よって中性子源２６の中性子出力を増す
ことのみにより低速用効率を相殺することはできない。
更にヨウ化ナトリウムは吸湿性であるので、ハーメチッ
クシールされたハウジング内に収容しなければならず、
このことは大きな結晶３０の使用を可能とするのに利用
できる空間を必要とする。
クシールされたハウジング内に収容しなければならず、
このことは大きな結晶３０の使用を可能とするのに利用
できる空間を必要とする。
ボアホール用フォトン検層用にこれまで提案されている
別の結晶としてビスマスゲルマネート（ＢＧＯ）がある
。この結晶は非吸湿性であり、ヨウ化ナトリウムよりも
密度が大きく、大きな有効原子数を生じるビスマスを含
むが、ボアホールの検層用には大きな問題を生じる他の
特性を有している。従って、その光出力は、ヨウ化ナト
リウムの光出力の１２％でしかでなく、その結果エネル
ギー分解能はヨウ化ナトリウムよりも悪い。可視光に露
光されると、結晶に損傷が生じやすく、この結果分解能
および光出力は更に低下する。加熱したりまたは長時間
保存すればこれら特性は逆に増加できるが、実用的には
不便である。ＢＧＯの屈折率は比較的大きく、内部の全
反射により結晶内に光が捕獲される傾向があるので、光
の有効な抽出が極めて困難となる。更にその光出力は、
極めて温度に敏感であり、１００℃の温度では室温時の
出力の約４分の１まで低下する。
別の結晶としてビスマスゲルマネート（ＢＧＯ）がある
。この結晶は非吸湿性であり、ヨウ化ナトリウムよりも
密度が大きく、大きな有効原子数を生じるビスマスを含
むが、ボアホールの検層用には大きな問題を生じる他の
特性を有している。従って、その光出力は、ヨウ化ナト
リウムの光出力の１２％でしかでなく、その結果エネル
ギー分解能はヨウ化ナトリウムよりも悪い。可視光に露
光されると、結晶に損傷が生じやすく、この結果分解能
および光出力は更に低下する。加熱したりまたは長時間
保存すればこれら特性は逆に増加できるが、実用的には
不便である。ＢＧＯの屈折率は比較的大きく、内部の全
反射により結晶内に光が捕獲される傾向があるので、光
の有効な抽出が極めて困難となる。更にその光出力は、
極めて温度に敏感であり、１００℃の温度では室温時の
出力の約４分の１まで低下する。
これら問題は、一般的タイプのフォトマルチプライヤを
使用する場合更に悪化する。ＢＧｏの光出力のスペクト
ルは、かかるフォトマルチプライヤのスペクトルレスポ
ンスに良好に整合していないからである。従って、ボア
ホール検層にＢＧＯを有効に使用するには、ＢＧＯ結晶
を温度上から保護しかつＢＧＯと使用するのに最適な特
別なレスポンスを有する特殊なフォトマルチプライヤを
開発する必要がある。例えば、デユワ−びんによる温度
安定化は、入射ガンマ放射線を減衰させる材料内に結晶
を収容しなければならない。このような別の材料に必要
な空間は結晶のために利用できる空間を減少し、よって
通常のボアホール検層器具の場合よりも結晶用空間を制
限してしまう。
使用する場合更に悪化する。ＢＧｏの光出力のスペクト
ルは、かかるフォトマルチプライヤのスペクトルレスポ
ンスに良好に整合していないからである。従って、ボア
ホール検層にＢＧＯを有効に使用するには、ＢＧＯ結晶
を温度上から保護しかつＢＧＯと使用するのに最適な特
別なレスポンスを有する特殊なフォトマルチプライヤを
開発する必要がある。例えば、デユワ−びんによる温度
安定化は、入射ガンマ放射線を減衰させる材料内に結晶
を収容しなければならない。このような別の材料に必要
な空間は結晶のために利用できる空間を減少し、よって
通常のボアホール検層器具の場合よりも結晶用空間を制
限してしまう。
ある場合には、これらの寸法上の制約は、統計的に信頼
できる測定を、商業的にも許容される充分に高速にでき
る実用的器具の製造を不可能にすることがある。
できる測定を、商業的にも許容される充分に高速にでき
る実用的器具の製造を不可能にすることがある。
第２図にある周知のシンチレータ材料用の光出力と温度
の関係を示す。実線の曲線は、米国オハイオ州ソロンの
バーショー／フィルトニルパ−トナ−シップ およびナトリウムまたはタリウムでドーピングされたヨ
ウ化セリウムのデータであり、長い点線はカルフォルニ
ア州サンフランシスコ１９８５年１０月のＩ ＥＥＥ核
科学シンポジウムおよび原子力発電システムに関するシ
ンポジウムおよび展覧会でバーショー／フィルト−ルバ
ートナーシップのアール・シー・ティラー、オー・エイ
チ・ネスタおよびビー・アップにより発表されたセリウ
ムでドーピングされたフッ化バリウムのデータに基づく
ものであり、点線および鎖線は、本発明者の一人により
得られたカドミウムタングステートおよびフッ化セリウ
ムのデータに基づくものである。これら曲線は、任意に
選択されたある温度、例えば室温または最大出力の温度
で１００％の光出力が生じるように正規化されているこ
とに注意すべきで、従って、曲線を定量的に比較すると
きは、注意しなければならない。しかしながら、これら
シンチレータ材料の多くの光出力は、温度と共に急に低
下していることは明白である。低温に対して高温で高出
力を維持するシンチレータ材料例えばＮａ Ｉ （Ｔｌ
） 、 Ｃｓ Ｉ（Ｎａ）、 ＣｓＦおよびＢａＦｚ（
Ｃｅ）でもＣ：ｓＩ 、 Ｎａｌでは密度が比較的小さ
く、ＣｓＦ 、 ＢａＦ．（Ｃｅ）では絶対先出が極め
て低（、Ｃｓｌ。
の関係を示す。実線の曲線は、米国オハイオ州ソロンの
バーショー／フィルトニルパ−トナ−シップ およびナトリウムまたはタリウムでドーピングされたヨ
ウ化セリウムのデータであり、長い点線はカルフォルニ
ア州サンフランシスコ１９８５年１０月のＩ ＥＥＥ核
科学シンポジウムおよび原子力発電システムに関するシ
ンポジウムおよび展覧会でバーショー／フィルト−ルバ
ートナーシップのアール・シー・ティラー、オー・エイ
チ・ネスタおよびビー・アップにより発表されたセリウ
ムでドーピングされたフッ化バリウムのデータに基づく
ものであり、点線および鎖線は、本発明者の一人により
得られたカドミウムタングステートおよびフッ化セリウ
ムのデータに基づくものである。これら曲線は、任意に
選択されたある温度、例えば室温または最大出力の温度
で１００％の光出力が生じるように正規化されているこ
とに注意すべきで、従って、曲線を定量的に比較すると
きは、注意しなければならない。しかしながら、これら
