NO346014B1

NO346014B1 - Apparat og fremgangsmåte for deteksjon av stråling omfattende nøytroner og gammastråler

Info

Publication number: NO346014B1
Application number: NO20131499A
Authority: NO
Inventors: Loren P Roberts; Alexandr A Vinokurov; Anton Nikitin; Nikolay N Velker
Original assignee: Baker Hughes Holdings Llc
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2021-12-20
Also published as: GB2506060B; BR112013031226A2; US8969813B2; WO2012170619A3; GB201322504D0; US20120312994A1; GB2506060A; NO20131499A1; WO2012170619A2

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTEDE SØKNADER

Denne søknaden tar prioritet fra US-søknaden 61/494665, innlevert 8. juni 2011, som inntas her som referanse i sin helhet.

BAKGRUNN

[0001] Pulsede nøytronmålingsverktøy er nyttige i en rekke forskjellige anvendelser, så som undergrunnsoperasjoner. Eksempler på undergrunnsoperasjoner inkluderer prosesser for evaluering av undergrunnsformasjoner. For eksempel involverer pulsede nøytronporøsitetsmålinger bombardering av en formasjon med høyenerginøytroner og overvåkning av dempningen av nøytronfluksen av formasjonen i forskjellige avstander fra nøytronkilden. Pulset nøytronspektroskopi er basert på måling av spekteret til gammastråler som sendes ut av formasjonen når den blir bestrålt av høyenerginøytroner. Forskjellige kjerner i formasjonsmaterialer sender ut karakteristiske gammastråler, som gjør det mulig å estimere en formasjons bestanddeler og egenskaper, så som porøsitet og olje-/gassmetning. Målinger av en formasjons sigma er basert på målinger av nedbrytningshastigheten for en termisk nøytronsky i formasjonen som er dannet av den pulsede nøytronkilden.

[0002] Slike verktøy anvender scintillasjonsdetektorer for å detektere nøytroner og gammastråler. Scintillasjonsdetektorer innbefatter et scintillerende materiale og en fotodetektor. En ioniserende partikkel (f.eks. et nøytron eller en gammastråle utsendt som reaksjon på nøytronbestråling av en formasjon) vekselvirker med det scintillerende materialet og en del av energien som frigjøres i vekselvirkningsreaksjonen omdannes til fotoner som vandrer inne i scintillatoren inntil de kommer til fotodetektorens optiske vindu. Fotodetektoren omdanner fotonene til et utgående elektrisk signal.

[0003] Nøyaktigheten ved måling av energien som skapes i vekselvirkningen av ioniserende stråling med det scintillerende materialet i detektoren avhenger av hvor mye lys utsendt fra scintillasjonshendelsen som når frem til fotodetektorens optiske vindu. Dette kan påvirkes av faktorer som absorbsjon i det scintillerende materialet og i grenseflater mellom det scintillerende materialet og reflekterende overflater av en scintillasjonsenhet eller fotodetektorens optiske vindu. Tap av utsendt lys kan redusere scintillasjonsdetektorers presisjon og nøyaktighet.

US 5393981 beskriver et apparat for samtidig selektiv seleksjon av nøytroner og røntgen- eller gammfotoner og deteksjonssystem ved bruk av apparatet. WO 2010144227 beskriver en scintillatordetektor med høyt apsektforhold for nøytrondeteksjon. UA 2002130258 beskriver en geometrisk optimalisert rask nøytrondetektor.

SAMMENFATNING

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en scintillasjonsdetektor for bruk i operasjoner så som målinger i borehull og grunnformasjoner, karakterisert ved at den omfatter: en fotodetektor; et første scintillerende materiale innrettet for å sende ut lys som reaksjon på eksponering for nøytroner, idet det første scintillerende materialet har en første brytningsindeks; et andre scintillerende materiale som har en andre brytningsindeks som er mindre enn den første brytningsindeksen, der det andre scintillerende materialet er anordnet i optisk kontakt med en overflate av det første scintillerende materialet, og en andre overflate anordnet i optisk kontakt med en overflate av fotodetektoren, det andre scintillerende materialet innrettet for å transmittere det utsendte lyset; og en prosessor innrettet til å utføre: anvendelse av et filter innrettet for å omdanne en puls produsert av én av det første og det andre scintillerende materialet til en unipolar puls og omdanne en puls produsert av en annen av det første og det andre scintillerende materialet til en bipolar puls; og identifisering av pulsbestanddelene svarende til å være produsert av det første scintillerende materialet og være produsert av det andre scintillerende materialet basert på tilstedeværelsen av positive og negative maksima.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte ved behandling av et scintillasjonsdeteksjonssignal, karakterisert ved at den omfatter å: motta et deteksjonssignal fra en scintillasjonsdetektor, der scintillasjonsdetektoren innbefatter et første scintillerende materiale innrettet til å utsende lys som reaksjon på eksponering for nøytroner, og et andre scintillerende materiale, det andre scintillerende materialet anordnet i optisk kontakt med det første scintillerende materialet og innrettet for å transmittere lys utsendt fra det første scintillerende materialet; anvende et filter innrettet for å omdanne en puls produsert av ett av det første og det andre scintillerende materialet til en unipolar puls og omdanne en puls produsert av et annet av det første og det andre scintillerende materialet til en bipolar puls; identifisere positive og negative maksima i det filtrerte signalet; og identifisere pulsbestanddelene svarende til å være produsert av det første scintillerende materialet og være produsert av det andre scintillerende materialet basert på tilstedeværelsen av positive og negative maksima.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også et apparat for estimering av minst én egenskap ved en grunnformasjon, karakterisert ved at det omfatter: en bærer innrettet for å utplasseres i et borehull i grunnformasjonen; en kilde for hurtige nøytroner anordnet på bæreren og innrettet for å bestråle formasjonen; minst én scintillasjonsdetektor anordnet på bæreren og innrettet for å måle minst én av nøytroner spredt av formasjonen og gammastråler utsendt av formasjonen, der den minst ene scintillasjonsdetektoren innbefatter: en fotodetektor; et første scintillerende materiale innrettet for å sende ut lys som reaksjon på eksponering for nøytroner; et andre scintillerende materiale, det andre scintillerende materialet anordnet i optisk kontakt med det første scintillerende materialet og innrettet for å transmittere lyset utsendt fra det første scintillerende materialet; og en prosessor i kommunikasjon med den minst ene scintillasjonsdetektoren for å motta måledata og estimere minst én egenskap; prosessoren innrettet for å utføre: mottak av et deteksjonssignal fra scintillasjonsdetektoren; anvendelse av et filter innrettet for å omdanne en puls produsert av én av det første og det andre scintillerende materialet til en unipolar puls og omdanne en puls produsert av en annen av det første og det andre scintillerende materialet til en bipolar puls; identifisering av positive og negative maksima i det filtrerte signalet; og identifisering av pulsbestanddelene svarende til å være produsert av det første scintillerende materialet og være produsert av det andre scintillerende materialet) basert på tilstedeværelsen av positive og negative maksima.