シンチレータ材料の多くの光出力は、温度と共に急に低
下していることは明白である。低温に対して高温で高出
力を維持するシンチレータ材料例えばＮａ Ｉ （Ｔｌ
） 、 Ｃｓ Ｉ（Ｎａ）、 ＣｓＦおよびＢａＦｚ（
Ｃｅ）でもＣ：ｓＩ 、 Ｎａｌでは密度が比較的小さ
く、ＣｓＦ 、 ＢａＦ．（Ｃｅ）では絶対先出が極め
て低（、Ｃｓｌ。
Ｎａ１． ＣｓＦでは吸湿性があり、ＣｓＩ（Ｔ＃）で
は現在のフォトマルチプライヤ管に対するスペクトル整
合が不良であるという重大な問題を有している。
は現在のフォトマルチプライヤ管に対するスペクトル整
合が不良であるという重大な問題を有している。
種々のシンチレータ材料の上記特性は、各材料の結晶を
製造するのにめんどうで、高価で時間のかかるプロセス
（最終的に大きなシンチレーション特性を示さない他の
多（の材料と同じように）が不可欠であり、次に当該特
性を実験で測定しなければならない。所定材料のシンチ
レーション特性およびそのバラツキを予め予想する方法
はない。
製造するのにめんどうで、高価で時間のかかるプロセス
（最終的に大きなシンチレーション特性を示さない他の
多（の材料と同じように）が不可欠であり、次に当該特
性を実験で測定しなければならない。所定材料のシンチ
レーション特性およびそのバラツキを予め予想する方法
はない。
本発明者による最近の研究によれば、例えばセリウムに
よりドーピングされたガドリニウムオルトシリケートは
特にボアホールのフォトン検層に使用するのに適してい
ることが判った。この材料は、ＢＧＯに類似する密度を
有し、更にガドリニウムの存在により適当に高い有効原
子数を有する。
よりドーピングされたガドリニウムオルトシリケートは
特にボアホールのフォトン検層に使用するのに適してい
ることが判った。この材料は、ＢＧＯに類似する密度を
有し、更にガドリニウムの存在により適当に高い有効原
子数を有する。
この材料の光出力ヨウ化ナトリウムの約１８％であり、
よってＢＧＯよりも大きく、現行のフォトマルチプライ
ヤ管を使用でき、この出力のスペクトルは、ＢＧＯの場
合よりもかかるフォトマルチプライヤのスペクトルレス
ポンスに良好にマツチする。この材料は適度の屈折率を
有し、光の抽出を容易にする。セリウムでドーピングさ
れたガドリニウムのオルトシリケートのシンチレーショ
ンプロセスの減衰時間は、７０ナノ秒と極めて短く、吸
湿性でなく、可視光または近可視光に露光しても損傷を
受けに（い。
よってＢＧＯよりも大きく、現行のフォトマルチプライ
ヤ管を使用でき、この出力のスペクトルは、ＢＧＯの場
合よりもかかるフォトマルチプライヤのスペクトルレス
ポンスに良好にマツチする。この材料は適度の屈折率を
有し、光の抽出を容易にする。セリウムでドーピングさ
れたガドリニウムのオルトシリケートのシンチレーショ
ンプロセスの減衰時間は、７０ナノ秒と極めて短く、吸
湿性でなく、可視光または近可視光に露光しても損傷を
受けに（い。
更に本出願人の研究室における発明者の作業によりなさ
れた測定によれば、セリウムでドーピングされたガドリ
ニウムオルトシリケートにおけるシンチレーションプロ
セスは温度変化による影響が比較的少なく、よって高温
が大きな問題となる検層用の適当な候補材料となること
が判った。第３図はＮａ１ＣＴ１） 、ＢＧＯおよびセ
リウムでドーピングされたガドリニウムオルトシリケー
トの光出力の温度変化による変動を示す、上記測定で得
られたグラフであり、この図では各材料の測定値は、２
５℃の温度で光出力が単位値を有するよう正規化されて
いる。セリウムでドーピングされたガドリニウムオルト
シリケートの光出力は温度上昇と共に低下するが、この
低下のＢ様ばＮａ１（Ｔｆ）に匹敵し、ＢＧＯよりも温
度に影響されない、従って、１５０℃の温度における光
出力は２５℃のときの２５％であるが、１００℃におけ
るＢＧＯの光出力は２５℃における出力のわずか２０％
まで低下している。
れた測定によれば、セリウムでドーピングされたガドリ
ニウムオルトシリケートにおけるシンチレーションプロ
セスは温度変化による影響が比較的少なく、よって高温
が大きな問題となる検層用の適当な候補材料となること
が判った。第３図はＮａ１ＣＴ１） 、ＢＧＯおよびセ
リウムでドーピングされたガドリニウムオルトシリケー
トの光出力の温度変化による変動を示す、上記測定で得
られたグラフであり、この図では各材料の測定値は、２
５℃の温度で光出力が単位値を有するよう正規化されて
いる。セリウムでドーピングされたガドリニウムオルト
シリケートの光出力は温度上昇と共に低下するが、この
低下のＢ様ばＮａ１（Ｔｆ）に匹敵し、ＢＧＯよりも温
度に影響されない、従って、１５０℃の温度における光
出力は２５℃のときの２５％であるが、１００℃におけ
るＢＧＯの光出力は２５℃における出力のわずか２０％
まで低下している。
ガドリニウムオルトシリケートは、フォトン検層用シン
チレータに存在しないことが好ましいある特性を有する
。すなわちこの材料は、Ｎａ Ｔ （Ｔ Ｉ ）よりも
光出力が小さく、（１００）平面に沿って容易にへき関
するので、強い衝撃を受けたとき破壊する可能性がある
が、この危険はヨウ化ナトリウムよりも大幅に大きいわ
けではなく、よって適当な取付けにより対策を講じるこ
とができ、ガドリニウムの存在の結果、中性子に照射さ
れると、結晶自体の中でガンマ線が発生するが、このガ
ンマ線の発生は、結晶のまわりで適当な中性子シールド
を使用することにより低減または皆無にできるし、また
はガンマ線発生の結果生じる信号は、バンクグラウンド
信号として処理し、地上機器２４による処理の間に除去
できる。
チレータに存在しないことが好ましいある特性を有する
。すなわちこの材料は、Ｎａ Ｔ （Ｔ Ｉ ）よりも
光出力が小さく、（１００）平面に沿って容易にへき関
するので、強い衝撃を受けたとき破壊する可能性がある
が、この危険はヨウ化ナトリウムよりも大幅に大きいわ
けではなく、よって適当な取付けにより対策を講じるこ
とができ、ガドリニウムの存在の結果、中性子に照射さ
れると、結晶自体の中でガンマ線が発生するが、このガ
ンマ線の発生は、結晶のまわりで適当な中性子シールド
を使用することにより低減または皆無にできるし、また
はガンマ線発生の結果生じる信号は、バンクグラウンド
信号として処理し、地上機器２４による処理の間に除去
できる。
検出器２８を詳細に示す第４図および第５図を参照する
と、結晶の表面を通過するシンチレーション光の損失を
防止するため当業者に公知の態様でガドリニウムオルト
シリケートの結晶３０には、反射性テープ、フォイル、
紙、粉体または塗料５２がコーティングされている。好
ましくは材料５２のまわりに低エネルギーガンマ線吸収
体、例えば鉛シートの薄い膜５４が巻かれており、測定
されたスペクトルを活す低エネルギーガンマ線（Ｉ Ｍ
ｅＶより低い）をスクリーニングするようになっている
。別の材料としては、タングステンまたはタングステン
合金、減損ウラニウムまたはビスマスがある。
と、結晶の表面を通過するシンチレーション光の損失を
防止するため当業者に公知の態様でガドリニウムオルト
シリケートの結晶３０には、反射性テープ、フォイル、
紙、粉体または塗料５２がコーティングされている。好
ましくは材料５２のまわりに低エネルギーガンマ線吸収
体、例えば鉛シートの薄い膜５４が巻かれており、測定
されたスペクトルを活す低エネルギーガンマ線（Ｉ Ｍ
ｅＶより低い）をスクリーニングするようになっている
。別の材料としては、タングステンまたはタングステン
合金、減損ウラニウムまたはビスマスがある。
巻かれた結晶は、例えばアルミニウムまたはポリメチル
メタクリレートのようなプラスチックから成る円筒形ハ
ろリング５６内に収容され、鉛シート５４とハウジング
５６との間の空間には例えばホウ素１０の粉末が充填さ
れ、上記のような中性子シールドおよび結晶３ｏの一般
に角ばった形状からハウジング５６の円形形状への適当
な移行部を形成する。粉末５８は結晶３ｏを衝撃作用か
ら保護する対策ともなる。ホウ素１ｏの代わりの材料と
しては、リチウム６、炭化ホウ素または鉛シート５４に
吸収されるベータ粒子または他の放射線を放出して崩壊
する人造同位体がある。一般にシート５４は、最も薄い
点におけるホウ素１゜の粒末５８の層と同じようにほぼ
２ｍ１Ｉ＋の厚さとなり得るが、このホウ素１０の厚さ
は、少なくとも１００バーンの有効な顕微鏡的熱中性子
捕獲横断面面積を与えるよう選択される。結晶３０は、
当業者に周知のように光学的グリースまたはセメント６
０によりＰＭＴ３２の前面に光学的に結合される。
メタクリレートのようなプラスチックから成る円筒形ハ
ろリング５６内に収容され、鉛シート５４とハウジング
５６との間の空間には例えばホウ素１０の粉末が充填さ
れ、上記のような中性子シールドおよび結晶３ｏの一般
に角ばった形状からハウジング５６の円形形状への適当
な移行部を形成する。粉末５８は結晶３ｏを衝撃作用か
ら保護する対策ともなる。ホウ素１ｏの代わりの材料と
しては、リチウム６、炭化ホウ素または鉛シート５４に
吸収されるベータ粒子または他の放射線を放出して崩壊
する人造同位体がある。一般にシート５４は、最も薄い
点におけるホウ素１゜の粒末５８の層と同じようにほぼ
２ｍ１Ｉ＋の厚さとなり得るが、このホウ素１０の厚さ
は、少なくとも１００バーンの有効な顕微鏡的熱中性子
捕獲横断面面積を与えるよう選択される。結晶３０は、
当業者に周知のように光学的グリースまたはセメント６
０によりＰＭＴ３２の前面に光学的に結合される。
上記とは異なり、結晶３０は、第６図に略図で示すよう
にＰＭＴ３２と一体的にできる。第６図を参照すると、
ＰＭＴのフォトカソード１００（例えば双アルカリ材料
）は結晶３０の前面に蒸着されて形成され、次にリング
電極１０２が形成される。次に合焦電極１０６、ダイノ
ード構造体１０８およびアノード１１０と共にＰＭＴ３
２のエンベロープ１０４内に結晶３０がシールされる。
にＰＭＴ３２と一体的にできる。第６図を参照すると、
ＰＭＴのフォトカソード１００（例えば双アルカリ材料
）は結晶３０の前面に蒸着されて形成され、次にリング
電極１０２が形成される。次に合焦電極１０６、ダイノ
ード構造体１０８およびアノード１１０と共にＰＭＴ３
２のエンベロープ１０４内に結晶３０がシールされる。
エンベロープ内に収容するかわりに結晶３０は、結晶３
０が端部でエンベロープ１０４を閉じるよ′うにエンベ
ロープ１０４の一端の周辺に融着してもよい。
０が端部でエンベロープ１０４を閉じるよ′うにエンベ
ロープ１０４の一端の周辺に融着してもよい。
完全検出器２８は、衝撃により誘導される結晶３０の損
傷を防止する保護体を含むよう公知の適当な態様でゾン
デ１０内に取付けられる。
傷を防止する保護体を含むよう公知の適当な態様でゾン
デ１０内に取付けられる。
鉛のシート５４によりブロックされる低エネルギーガン
マ線は、地層との相互作用および粉末層５８内のホウ素
１０の原子との中性子の相互作用の双方から生じる。第
７図には、鉛シートの効果が示されているが、この第７
図は縦軸に沿って所定エネルギースレッショルドを越え
て生じる非弾性ガンマ線の合計カウント数を示し、横軸
に沿って所定の高いエネルギー領域において実際に測定
される非弾性合計カウント数を示し、２つの異なるエネ
ルギースレッショルドは鉛シート５４（点線）を用いた
場合と、鉛シート（実線）を用いない場合である。許容
できる高いエネルギーカウント数のパルスのパイルアッ
プ（重なり）除去を行う低エネルギーガンマ線は鉛シー
ト５４により吸収されているので、鉛シート５４を用い
ると発生する所定回数に対しては測定されるカウント数
のほうが多いことが判る。
マ線は、地層との相互作用および粉末層５８内のホウ素
１０の原子との中性子の相互作用の双方から生じる。第
７図には、鉛シートの効果が示されているが、この第７
図は縦軸に沿って所定エネルギースレッショルドを越え
て生じる非弾性ガンマ線の合計カウント数を示し、横軸
に沿って所定の高いエネルギー領域において実際に測定
される非弾性合計カウント数を示し、２つの異なるエネ
ルギースレッショルドは鉛シート５４（点線）を用いた
場合と、鉛シート（実線）を用いない場合である。許容
できる高いエネルギーカウント数のパルスのパイルアッ
プ（重なり）除去を行う低エネルギーガンマ線は鉛シー
ト５４により吸収されているので、鉛シート５４を用い
ると発生する所定回数に対しては測定されるカウント数
のほうが多いことが判る。
結晶３０は、第４図および第５図に示すように非円筒形
である。その理由は、ガドリニウムオルトシリケートの
結晶は、直角平行六面体に容易に製造できるが、円筒形