Ytterligere utførelsesformer av scintillasjonsdetektoren, fremgangsmåten og apparatet i henhold til den foreliggende oppfinnelse fremgår av de uselvstendige patentkrav.

[0004] En scintillasjonsdetektor innbefatter: en fotodetektor; et scintillerende materiale innrettet for å sende ut lys som reaksjon på eksponering for ioniserende partikler, så som nøytroner og gammagrupper; et optisk transparent materiale som har en lysabsorbsjonskoeffisient som er mindre enn en lysabsorbsjonskoeffisient til det scintillerende materialet, der det optisk transparente materialet er optisk koblet til en overflate av det scintillerende materialet og innrettet for å transmittere det utsendte lyset; og et reflekterende materiale som i det minste delvis omgir det scintillerende materialet og det optisk transparente materialet, der det reflekterende materialet er innrettet for å reflektere det utsendte lyset og rette det utsendte lyset mot fotodetektoren.

[0005] En fremgangsmåte ved behandling av et scintillasjonsdetektorsignal inkluderer å: motta et deteksjonssignal fra en scintillasjonsdetektor, der scintillasjonsdetektoren innbefatter et første scintillerende materiale og et andre scintillerende materiale, det andre scintillerende materialet er anordnet i optisk kontakt med det første scintillerende materialet og innrettet for å transmittere lys utsendt fra det første scintillerende materialet, og signalet inkluderer pulsbestanddeler fra hvert av det første og andre materialet; anvende et filter innrettet for å omdanne en puls produsert av én av det første og det andre det scintillerende materialet til en unipolær puls og omdanne en puls produsert av en annen av det første og det andre det scintillerende materialet til en bipolær puls; identifisere positive og negative maksima i det filtrerte signalet; og identifisere pulsbestanddelene svarende til å være produsert av det første scintillerende materialet og være produsert av det andre scintillerende materialet basert på tilstedeværelsen av de positive og negative maksima i det filtrerte signalet.

[0006] Et apparat for å estimere minst én egenskap ved en grunnformasjon innbefatter: en bærer innrettet for å utplasseres i formasjonen; en kilde for hurtige nøytroner anordnet på bæreren og innrettet for å bestråle formasjonen; minst én strålingsscintillasjonsdetektor anordnet på bæreren og innrettet for å måle minst én av nøytroner spredt av formasjonen og gammastråler utsendt av formasjonen; og en prosessor i kommunikasjon med minst én scintillasjonsdetektor for å motta måledata og estimere minst én egenskap. Minst én scintillasjonsdetektor innbefatter: en fotodetektor; et scintillerende materiale innrettet for å sende ut lys som reaksjon på eksponering for ioniserende partikler, så som nøytroner og gammastråler; et optisk transparent materiale optisk koblet til en overflate av det scintillerende materialet og innrettet for å transmittere det utsendte lyset; og et reflekterende materiale som i det minste delvis omgir det scintillerende materialet og det optisk transparente materialet, der det reflekterende materialet er innrettet for å reflektere det utsendte lyset og rette det utsendte lyset mot fotodetektoren.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0007] Gjenstanden som betraktes som oppfinnelsen er spesifikt angitt og krevet beskyttelse for i kravene som følger beskrivelsen. De ovennevnte og andre trekk og fordeler med oppfinnelsen vil tydeliggjøres av den følgende detaljerte beskrivelsen sett sammen med de vedlagte tegningene, der:

[0008] Figur 1 er et perspektivriss av en utførelsesform av en scintillasjonsdetektor;

[0009] Figur 2 er et pulshøydespektrum generert ved deteksjon av nøytroner og gammastråler av en scintillasjonsdetektor laget av Li6-glass;

[0010] Figurene 3A-3C er tverrsnittsriss gjennom utførelsesformer av en scintillasjonsdetektor som innbefatter en scintillasjonsenhet;

[0011] Figur 4 illustrerer pulshøydespektre målt med scintillasjonsdetektorene i figurene 3A-3C;

[0012] Figur 5 er et perspektivistisk tverrsnittsriss gjennom en utførelsesform av en scintillasjonsdetektor som innbefatter en scintillasjonsenhet;

[0013] Figur 6 er et perspektivistisk tverrsnittsriss gjennom en utførelsesform av en scintillasjonsdetektor som innbefatter en scintillasjonsenhet;

[0014] Figur 7 er et perspektivistisk tverrsnittsriss gjennom en utførelsesform av en scintillasjonsdetektor som innbefatter en scintillasjonsenhet;

[0015] Figur 8 er et detaljert tverrsnittsriss av en utførelsesform av scintillasjonsenheten i figur 7;

[0016] Figurene 9, 10 og 11 illustrerer innsamlede lysdata for forskjellige utførelsesformer av scintillasjonsdetektorene i figurene 5, 6 og 7;

[0017] Figur 12 illustrerer pulshøydespektre for scintillasjonsdetektorene i figur 7;

[0018] Figurene 13A-13C illustrerer eksempler på posisjonering av en nøytronkilde for spektrene i figur 12;

[0019] Figurene 14-16 er perspektivrisss av utførelsesformer av scintillasjonsdetektorer;

[0020] Figur 17 viser pulsbestanddeler generert av en scintillasjonsdetektor utstyrt med en scintillasjonsenhet som innbefatter to scintillerende materialer;

[0021] Figur 18 viser et eksempel på en filterfunksjon for bruk i en fremgangsmåte for oppløsning av signaler mottatt fra flere scintillerende materialer;

[0022] Figur 19 viser unipolære og bipolære pulser generert ved hjelp av filterfunksjonen i figur 18; og

[0023] Figur 20 er et lengdesnitt gjennom en utførelsesform av et system for boring, evaluering, utforsking og/eller produksjon i undergrunnsbrønner.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0024] Apparater og fremgangsmåter for deteksjon av ioniserende stråling, så som nøytroner og gammastråler, og/eller karakterisering av undergrunnsformasjoner beskrives her. Apparatene og fremgangsmåtene inkluderer forbedrede scintillasjonsdetektorer (f.eks. nøytron-, og nøytron- og gammastråledetektorer) for bruk i operasjoner så som målinger i borehull og grunnformasjoner. Eksempler på utførelser av detektorene inkluderer en scintillasjonsenhet med et scintillerende materiale og et optisk transparent materiale innrettet for å transmittere lys av det scintillerende materialet og som har en lysdempningskoeffisient eller lysabsorbsjonskoeffisient som er mindre enn lysdempnings- eller lysabsorbsjonskoeffisienten til det scintillerende materialet.

[0025] En scintillasjonsdetektor 10 er illustrert i figur 1. Detektoren 10 innbefatter et scintillerende materiale 12 (f.eks. et scintillasjonskrystall) anordnet i en scintillasjonsenhet 14, og en fotodetektor 16. Hvilke som helst passende scintillerende materialer kan bli anvendt, så som litium-6-materialer, inkludert litiumglass, eller andre scintillerende materialer som inneholder isotopen <6>Li, natriumjodidmateriale-(f.eks. NaI(Tl)-krystaller, eller natriumjodid aktivert med thallium), eller en kombinasjon av dette. Vekselvirkning mellom partikler av ioniserende stråling (f.eks. nøytroner eller gammastråler) og det scintillerende materialet 12 genererer et antall synlige lysfotoner som sendes ut uniformt og isotropt. Utsendte fotoner forplanter seg gjennom scintillasjonsenheten og reflekteres fra vegger 18 i scintillasjonsenheten 14 inntil de ankommer til et optisk vindu 20 i fotodetektoren 16. Fotodetektoren 16, for eksempel et fotomultiplikatorrør (PMT), omdanner synlige fotoner til et elektronisk signal, forsterker signalet og genererer en strømpuls. Strømpulsens amplitude er proporsjonal med antallet synlige lysfotoner fanget opp ved det optiske vinduet 20.

[0026] Scintillasjonsdetektorer av Li6-glass (Li6-detektorer) blir typisk anvendt for å måle fluksen av nøytroner. En detektor av Li6-glass er følsom for alle typer ioniserende partikler og kan bli anvendt for å måle et pulshøydespektrum.

Nøytronfluks kan avledes fra dette spekteret som en intensitet til nøytrontoppen. Et eksempel på dette er vist i figur 2, som illustrerer et pulshøydespektrum 22, og et kurvetilpasset spektrum 24. Spekteret kan bli behandlet ytterligere for å skille ut en kurvetilpasset topp 26 og en kurvetilpasset bakgrunn 28 svarende henholdsvis til nøytronfluksen og gammastrålebakgrunnen. Presisjonen og nøyaktigheten i nøytronfluksbestemmelsen fra pulshøydespektre målt av en Li6-detektor bestemmes av hvor godt denne toppen kan skilles fra overlappende trekk som gammastrålebakgrunn, andre topper og andre trekk som forefinnes i spekteret.

[0027] Figurene 5-7 illustrerer eksempler på utførelser av detektoren 10 og scintillasjonsenheten. I utførelsesformene som følger innbefatter detektoren et scintillerende materiale, så som Li6-glass, og et kapslingsmateriale.

Kapslingsmaterialet inkluderer et hvilket som helst optisk transparent materiale som har en brytningsindeks som er større enn én. Et kapslingsmateriale kan beskrives her som et optisk transparent materiale som har en lysdempningskoeffisient eller -absorbsjonskoeffisient som er mindre enn lysdempnings- eller lysabsorbsjonskoeffisienten til det scintillerende materialet for minst én eller flere bølgelengder som avgis fra det scintillerende materialet. I én utførelsesform har kapslingsmaterialet en lysabsorbsjonskoeffisient som er tilnærmet null.

[0028] I hver av disse utførelsesformene innbefatter scintillasjonsenheten 14 et scintillerende element 30, så som en Li6-glasskomponent, og en optisk transparent kapsling 32. Kapslingen er optisk koblet til en overflate av det scintillerende elementet 30 og er innrettet for å motta og transmittere lys utsendt fra det scintillerende elementet 30. For eksempel kan kapslingen 32 være direkte tilstøtende én eller flere av overflatene av det scintillerende elementet 32, eller kan være atskilt av et delvis (enveis) reflekterende lag for å muliggjøre transmisjon av lys utsendt fra det scintillerende elementet 30 til kapslingen 32, men hindre at det utsendte lyset kommer inn igjen i det scintillerende elementet 30. Kapslingen 30 og det scintillerende elementet er optisk koblet til et optisk vindu 34 i en fotodetektor 16 eller en annen innretning for å transmittere det utsendte lyset inn i fotodetektoren 16. Et reflekterende lag 36 omgir i hvert fall delvis det scintillerende elementet 30 og kapslingen 32 (og kan også delvis omgi vinduet 34) slik at alt det utsendte lyset til slutt reflekteres inn i vinduet 34.