には製造できないからである。しかしながら結晶３０は
、一般にへ角形の横断面を生じるよう結晶３０およびＰ
ＭＴ３２の共通軸に平行な４つのエツジに沿って切頭さ
れている。こうすると、結晶３０は円筒形状により近領
するだけでなく、予想しないことに結晶３０のエネルギ
ー分解能が改善される。従って、一つの実施例ではこの
ような切頭化の結果、６６２ＫｅＶにおける全幅の半分
の最大分解能はそのエネルギーの約２％だけ改善され、
別の実施例では分解能は１％だけ改善された。このよう
に分解能を改善するため正多角形であり、不規則多角形
であれ他の多角形を使用できると考えられる。
である。その理由は、ガドリニウムオルトシリケートの
結晶は、直角平行六面体に容易に製造できるが、円筒形
には製造できないからである。しかしながら結晶３０は
、一般にへ角形の横断面を生じるよう結晶３０およびＰ
ＭＴ３２の共通軸に平行な４つのエツジに沿って切頭さ
れている。こうすると、結晶３０は円筒形状により近領
するだけでなく、予想しないことに結晶３０のエネルギ
ー分解能が改善される。従って、一つの実施例ではこの
ような切頭化の結果、６６２ＫｅＶにおける全幅の半分
の最大分解能はそのエネルギーの約２％だけ改善され、
別の実施例では分解能は１％だけ改善された。このよう
に分解能を改善するため正多角形であり、不規則多角形
であれ他の多角形を使用できると考えられる。
所望の大きさの一つの大結晶を人手できない場合は、数
個の小片から複合結晶を組み合わせることも可能である
。この場合、各結晶片の一面がＰＭＴ３２に隣接し、Ｐ
ＭＴ３２に対する直接光路を形成するようにＰＭＴ３２
の面に対して結晶片を並置して積み重ねることが好まし
い。更に、マツチングされた結晶を選択したり、ＰＭＴ
３２と高光出力を有する結晶との間にスモークガラス等
の適当な減衰フィルタを挿入することによりＰＭＴ３２
へ同様な個々の光出力を供給するように結晶片を配置し
なければならない。
個の小片から複合結晶を組み合わせることも可能である
。この場合、各結晶片の一面がＰＭＴ３２に隣接し、Ｐ
ＭＴ３２に対する直接光路を形成するようにＰＭＴ３２
の面に対して結晶片を並置して積み重ねることが好まし
い。更に、マツチングされた結晶を選択したり、ＰＭＴ
３２と高光出力を有する結晶との間にスモークガラス等
の適当な減衰フィルタを挿入することによりＰＭＴ３２
へ同様な個々の光出力を供給するように結晶片を配置し
なければならない。
結晶３０の機械的耐衝撃性は結晶３０内の結晶格子のへ
き開平面の配置を適当に選択することにより少なくとも
ある方向に（例えば、ゾンデ１０の軸に対して横方向に
）増加できる。従って、例えば、検出器２８をゾンデ内
に取付けるとき（１００）平面をゾンデ１０の軸に平行
に配置できる。
き開平面の配置を適当に選択することにより少なくとも
ある方向に（例えば、ゾンデ１０の軸に対して横方向に
）増加できる。従って、例えば、検出器２８をゾンデ内
に取付けるとき（１００）平面をゾンデ１０の軸に平行
に配置できる。
第８図は、ＰＭＴ３２からのパルスを処理し、かつこれ
らパルスをパルス波高分析器４０へ供給するための第１
図のアンプ３８に関連した回路例を示す略ブロック図で
ある。この回路は、ヨウ化ナトリウムのシンチレータを
使用した一般的回路よりもより高速でパルスを処理する
ようになっており、よってセリウムでドーピングされた
ガドリニウムオルトシリケートの特性（例えば高速シン
チレーション減衰）により可能となる高速カウントレー
トの利点を活すことができる。従って、第８図を参照す
ると、ＰＭＴ３２のアノード６２がら第１信号を取出し
、この信号はプリアンプ６４およびタイミングフィルタ
（高速）アンプ６６を介して低エネルギースレッショル
ドのディスクリミネータ６８へ供給される。このエネル
ギーより高いＰＭＴのアノード６２から受信されるパル
スハＬ／ ヘＪＬ／ Ｘｉミツタフへ送られ、次にレベ
ルシフタはパルスパイルアンプ除去回路７２ヘパルスを
送る。
らパルスをパルス波高分析器４０へ供給するための第１
図のアンプ３８に関連した回路例を示す略ブロック図で
ある。この回路は、ヨウ化ナトリウムのシンチレータを
使用した一般的回路よりもより高速でパルスを処理する
ようになっており、よってセリウムでドーピングされた
ガドリニウムオルトシリケートの特性（例えば高速シン
チレーション減衰）により可能となる高速カウントレー
トの利点を活すことができる。従って、第８図を参照す
ると、ＰＭＴ３２のアノード６２がら第１信号を取出し
、この信号はプリアンプ６４およびタイミングフィルタ
（高速）アンプ６６を介して低エネルギースレッショル
ドのディスクリミネータ６８へ供給される。このエネル
ギーより高いＰＭＴのアノード６２から受信されるパル
スハＬ／ ヘＪＬ／ Ｘｉミツタフへ送られ、次にレベ
ルシフタはパルスパイルアンプ除去回路７２ヘパルスを
送る。
ダイノード７４からＰＭＴ３２内のグイノードチュイン
の端部へ向って別の信号が取出され、この信号はプリア
ンプ７６を介して数百ナノ秒の大きさの時定数を有する
アンプ３８（リニアアンプ）へ供給される。この時定数
は、システムのカウントレートの能力にかかる電子的制
約をなくするようヨウ化ナトリウムを用いている従来の
ものよりも大幅に短い。このアンプは、次に遅延回路７
８に信号を供給し、回路７８はパルスパイルアップ除去
回路と同期する適当な遅延を行い、ＰＨＡ４０がパルス
パイルアンプ除去条件の検出に応答して除去回路７２に
インヒビソトされなければ回路７８は遅延されたパルス
をＰＨＡ４０に送る。
の端部へ向って別の信号が取出され、この信号はプリア
ンプ７６を介して数百ナノ秒の大きさの時定数を有する
アンプ３８（リニアアンプ）へ供給される。この時定数
は、システムのカウントレートの能力にかかる電子的制
約をなくするようヨウ化ナトリウムを用いている従来の
ものよりも大幅に短い。このアンプは、次に遅延回路７
８に信号を供給し、回路７８はパルスパイルアップ除去
回路と同期する適当な遅延を行い、ＰＨＡ４０がパルス
パイルアンプ除去条件の検出に応答して除去回路７２に
インヒビソトされなければ回路７８は遅延されたパルス
をＰＨＡ４０に送る。
ＰＭＴ３２への配線および時定数は、セリウムでドーピ
ングされたガドリニウムオルトシリケートの固有の高速
シンチレーションの利点を活かすように選択される。従