[0029] Figurene 3A-C illustrerer eksempler på utførelser av detektoren 10 som innbefatter et hult, sylindrisk scintillerende element 30, så som et Li6-glassmateriale. For eksempel kan det scintillerende elementet inkludere et GS20-litiumglass som har et maksimalt radioluminescensspektrum i 395 nm ved eksponering for nøytroner og gammastråler.

[0030] Kapslingen 32 er optisk koblet til det scintillerende elementet og er transparent i hvert fall for bølgelengder som sendes ut av det scintillerende elementet. Kapslingen 32 kan inneholde materialer som smeltet silika eller en gass, så som luft, eller en transparent polymer. I utførelsesformene i figurene 3A og 3B er det reflekterende laget 36 anordnet mot den utvendige overflaten av det scintillerende elementet og er således tilstøtende det scintillerende elementet. I utførelsesformen i figur 3C er et ytterligere transparent kapslingslag anordnet mellom det scintillerende elementet 30 og det reflekterende laget 36.

[0031] I én utførelsesform, som vist i figurene 3A-3C, har det hule, sylindriske scintillerende elementet 30 en forholdsvis tynn vegg og således et lite volum av scintillerende materiale (i forhold til scintillasjonsenhetens volum) som lyset må gå gjennom. Som følge av dette reduseres lysabsorbsjonen av det scintillerende materialet og det resulterende signalspekteret forbedres.

[0032] Selv om volumet av scintillerende materiale er redusert, er det tilstrekkelig til å absorbere en betydelig mengde nøytronfluks som går gjennom detektoren slik at det detekterte signalet er representativt for den faktiske nøytronfluksen som går gjennom detektoren. For eksempel er mekanismen for vekselvirkning av termiske nøytroner med scintillerende Li6-glassmateriale basert på følgende reaksjon : n+<6>Li→<3>H(2.75 MeV)+<4>He(2.05 MeV) med tverrsnittet σ = 520 b.

Konsentrasjonen av <6>Li-isotopen i GS20-litiumglass er omtrent 22 mol %. Som følge av dette absorberer GS20-glass med en tykkelse på omtrent 2 mm mer enn 90 % av den termiske nøytronfluksen som går gjennom det, og scintillasjonsenheten 14 kan således detektere med utmerket termisk nøytrondeteksjonseffektivitet uten at hele dets indre volum et fylt med scintillerende materiale.

[0033] Figur 4 illustrerer eksempler på resultater av målinger gjort av detektorene i figurene 3A-C. I dette eksempelet var en AmBe-nøytronkilde for utsending av nøytroner plassert omtrent 10 cm fra scintillasjonsdetektoren. Alle spektre ble samlet inn med bruk av de samme signalvinningsparametere, og ble normalisert med intensitet. Spekteret 40 representerer pulshøydespekteret produsert av detektoren i figur 3A, spekteret 42 representerer pulshøydespekteret produsert av detektoren i figur 3B og spekteret 44 representerer pulshøydespekteret produsert av detektoren i figur 3C.

[0034] De eksemplifiserte scintillasjonsenhetene anvendt for å produsere spektrene i figur 4 innbefattet alle et R980 PMT med en utvendig diameter (OD) på omtrent 3,81 cm (1,5 tommer) og et hult, sylindrisk scintillasjonselement 30 laget av GS20-litiumglass. Den hule sylinderen hadde en lengde på omtrent 6,35 cm (2,5 tommer), en utvendig diameter på omtrent 23 mm og en innvendig diameter på omtrent 18 mm. I dette eksempelet innbefattet det reflekterende laget 36 i utførelsesformene i figurene 3A og 3C en ESR-(Enhanced Specular Reflectance)-film, og det reflekterende laget 36 i utførelsesformen i figur 3B innbefattet et teflondekke. I utførelsesformen i figur 3C var det reflekterende laget 36 en sylinder dannet av ESR-film.

[0035] Som det fremgår av i figur 4 utviser alle spektrene en veldefinert topp med minimal haledannelse (tailing), idet spekteret 40 er målt av detektoren vist i figur 3A, spekteret 42 er målt av detektoren vist i figur 3B og spekteret 44 er målt av detektoren vist i figur 3C. I gjennomsnitt gir det speilreflekterende dekket (f.eks. en ESR-film) en lengre gangbane for lyset inne i detektoren enn et diffusivt reflekterende dekke, så som teflonbånd, og ga således dårligere resultater fra pulshøydespektermålingene (bredere nøytrontopp i spekteret 40 sammenliknet med nøytrontoppen i spekteret 42). Økning av avstanden mellom det scintillerende elementet 30 og det reflekterende laget 36 forbedrer imidlertid det resulterende spekteret 44. For eksempel har detektoren i figur 3C en omtrent 7 mm bred spalte mellom ESR-dekket og det scintillerende elementet 30. Denne spalten reduserer ytterligere lengden til den optiske gangbanen til det utsendte lyset gjennom scintillerende materiale, noe som resulterer i mindre tap av utsendt lys og en betydelig bedre kvalitet for det målte pulshøydespekteret.

[0036] Figurene 5 og 6 viser utførelsesformer av scintillasjonsenheten 14, som innbefatter et hult, sylindrisk scintillerende element 30 som omgir og står i kontakt med en massiv sylindrisk kapsling 32. Den massive sylindriske kapslingen 32 har en utvendig diameter, form og tverrsnittsareale som er proporsjonale med eller omtrent lik den innvendige diameteren, formen og arealet til det scintillerende elementet 30. Det reflekterende belegget 36 står i kontakt med og omgir det scintillerende elementet 30. Det scintillerende elementet kan ha en hvilken som helst hul form, så som en sirkulær sylinderform som vist i figur 5, en sekskantet sylinderform vist i figur 6, eller en åttekantet sylinderform som har en ende som er optisk koblet til vinduet 34. Det reflekterende belegget 36 kan være i direkte kontakt med det scintillerende elementet 30, eller et ytterligere kapslingsmateriale kan være anordnet mellom det scintillerende elementet 30 og det reflekterende belegget 36.

[0037] Figur 7 viser en utførelsesform hvor kapslingen 32 er anordnet mellom det scintillerende elementet 30 og det reflekterende belegget 36. I denne utførelsesformen har det scintillerende elementet motstående overflater som hver er optisk koblet med kapslingen 32. For eksempel er det scintillerende elementet 30 formet som en flat plate hvis akser sammenfaller med lengdeaksen til scintillasjonsenheten 14 og hvis bredde i det minste er omtrent lik den innvendige diameteren til det reflekterende belegget 36. Denne løsningen tilveiebringer en annen måte å forbedre oppsamlingen av lyset utsendt i scintillasjonshendelsen ved detektorens optiske vindu ved å forbedre uttrekkingen av lys fra det absorberende scintillerende elementet 30 av de ikke-absorberende (transparente) mediene i kapslingen 32 som omgir det.

[0038] Figur 8 viser et tverrsnittsriss gjennom en del av scintillasjonsenheten 14 i figur 7. Det scintillerende elementet 30 har en første brytningsindeks “n1” og kapslingen 32 har en andre brytningsindeks “n2”. Dersom n1 er større enn n2, blir bare scintillasjonslys utsendt i sektor 1 og sektor 2, dvs. utsendt lys innfallende mot grensen mellom element og kapsling med en vinkel “α” som er mindre enn en kritisk vinkel “αcritical” definert av Snells lov, trukket inn i kapslingen 32. I én utførelsesform har det scintillerende elementet 30 og kapslingen 32 i det minste tilnærmet samme indeks (dvs. n2 = n1), slik at i hvert fall tilnærmet alt lys utsendt innenfor det scintillerende glasset kan trekkes inn i kapslingene.

[0039] I én utførelsesform er kapslingens brytningsindeks n2 større enn det scintillerende materialets brytningsindeks n1. I denne utførelsesformen går tilnærmet alt det utsendte lyset fra elementet 30 inn i kapslingen 32. Imidlertid vil i hvert fall noe av lyset som reflekteres fra belegget 36 treffe grensen mellom element og kapsling med en vinkel som er større enn “αcritical” og reflekteres tilbake inn i kapslingen som følge av total indre refleksjon. På denne måten reduseres mengden lys som reflekteres fra belegget 32 inn i elementet 30, ettersom den totale lengden til gangbanen til utsendt lys innenfor elementet 30 (og den tilhørende absorbsjonen) er redusert.

[0040] Det følgende eksempelet gis for å illustrere forskjellige aspekter ved utførelsesformene av scintillasjonsenheten 14. I dette eksempelet ble ytelsen til forskjellige utførelsesformer av utformingene i figurene 5-7 beregnet ved hjelp av Monte-Carlo-basert modellering av lystransporten inne i scintillasjonsenhetene. Modelleringen ble utført for tilfellet der lyset avgis isotropt inne i det scintillerende elementet av en punktkilde 38.

[0041] I dette eksempelet, for hver av utførelsesformene i figurene 5-7, er den innvendige diameteren til det reflekterende belegget 36 omtrent 23 mm, lengden til det scintillerende elementet 30 er omtrent 65 mm, tykkelsen til det scintillerende elementet er omtrent 2,5 mm for “hul sylinder”-modellen og “hul sekskant”-modellen (vist henholdsvis i figur 5 og 6) og omtrent 4 mm for “flat plate”-modellen vist i figur 7. Avstanden “Z” mellom kilden 38 og det optiske vinduet 34 ble variert og den relative mengden utsendt lys som ble samlet opp i det optiske vinduet (“oppsamlet lys”) ble beregnet. Beregnet “oppsamlet lys” eller “CL (Collected Light)” er et forhold mellom mengden lys som kommer inn i det optiske vinduet 34 og mengden lys utsendt i scintillasjonshendelsen (dvs. CL = Ioppsamlet / Iutsendt).

[0042] Figurene 9, 10 og 11 viser mengden av oppsamlet lys mot avstand Z for forskjellige brytningsindekser n2 for kapslingen 32. Figur 9 representerer resultater ved bruk av modellen med hul sylinder, figur 10 representerer resultater ved bruk av modellen med hul sekskant og figur 11 representerer resultater ved bruk av modellen med flat plate.

[0043] I dette eksempelet var det scintillerende elementet 30 for alle modellene Li6-glass med en absorbsjonskoeffisient på omtrent 0,02 cm<-1 >og en brytningsindeks n1 på omtrent 1,5 og et optisk kapslingsmateriale 32 med en absorbsjonskoeffisient på omtrent 0 cm<-1>. Det reflekterende belegget 36 var en 100% diffusiv reflektor med en refleksjonskoeffisient “R” på 99,5 %, og det optiske vinduet 34 var et kvartsmateriale med en brytningsindeks på omtrent 1,5.

Mengden oppsamlet lys (CL) for hver modell er vist av kurven 40 for kapslingen 32 med n2 lik omtrent 1, kurven 42 for kapslingen 32 med n2 lik omtrent 1,4, kurven 44 for kapslingen 32 med n2 lik omtrent 1,7 og kurven 46 for kapslingen 32 med n2 lik omtrent 2,0.

[0044] I det foreliggende eksempelet kan det generelt sees at en scintillasjonsenhet med en kapsling med en indeks på over 1 og mindre enn 2,0 (f.eks. n2 = omtrent 1,4 eller 1,7) gir en økning av oppsamlet lys. I tillegg fremviser utførelsen med flat plate forbedret oppsamlet lys i forhold til andre utførelser.

[0045] Figur 12 viser eksempler på pulshøydespektrumresultater for en strålingsdetektor med en flat plate-modell så som den vist i figur 7. I dette eksempelet innbefattet detektoren et scintillerende GS20-litiumglassmateriale med en tykkelse på omtrent 1 mm, en bredde på omtrent 3,81 cm (1,5 tommer) og en lengde på omtrent 10,16 cm (4 tommer). Det reflekterende belegget var av teflonfilm og hadde en innvendig diameter på omtrent 3,81 cm (1,5 tommer). To halvsylindriske kapslinger laget av akrylplast (n2 på omtrent 1,45) står i kontakt med det scintillerende materialet og det reflekterende belegget.