って、この回路は１００ナノ秒まで離れて生じる重なり
合ったシンチレーション用信号を識別しかつこれら信号
を除去することができる。第８図に示された回路を用い
ると、所望のスペクトル特性と妥協することなくヨウ化
ナトリウムを用いた場合よりも高速カウントレートでス
ペクトルが得られた。当業者であれば、より詳細に説明
しないでも第８図に示された回路の設計および構造を認
識するであろう。
ングされたガドリニウムオルトシリケートの固有の高速
シンチレーションの利点を活かすように選択される。従
って、この回路は１００ナノ秒まで離れて生じる重なり
合ったシンチレーション用信号を識別しかつこれら信号
を除去することができる。第８図に示された回路を用い
ると、所望のスペクトル特性と妥協することなくヨウ化
ナトリウムを用いた場合よりも高速カウントレートでス
ペクトルが得られた。当業者であれば、より詳細に説明
しないでも第８図に示された回路の設計および構造を認
識するであろう。
上記Ｎａ Ｉ （Ｔβ）に対する１８％の光出力の数字
は、現行の典型的フォトマルチプライヤ管（双アルカリ
光カソードを有する浜松タイプＲ８７８）のためのもの
である。フォトンから電子への変換効率および光力ソー
ドから第１ダイノードへの電子の移動を最大にする他の
ステップと同じようにドーピングされたガドリニウムオ
ルトシリケートにより発生される光のスペクトルに密に
マツチするようマイマルチプライヤ管の光力ソードの材
料を適当に選択すると、上記の数字が大きくなる。
は、現行の典型的フォトマルチプライヤ管（双アルカリ
光カソードを有する浜松タイプＲ８７８）のためのもの
である。フォトンから電子への変換効率および光力ソー
ドから第１ダイノードへの電子の移動を最大にする他の
ステップと同じようにドーピングされたガドリニウムオ
ルトシリケートにより発生される光のスペクトルに密に
マツチするようマイマルチプライヤ管の光力ソードの材
料を適当に選択すると、上記の数字が大きくなる。
上記のようにシンチレータによるフォトン放射線の検出
を行うボアホールの検層にドーピングされたガドリニウ
ムオルトシリケートを使用できる。
を行うボアホールの検層にドーピングされたガドリニウ
ムオルトシリケートを使用できる。
ハーメチックシールされた容器も温度安定化手段（例え
ばデエワーびん）も必要でないのでこの材料は有利であ
る。従って、入射放射線（特に低エネルギの）の減衰が
低減されるが、このことは例えば低エネルギーガンマ線
を検出する場合に有利である。更により大きな結晶が使
用できるような空間を利用できる。従って、４２．９
ｎｕＩの径の検層具（一般に内径＝ ３７．６ｎ＋ｍ）
では、ゾンデの内部の横断断面積の少なくとも１／３を
占める正方形結晶が使用でき、円筒形の結晶はこのゾン
デの横断断面積の少なくとも２を占める。ゾンデの面積
Ａに対する結晶の面積は次の関係 ２申 （Ａ／π＋ｔ２−２４．ｒ （Ａ／π）”ｔ）
Ａで示され、ここでｔは結晶３０とゾンデ１０の内壁と
の間の層５２．５４および５８の全厚みである。
ばデエワーびん）も必要でないのでこの材料は有利であ
る。従って、入射放射線（特に低エネルギの）の減衰が
低減されるが、このことは例えば低エネルギーガンマ線
を検出する場合に有利である。更により大きな結晶が使
用できるような空間を利用できる。従って、４２．９
ｎｕＩの径の検層具（一般に内径＝ ３７．６ｎ＋ｍ）
では、ゾンデの内部の横断断面積の少なくとも１／３を
占める正方形結晶が使用でき、円筒形の結晶はこのゾン
デの横断断面積の少なくとも２を占める。ゾンデの面積
Ａに対する結晶の面積は次の関係 ２申 （Ａ／π＋ｔ２−２４．ｒ （Ａ／π）”ｔ）
Ａで示され、ここでｔは結晶３０とゾンデ１０の内壁と
の間の層５２．５４および５８の全厚みである。
長さが１００１ＷＩＩ＋以下および結晶長さの少なくと
も重への幅の結晶が使用可能である。
も重への幅の結晶が使用可能である。
先に述べたように、ドーピングされたガドリニウムオル
トシリケートにおけるシンチレーションプロセスの減衰
は急激であり、この減衰時間は温度と共に低下する。従
って、特に高速の減衰が望まれる場合、結晶を所定の最
少温度、例えば２０℃以上に維持するよう結晶に加熱素
子を隣接（例えば素子が結晶を巻くように）することが
できる。
トシリケートにおけるシンチレーションプロセスの減衰
は急激であり、この減衰時間は温度と共に低下する。従
って、特に高速の減衰が望まれる場合、結晶を所定の最
少温度、例えば２０℃以上に維持するよう結晶に加熱素
子を隣接（例えば素子が結晶を巻くように）することが
できる。
この結果生じる光出力の低下により単位カウント数あた
りの統計的信頼性が悪化することがときどきあるが、こ
れは所望すればより高いレートの放射出力で中性子源２
６を作動させることにより相殺できる。
りの統計的信頼性が悪化することがときどきあるが、こ
れは所望すればより高いレートの放射出力で中性子源２
６を作動させることにより相殺できる。
エネルギーを高くすると、ヨウ化ナトリウムを用いた場
合よりも高いカウントレートを使用できるので、より信
顛性の高い測定値が得られる。すなわちより短い時間で
同じ統計的信頼性が得られる。密度および有効原子数の
高いガドリニウムオルトシリケートは、現在、例えば製
造チューブ内のロッキングにおけるよりも空間の制約の
大きい実用的作動を可能にする。従って、このことによ
り上記のようなかかるチューブ内での作動ができるよう
な寸法の検層具により地層の炭素／酸素比の実用的測定
が可能となる。
合よりも高いカウントレートを使用できるので、より信
顛性の高い測定値が得られる。すなわちより短い時間で
同じ統計的信頼性が得られる。密度および有効原子数の
高いガドリニウムオルトシリケートは、現在、例えば製
造チューブ内のロッキングにおけるよりも空間の制約の
大きい実用的作動を可能にする。従って、このことによ
り上記のようなかかるチューブ内での作動ができるよう
な寸法の検層具により地層の炭素／酸素比の実用的測定
が可能となる。
パルス状中性子源およびガンマ検出器を使用する別タイ
プの検層具は、米国特許第３．８９０．５０１号および
同第４．２２４．５１６号（いずれもジョンストンに発
行）に記載されているように多数の中性子が熱中性子化
され、地層の核により捕捉されるときの多数の中性子の
減衰時間を測定する。この場合、鉛層５４は、低エネル
ギーのガンマ放射線を検出できるように薄くするか、省
略できる。ドーピングされたガドリニウムオルトシリケ
ートを用いると、より少ないパイルアップで現在使用さ
れているカウントレートを維持できるか、またはより高
いカウントレートを使用すると、統計的信頼性を改善で
きる。セリウムでドーピングされたガドリニウムオルト
シリケートの高速減衰時間は、この場合における信号を
改善するのに役立つ。従って、典型的な中性子源−検出
器の間隔を用い、ドーピングされたガドリニウムオルト
シリケートで得られる結晶寸法を用いて結晶内で毎秒２
０００００を越えるシンチレーションの瞬間レートを発
生できるレートで中性子源を作動できる。
プの検層具は、米国特許第３．８９０．５０１号および
同第４．２２４．５１６号（いずれもジョンストンに発
行）に記載されているように多数の中性子が熱中性子化
され、地層の核により捕捉されるときの多数の中性子の
減衰時間を測定する。この場合、鉛層５４は、低エネル
ギーのガンマ放射線を検出できるように薄くするか、省
略できる。ドーピングされたガドリニウムオルトシリケ
ートを用いると、より少ないパイルアップで現在使用さ
れているカウントレートを維持できるか、またはより高
いカウントレートを使用すると、統計的信頼性を改善で
きる。セリウムでドーピングされたガドリニウムオルト
シリケートの高速減衰時間は、この場合における信号を
改善するのに役立つ。従って、典型的な中性子源−検出
器の間隔を用い、ドーピングされたガドリニウムオルト
シリケートで得られる結晶寸法を用いて結晶内で毎秒２
０００００を越えるシンチレーションの瞬間レートを発
生できるレートで中性子源を作動できる。
ドーピングされたガドリニウムオルトシリケートを使用
できる別の測定では、タトルに発行された米国特許第３
．３２１．６２７号およびエリスに発行された米国特許
第４０４８４９５号に記載されているように地層の嵩密
度および有効原子数を測定できるように中性子でなくて
ガンマ線を地層に照射する。
できる別の測定では、タトルに発行された米国特許第３
．３２１．６２７号およびエリスに発行された米国特許
第４０４８４９５号に記載されているように地層の嵩密
度および有効原子数を測定できるように中性子でなくて
ガンマ線を地層に照射する。
この測定では、結晶３０内にガンマ線を発生させる中性
子による照射はないので線源２６をセリウム１３７にし
、ホウ素１０の粉体の層５８を省略できる。更にこの場
合比較的低いエネルギーのガンマ線を検出したいので鉛
層５４を省略できる。
子による照射はないので線源２６をセリウム１３７にし
、ホウ素１０の粉体の層５８を省略できる。更にこの場
合比較的低いエネルギーのガンマ線を検出したいので鉛
層５４を省略できる。
ドーピングされたガドリニウムオルトシリケートを有利
に適用できる本技術の特定の変形例としてタルコツトに
発行された米国特許第４０３４２１８号に記載されてい
るような一回散乱されたガンマ線のコリメート検出法が
ある。
に適用できる本技術の特定の変形例としてタルコツトに
発行された米国特許第４０３４２１８号に記載されてい
るような一回散乱されたガンマ線のコリメート検出法が
ある。
同様にヘルツォグに対して発行された米国特許第２，７
４９，４４６号およびシイ−マンに対して発行された米
国特許第４．４３３．２４０号に記載されているように
地層成分、例えばカリウム、トリウムおよびウラニウム
からの自然ガンマ放射線の測定にドーピングされたガド
リニウムオルトシリケートを適用する場合鉛およびホウ
素を省略できる。明らかに線源２６およびシールド３４
も存在しない。これら元素の濃度を測定するスペクトル
分析を可能にするだけでなく、他の検層および生産作業
中での深度相関の補助として深度によるガンマ線放出の
集合強度を記録するためこれら測定がなされる。
４９，４４６号およびシイ−マンに対して発行された米
国特許第４．４３３．２４０号に記載されているように
地層成分、例えばカリウム、トリウムおよびウラニウム
からの自然ガンマ放射線の測定にドーピングされたガド
リニウムオルトシリケートを適用する場合鉛およびホウ
素を省略できる。明らかに線源２６およびシールド３４
も存在しない。これら元素の濃度を測定するスペクトル
分析を可能にするだけでなく、他の検層および生産作業
中での深度相関の補助として深度によるガンマ線放出の
集合強度を記録するためこれら測定がなされる。
より小さい、特に短い結晶を用いると所定レベルのガン
マ線感度が得られるので、後者の場合ドーピングされた
ガドリニウムオルトシリケートが特に有効である。この
ことは、測定の統計的信頼性が所定レベルの場合改善さ
れた深度分解能を改善し、かつ寸法が過酷な空間上の制
約を課す検層具の組立てを容易にする。自然ガンマ線検
層において線源がないことは、上記のように並置されか
つ２層になったいくつかの結晶９ｏからシンチレータが
構成された第９図に示した配置を容易にする。
マ線感度が得られるので、後者の場合ドーピングされた
ガドリニウムオルトシリケートが特に有効である。この
ことは、測定の統計的信頼性が所定レベルの場合改善さ
れた深度分解能を改善し、かつ寸法が過酷な空間上の制
約を課す検層具の組立てを容易にする。自然ガンマ線検
層において線源がないことは、上記のように並置されか
つ２層になったいくつかの結晶９ｏからシンチレータが
構成された第９図に示した配置を容易にする。
この場合、２つのＰＭＴ９４および９５が設けられ、各
ＰＭＴは結晶９０のそれぞれの層の一端に隣接し、それ
らの出力信号がこれら信号から生じるスペクトルを合計
することにより組合わされる。
ＰＭＴは結晶９０のそれぞれの層の一端に隣接し、それ
らの出力信号がこれら信号から生じるスペクトルを合計
することにより組合わされる。
このように大きな単結晶を必要とせずに結晶容積を増加
できる。測定の必要な条件に応じては、一つの層内のシ
ンチレーション光が他の層に横断することを防止しおよ
び／またはガンマ線が一つの層内で部分的に検出され、
次に他の層内に散乱することを防止するため層の間に適
当な吸収材料を設けることができる。上記のように結晶
の光出力をマツチングするためのフィルタ９８を設ける
ことができる。
できる。測定の必要な条件に応じては、一つの層内のシ