Scintillasjonsenheten var optisk koblet til et 1288 Hamamatsu PMT med et optisk vindu 34 med en utvendig diameter på omtrent 24 mm. Figur 12 viser pulshøydespektre 50, 52 og 54 målt av detektoren som ble eksponert for en AmBe-nøytronkilde 55 anordnet henholdsvis i en “sideposisjon” (se figur 13A), en “topposisjon” (se figur 13B) og en “pmt-posisjon” (se figur 13C) i forhold til detektoren. Som vist i figur 12 har alle de oppnådde spektrene en veldefinert topp med kun lett asymmetri og en minimal høyenergihale.

[0046] Figurene 14-16 illustreret flere andre “flat plate”-utførelser av detektorer innrettet for bruk av forskjellige typer PMT'er. Alle disse utførelsene innbefatter scintillerende elementer 30 dannet av en oppstilling av flate plater av Li6-glass, selv om typen, formen og innrettningen av de scintillerende elementene ikke er begrenset til dette. Platene er omgitt av et kapslingsmateriale, som kan være dannet av et massivt glass eller en transparent innkapsling, så som en epoksy, en silikonharpiks eller silikonelastomer med en brytningsindeks på f.eks. omtrent 1,4 eller 1,5. Slike utforminger kan kompensere for variasjoner i lysavgivelsen til det scintillerende materialet for forskjellige plater av Li6-glass (f.eks. er plater som sender ut mer lys pr. ionisasjonshendelse som følge av høyere kvalitet plassert i oppstillingen lengre vekk fra det optiske vinduet) og kan også redusere eller minimere påvirkningen av forskjeller i termiske ekspansjonskoeffisienter mellom kapslingsmaterialet, det optiske koblingsmaterialet (f.eks. det optiske vinduet) og det scintillerende materialet selv ved å minimere spenningen i grenseflaten mellom det scintillerende elementet og det optiske koblingsmaterialet ved å anvende mindre biter av Li6-glass.

[0047] For eksempel har scintillasjonsdetektoren 10 i figur 14 et scintillerende element 30 av Li6-glass som innbefatter seks 2,54 x 2,54 cm plater, og den optiske detektoren 16 er et R9722 PMT (3,81 cm utvendig diameter, merket for opptil 175 grader C) eller et R1288 PMT (2,54 cm utvendig diameter, målingunder-boring-(MWD)-merket for opptil 200 grader C). En optisk kobler 56 har en form som er optimalisert for oppsamling av utsendt lys i fotomultiplikatorrørets optiske vindu 34. Et annet eksempel på utførelse, vist i figur 15, innbefatter et scintillerende element av Li6-glass med fire 3,81 cm x 2,54 cm plater og den optiske detektoren 16 er et R9722 PMT. Figur 16 viser et eksempel som innbefatter et scintillerende element 30 av Li6-glass med seks 20 mm x 30 mm plater av Li6-glass og den optiske detektoren 16 innbefatter to R3991 PMT-rør (hvert med en utvendig diameter på omtrent 1,90 cm, MWD-merket for opptil 175 grader C). Begge PMT'ene er optisk koblet til hele det indre optiske volumet.

[0048] Utførelsen vist i figur 16, i én utførelsesform, er basert på bruk av to 3991 PMT-rør med den minste utvendige diameteren blant PMT-rør som er tilgjengelige i dag. En slik “pannekake”-likende utførelse gjør det mulig å redusere tykkelsen til detektoren 10, og som følge av dette kan detektoren 10 anordnes i en mindre strålingsdeteksjonskomponent, for eksempel en lomme i legemet til et nedihulls måleverktøy. Dersom begge PMT-rørene er optisk koblet til det indre detektorvolumet i scintillasjonsenheten, kan, for hver scintillasjonshendelse, deler av det utsendte lyset bli samlet opp av ett PMT og deler av lyset kan bli samlet opp av et annet. De resulterende pulsene kan da bli summert sammen og kan bli fordelt i et pulshøydespektrum. I én utførelsesform har begge PMT-rørene samme vinning for å unngå opptreden av artefakter i det resulterende pulshøydespekteret.

[0049] I én utførelsesform innbefatter scintillasjonsenheten 14 to forskjellige scintillasjonsmaterialer, hvert scintillasjonsmateriale innrettet for å detektere en forskjellig type ioniserende partikler, så som nøytroner eller gammastrålestråling. I én utførelsesform er kapslingen 32 laget av et andre scintillerende materiale som er forskjellig fra det scintillerende materialet i elementet 30. For eksempel er det scintillerende elementet 30 en Li6-glass-scintillator for deteksjon av nøytroner, og kapslingen 32 er et NaI(Tl)-materiale for deteksjon av gammastråler. NaI(Tl) har en brytningsindeks på omtrent 1,85 og en høy lystransmittans på opptil 300 nm, og kan anvendes som den optisk transparente kapslingen 32 beskrevet her. I denne utførelsesformen er scintillasjonsenheten 14 i stand til å detektere flere typer ioniserende partikler med høy følsomhet. I én utførelsesform er detektoren 10 innrettet som en "phoswich"-detektor. Metoder for behandling av deteksjonssignaler fra en slik detektor er beskrevet for å gjøre det mulig å skille mellom signaler generert fra forskjellige scintillerende materialer.

[0050] For å løse opp pulser i detektorsignalet forårsaket av lyspulser utsendt i det scintillerende elementet 30 (f.eks. Li6-glass) og kapslingen 32 (f.eks. NaI(Tl)), tilveiebringes en fremgangsmåte som anvender forskjellen i lysavgivelsestiden eller nedbrytningstiden til hvert scintillasjonsmateriale og beslektede forskjeller i formen til pulser i et detektorsignal. For eksempel har Li6-glass en lysavgivelsestidskonstant “τ1” på 20 til 40 ns og NaI(Tl) har en lysavgivelsestidskonstant “τ1” på 245 ns. Generelt, dersom en ladningsfølsom forforsterker anvendes av detektoren, kan pulsformen i detektorsignalet beskrives av en dobbel eksponentiell nedbrytnings-(DED)-formel:

hvor : “I0” er pulsens amplitude, “t0” er pulsens ankomsttid og τ1 og τ2 er tidskonstanter definert av scintillatorens egenskaper (τ1 er scintillatorens lysavgivelsestid) og av parametrene til forforsterkeren (τ2 er integrasjonstid for den ladningsfølsomme forforsterkeren).