ンチレーション光が他の層に横断することを防止しおよ
び／またはガンマ線が一つの層内で部分的に検出され、
次に他の層内に散乱することを防止するため層の間に適
当な吸収材料を設けることができる。上記のように結晶
の光出力をマツチングするためのフィルタ９８を設ける
ことができる。
ボアホール検層用シンチレータとしてのドーピングされ
たガドリニウムオルトシリケートの別の用途は、シエバ
リエに対する米国特許第４４９０６０９号に記載されて
いるようにフォトン（Ｘ線）照射により井戸内の流体を
分析することである。この場合でも、ホウ素１０のＮ５
８および一般に鉛の層５４は省略される。少なくともＸ
線の検出にドーピングされたガドリニウムオルトシリケ
ートを用いる別の方法は、（できれば比較的小さい）適
当にシールドされた結晶３０とゾンデ１ｏのまわりおよ
び／またはゾンデｌＯに沿って延長する関連した光検出
器を列状に配置することである。
たガドリニウムオルトシリケートの別の用途は、シエバ
リエに対する米国特許第４４９０６０９号に記載されて
いるようにフォトン（Ｘ線）照射により井戸内の流体を
分析することである。この場合でも、ホウ素１０のＮ５
８および一般に鉛の層５４は省略される。少なくともＸ
線の検出にドーピングされたガドリニウムオルトシリケ
ートを用いる別の方法は、（できれば比較的小さい）適
当にシールドされた結晶３０とゾンデ１ｏのまわりおよ
び／またはゾンデｌＯに沿って延長する関連した光検出
器を列状に配置することである。
ドーピングされたガドリニウムオルトシリケートは、不
安定な放射性同位体を発生するような中性子照射による
地層成分の励起から生じるガンマ線の検出にも用いられ
る。この放射線は、照射が行なわれ後の数分の間持続さ
れる。米国特許第３．６６５．１９５号には、カルフォ
ニウム２５２の線源を用いたこの技術例が記載されてい
る。この場合、中性子源と結晶３０との間の距離は比較
的長いので、結晶３０は中性子照射に対するシールドを
設けるのに層５８を一般に必要としない。鉛層５４を設
けるかどうかは、目的とする測定の特性、例えば検出に
必要な最小ガンマ線エネルギーおよび低エネルギーガン
マ線によるパルスパイルアップの程度による。
安定な放射性同位体を発生するような中性子照射による
地層成分の励起から生じるガンマ線の検出にも用いられ
る。この放射線は、照射が行なわれ後の数分の間持続さ
れる。米国特許第３．６６５．１９５号には、カルフォ
ニウム２５２の線源を用いたこの技術例が記載されてい
る。この場合、中性子源と結晶３０との間の距離は比較
的長いので、結晶３０は中性子照射に対するシールドを
設けるのに層５８を一般に必要としない。鉛層５４を設
けるかどうかは、目的とする測定の特性、例えば検出に
必要な最小ガンマ線エネルギーおよび低エネルギーガン
マ線によるパルスパイルアップの程度による。
従って、これまで本明細書においてボアホール内ガンマ
線分光技術および同じような高エネルギーのフォトン測
定用の本発明に係る方法および装置について説明しかつ
図示した。本発明の特定の実施態様について説明したが
、本発明はこれらだけに限定されるものでない、従って
、結晶３０は、セリウムを除（、当業者に周知の物質に
よりドーピングされたガドリニウムオルトシリケートか
ら形成できるものであり、シンチレーション光もフォト
マルチプライヤ管以外の光検出器でも検出できる。
線分光技術および同じような高エネルギーのフォトン測
定用の本発明に係る方法および装置について説明しかつ
図示した。本発明の特定の実施態様について説明したが
、本発明はこれらだけに限定されるものでない、従って
、結晶３０は、セリウムを除（、当業者に周知の物質に
よりドーピングされたガドリニウムオルトシリケートか
ら形成できるものであり、シンチレーション光もフォト
マルチプライヤ管以外の光検出器でも検出できる。
ドーピングされたガドリニウムオルトシリケートは高エ
ネルギーフォトン、例えば中性子以外他の種類の透過放
射線の検出にも使用できると考えられる。この場合、結
晶はガンマ放射線に対する有効感度を減少するためタン
グステンまたは他のガンマ線吸収材料でシールドでき、
その寸法も同一目的のため制限できる。別の可能性とし
ては、同じ結晶を中性子およびフォトンの双方の検出に
用いることである。
ネルギーフォトン、例えば中性子以外他の種類の透過放
射線の検出にも使用できると考えられる。この場合、結
晶はガンマ放射線に対する有効感度を減少するためタン
グステンまたは他のガンマ線吸収材料でシールドでき、
その寸法も同一目的のため制限できる。別の可能性とし
ては、同じ結晶を中性子およびフォトンの双方の検出に
用いることである。
従って、特許請求の範囲および精神から逸脱することな
く上記のような発明について種々の変更および変形をす
ることは当業者には明らかであろう。
く上記のような発明について種々の変更および変形をす
ることは当業者には明らかであろう。
第１図は本発明に係る装置の一部を形成するゾンデの略
図、第２図はいくつかのシンチレータ材料の温度に対す
る光出力の変化を示すグラフ、第３図は３つのシンチレ
ータ材料の温度に対する光出力の変化を示すグラフ、第
４図は第１図のゾンデの一部を形成する検出器の断面図
、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿った検出器の断面図、
第６図は別のタイプの検出器の略断面図、第７図は検出
器内に鉛の層を入れた効果を示すグラフ、第８図は検出
器に関連した回路のブロック略図、第９図は自然ガンマ
線検層に用いるための別の検出器の側面図である。 ３０・・・・・・結 晶、 ３２・・・・・・フォトマルチプライヤ管、５４・・・
・・・鉛シート、 ５６・・・・・・ハウジング、 ５８・・・・・・ホウ素１０゜ 相対支出力％ Ｆｉｇ、３ Ｆｉｇ、５
図、第２図はいくつかのシンチレータ材料の温度に対す
る光出力の変化を示すグラフ、第３図は３つのシンチレ
ータ材料の温度に対する光出力の変化を示すグラフ、第
４図は第１図のゾンデの一部を形成する検出器の断面図
、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿った検出器の断面図、
第６図は別のタイプの検出器の略断面図、第７図は検出
器内に鉛の層を入れた効果を示すグラフ、第８図は検出
器に関連した回路のブロック略図、第９図は自然ガンマ
線検層に用いるための別の検出器の側面図である。 ３０・・・・・・結 晶、 ３２・・・・・・フォトマルチプライヤ管、５４・・・
・・・鉛シート、 ５６・・・・・・ハウジング、 ５８・・・・・・ホウ素１０゜ 相対支出力％ Ｆｉｇ、３ Ｆｉｇ、５
Claims (24)
- （１）ボアホールを通過できるようになっているゾンデ
と、 ガドリニウムオルトシリケートを含み、前記ゾンデに担
持され、放射線を検出するための検出手段と、 前記検出手段に結合され、前記検出された放射線の少な
くとも一つの特性を表示する信号を発生しかつ記録する
ための手段とから成る地下の地層を調査するための装置
。 - （２）前記検出手段は比較的低いエネルギーの透過フォ
トン放射線を吸収するための物質から成る層を含む特許
請求の範囲第１項記載の装置。 - （３）前記吸収物質は、鉛、タングステン、タングステ
ン合金、欠損ウラニウムおよびビスマスから成る群から
選択された特許請求の範囲第２項記載の装置。 - （４）前記シンチレータは多角形の横断面を有する結晶
から成る特許請求の範囲第１項記載の装置。 - （５）前記結晶は八角形の横断面を有する特許請求の範
囲第４項記載の装置。 - （６）前記シンチレータは複数の結晶から成る特許請求
の範囲第１項記載の装置。 - （７）前記複数の結晶は２層に配置され、２つの光検出
器から成る光検出手段を含み、各光検出手段は前記層の
それぞれ一つに隣接する特許請求の範囲第６項記載の装
置。 - （８）前記検出手段は前記シンチレータにより発生され
るシンチレーション光を検出するための手段を含み、前
記シンチレータは前記光検出手段と一体的である特許請
求の範囲第１項記載の装置。 - （９）前記シンチレータはその（１００）結晶平面が前
記ゾンデの長手方向軸に実質的に平行である特許請求の
範囲第１項記載の装置。 - （１０）前記シンチレータはドーピングされたガドリニ
ウムオルトシリケートである特許請求の範囲第１項記載
の装置。 - （１１）前記シンチレータはセリウムでドーピングされ
ている特許請求の範囲第１項記載の装置。 - （１２）前記シンチレータからのシンチレーション光を
受け、このシンチレーション光に機能的に関連しかつ数
百ナノ秒の長さのパルス幅を有する電気パルス信号を発
生する手段を含む特許請求の範囲第１項記載の装置。 - （１３）前記信号発生および記録手段は少なくとも１０
０ナノ秒内で互いに重なり合う２つ以上のシンチレーシ
ョンに対応する信号を除去するためのパルスパイルアッ
プ除去手段を含む特許請求の範囲第１項記載の装置。 - （１４）前記ゾンデの長手方向軸を横断する前記シンチ
レータの横断断面積は、前記長手方向軸を横断する前記
ゾンデの内部の横断断面積の分数であり、この分数は少
なくとも ２＾＊（Ａ／π＋ｔ＾２−２＾＊√（Ａ／π）＾＊ｔ）
／Ａ（ここでｔはシンチレータとゾンデ内部との間の材
料の厚みである）である特許請求の範囲第１項記載の装
置。 - （１５）前記ボアホールの領域内の材料に関する情報を
伝える特性を有する放射線を生じるような前記材料との
相互作用ができる透過放射線で前記ボアホールの領域内
の材料を照射するための線源を含む特許請求の範囲第１
項記載の装置。 - （１６）前記検出手段は中性子を吸収する物質の層を含
む特許請求の範囲第１５項記載の装置。 - （１７）前記吸収物質は粉状である特許請求の範囲第１
６項記載の装置。 - （１８）前記吸収物質はホウ素１０、リチウム６、炭化
ホウ素および人工同位体から成る群から選択される特許
請求の範囲第１６項記載の装置。 - （１９）前記検出手段は一回散乱されたフォトンを検出
するよう配置されている特許請求の範囲第１５項記載の
装置。 - （２０）前記線源手段の強度、前記線源手段と前記検出
手段との間の分離距離および前記シンチレータの容積は
、前記シンチレータ内で毎秒少なくとも２００，０００
回のシンチレーション発生瞬間レートを生じるよう選択
される特許請求の範囲第１５項記載の装置。 - （２１）ゾンデをボアホール内に通過させ、ガドリニウ
ムオルトシリケートシンチレータを含む検出手段で放射
線を検出し、 前記検出された放射線の少なくとも一つの特性を表示す
る信号を発生しかつ記録することから成る、地下の地層
を調査するための方法。 - （２２）前記シンチレータからのシンチレーション光を
受けることおよびシンチレーション光に機能的に関連し
かつ数百ナノ秒の大きさのパルス幅を有する電気パルス
信号を発生することを含む特許請求の範囲第２１項記載
の方法。 - （２３）少なくとも１００ナノ秒内に発生する互いに重
なり合う２つ以上のシンチレーションに対応する信号を
除去することを含む特許請求の範囲第２１項記載の方法
。 - （２４）前記シンチレータ内で少なくとも毎秒少なくと
も２００，０００回のシンチレーションの発生瞬間レー
トを生じるよう前記ボアホールの領域内の材料を照射す
ることを含む特許請求の範囲第２１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US81222085A | 1985-12-23 | 1985-12-23 | |
| US812220 | 1985-12-23 |
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| JPS62228187A true JPS62228187A (ja) | 1987-10-07 |
Family
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- 1986-12-22 AU AU66822/86A patent/AU593864B2/en not_active Ceased
- 1986-12-22 CN CN 86108715 patent/CN1017281B/zh not_active Expired
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| EP0231693A1 (en) | 1987-08-12 |
| AU6682286A (en) | 1987-06-25 |
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