[0051] Et eksempel på individuelle pulsbestanddelsignaler fra en detektor som innbefatter Li6-glass (τ1 = 20 ns) eller NaI(Tl) (τ1 = 250) er vist i figur 17.

Integrasjonstidskonstanten “τ2” til forforsterkeren i dette eksempelet er 300 ns. Pulsen generert av Li6-glass er vist som en første amplitudepuls 50 og pulsen generert av Nal(TI)) er vist som en andre amplitudepuls 52. Disse pulsene kan ikke skjelnes enkeltvis fra et deteksjonssignal generert av detektoren.

[0052] I fremgangsmåten for oppløsning av signaler mottatt fra flere scintillerende materialer genereres et signal som inkluderer én eller flere pulser av detektoren, hvor hver puls er som følge av en lyspuls med opphav fra enten én eller en annen komponent (f.eks. det scintillerende elementet 30 og kapslingen 32) i scintillasjonsenheten 14 laget av forskjellige scintillerende materialer. I én utførelsesform anvendes en filterfunksjon på detektorsignalet bestående av pulser generert av forskjellige scintillatorer for å lette identifisering av opphavet til hver puls. Filterfunksjonen, i én utførelsesform, beregnes for å omdanne hver DED-puls med en større verdi for TI (f.eks. en puls produsert av en Nal(TI)-scintillator) til en smal og symmetrisk unipolær puls. Et eksempel på en filterfunksjon 54 er vist i figur 18, som er beregnet for en DED-puls produsert av et scintillerende Nal(l)-materiale for å generere den symmetriske parabolske pulsen etter bruk av dette filteret på en DED-puls produsert av en Nal(TI)-del av scintillasjonsenheten i detektoren som betraktes. Et eksempel på en filterfunksjon kan bli beregnet i henhold til en metode beskrevet i S. Smith, “Digital signal processing: a practical guide for engineers and scientists” 2003, Newnes, kapittel 17, som med dette inntas i sin helhet som referanse her.

[0053] Som vist i figur 19 endrer konvolusjon av pulsene 50 og 52 med filteret 54 pulsene 50 og 52 til pulser med nye former, omtalt som filtrerte pulser 56 og 58. I utførelsesformen hvor pulsen 50 produseres av Li6-glass og filteret 54 beregnes i tråd med beskrivelsen over, genererer filtrering en filtrert Li6-glass-puls 56 som har ett positivt og ett negativt maksimum, eller en bipolær pulsform, mens den filtrerte pulsen 58 av Nal(TI) kun har ett positivt maksimum, eller en unipolær pulsform. Filterfunksjonen er ikke begrenset til typene beskrevet her, men kan være en hvilken som helst funksjon innrettet for å generere en unipolær puls for en DED-puls produsert av én scintillator i detektoren og en bipolær puls for en DED-puls produsert av en annen scintillator.

[0054] Deteksjonssignalet består av en blanding av pulser med to forskjellige tidsstrukturer og forskjellige amplituder. Det mottatte signalet kan beskrives ved:

hvor :"I" er pulsamplituden, “tj" er pulsankomsttiden til et første scintillatorsignal (f.eks. et NaI(Tl)-scintillatorsignal), “tk” er pulsankomsttiden til et andre scintillatorsignal (f.eks. et signal fra en Li6-glass- scintillator), τ1<NaI >og τ1<Li-6 >er tidskonstanter for hver scintillator, og τ2 er tidskonstanten for forforsterkeren. Det ufiltrerte detektorsignalet inneholder bare positive pulsmaksima, og en enkel toppdeteksjonsalgoritme er ikke i stand til å oppløse pulsmaksima for to forskjellige pulstyper generert av en første scintillator og en andre scintillator i detektoren. Filtrering ved anvendelse av en funksjon så som beskrevet over omdanner detektorsignalet til et signal som inneholder både positive pulser svarende til pulser utsendt av den første scintillatoren (f.eks. NaI(Tl)) og den andre scintillatoren (f.eks. Li6-glass) og negative pulser tilhørende bare pulser utsendt av den andre scintillatoren (f.eks. Li6-glass). Videre, som det fremgår av figur 19, er avstanden “Δt” mellom negative og positive pulser i det filtrerte signalet den samme for DED-pulser med en hvilken som helst amplitudeverdi Basert på disse egenskapene kan forskjellige algoritmer eller utførelsesformer av fremgangsmåten bli anvendt, dvs. når bare en telling pr. sekund-parameter for signalene produsert av Li6-glass og NaI(Tl) skal bestemmes, eller når spektroskopiske målinger skal utføres (f.eks. når spektre skal opprettes fra signaler generert av de forskjellige scintillatorene).

[0055] I én utførelsesform inkluderer fremgangsmåten bruk av filteret på signalet og identifisering av “positive” pulser og “negative” pulser i det filtrerte signalet ved anvendelse f.eks. av en enkel toppdeteksjonsalgoritme. Positive pulser refererer til signalverdier på samme side av tids-/samplingsaksen som de mottatte pulsene i det ufiltrerte signalet.

[0056] Tellerateparametre for “positive” (CR<+>) og “negative” (CR-) pulser beregnes ved å dividere tellingene for de identifiserte positive pulsene med signalsekvensens tidsvarighet, og dividere tellingene for de identifiserte negative pulsene med signalsekvensens tidsvarighet. CR- er lik telleraten for signalet produsert av Li6-glass-scintillatoren i detektoren, og differansen mellom CR<+ >og

er lik telleraten for signalet produsert av NaI(Tl)-scintillatoren.

Denne utførelsesformen er egnet for anvendelser så som målinger av sigma for en formasjon.

[0057] I én utførelsesform inkluderer fremgangsmåten å anvende filteret på signalet og finne (ved anvendelse f.eks. av en passende toppdeteksjonsalgoritme) intensiteten og posisjonen til toppene i den filtrerte signalsekvensen for å identifisere for “positive” pulser og for “negative” pulser i det filtrerte signalet.

[0058] For å bestemme pulsbestanddelen fra den første scintillatoren (f.eks. Li6-glass) blir negative pulser fjernet fra den positive pulsen } som oppfyller følgende betingelse:

dersom

hvor St er pulsposisjonsidentifiseringens presisjon og k er en “negativ” puls når jte positiv puls skal utelates.

Når negative pulser som oppfyller denne betingelsen er fjernet fra det filtrerte signalet, er den gjenværende positive pulsen (“ ”) representativ for Nal(TI)-signalet.

[0059] Energispektre kan avledes gjennom inndeling } for Li6-glass-

signal og gjennom inndeling for for Nal(TI)-signal

. Oppnådde spektre svarer til de sanne

spektrene produsert av Li6-glass- og Nal(TI)-segmenter av phoswich-detektoren etter rekalibrering. Denne utførelsesformen er egnet for anvendelser så som nøytronporøsitet-baserte brønnloggingsmålinger med Li6-glass-detektorer og for formasjonsevalueringsmålinger med pulset nøytronspektroskopi. Det bemerkes at de beskrevne utførelsesformene ikke er begrenset til typene scintillerende materialer angitt her.

[0060] Figur 20 illustrerer et eksempel på anvendelse av scintillasjonsdetektorene og fremgangsmåtene beskrevet her. Figur 20 inkluderer en utførelsesform av et system 60 for boring, evaluering, utforsking og/eller produksjon av undergrunnsbrønner som innbefatter en borehullstreng 62 som er vist anordnet i et borehull 64 som trenger gjennom minst én grunnformasjon 66 under en undergrunnsoperasjon. I én utførelsesform innbefatter borehullstrengen et nedihullsverktøy 68 så som et brønnloggingsverktøy. I dette eksempelet er nedihullsverktøyet 68 et kabelført verktøy, men er ikke begrenset til dette og kan bli utplassert med en hvilken som helst passende bærer. Med en "bærer" menes her en hvilken som helst anordning, anordningskomponent, kombinasjon av anordninger, medier og/eller elementer som kan bli anvendt for å frakte, inneholde, støtte eller på annen måte lette bruk av andre anordninger, anordningskomponenter, kombinasjoner av anordninger, medier og/eller elementer. Ikke-begrensende eksempler på bærere inkluderer borestrenger av kveilrørtypen, av skjøterørtypen og en hvilken som helst kombinasjon eller andel av dette. Andre eksempler på bærere inkluderer fôringsrør, kabler, kabelsonder, glattvaiersonder, "drop shots", nedihullsenheter, bunnhullsenheter, og borestrenger. I én utførelsesform er verktøyet 68 utstyrt med overføringsutstyr for oå kommunisere, eventuelt via mellomledd, til en prosesseringsenhet 70 på overflaten. Slikt overføringsutstyr kan være av en hvilken som helst type, og forskjellige overføringsmedier og -metoder kan bli anvendt. Eksempler på forbindelser inkluderer kabelbaserte, fiberoptiske, trådløse forbindelser og minnebaserte systemer.

[0061] Nedihullsverktøyet 68, i én utførelsesform, er i form av et pulset nøytronverktøy. Verktøyet 68 innbefatter, for eksempel, minst én pulset nøytronkilde 70 og minst én strålingsdetektor 10. I én utførelsesform er elektronikk 74 også innlemmet for lagring, utsending og/eller behandling av signaler og/eller data generert av strålingsdetektoren 10. En tilhørende fremgangsmåte inkluderer å utplassere nedihullsverktøyet inn i et borehull og sende ut nøytroner inn i formasjonen. Resulterende gammastrålesignaler mottas av strålingsdetektoren(e) og behandles for å generere pulsspektre som anvendes for å estimere forskjellige egenskaper ved formasjonen.

[0062] Apparatene og fremgangsmåtene beskrevet her har forskjellige fordeler fremfor kjente apparater og fremgangsmåter. Presisjonen og nøyaktigheten til signalene, så som intensiteten til nøytrontoppen trukket ut fra pulshøydespektre målt av Li6-glass-detektorer, definerer presisjonen og nøyaktigheten til den tilhørende nøytronfluksmålingen og bestemmes av hvor godt nøytrontoppen kan løses opp i de målte pulshøydespektrene. Den forholdsvis høye verdien for indre lysabsorbsjon i Li6-glass forårsaker fordreining av nøytrontoppen fra den ideelle gaussiske formen i form av en lang hale ut fra høyenergisiden av hovedtoppen i et pulshøydespektrum. I tillegg forårsaker den raske forringelsen av lysavgivelsesparametere ved høye temperaturer en utbredelse av toppen og et skifte til lavenergisiden av spekteret hvor den overlapper med bakgrunnsstøy. Disse to fenomenene gjør nøyaktigheten i uttrekkingen av sann intensitet for en nøytrontopp fra spektrene målt av Li6-glass-detektorer ved høye temperaturer (f.eks. over 150 grader C) veldig dårlig. Apparatene og fremgangsmåtene beskrevet her gir en betydelig forbedring av ytelsen til scintillasjonsdetektorer så som lange Li6-glass-detektorer gjennom en optimalisert optisk design og innpakking av scintillasjonsenheten. For eksempel reduserer og/eller minimerer apparatene og fremgangsmåtene beskrevet her avstanden over hvilken lys forplanter seg gjennom det scintillerende materialet for å øke og/eller maksimere mengden av utsendt lys som fanges opp av fotodetektoren(e).

[0063] I forbindelse med idéene her kan forskjellige analyser og/eller analysekomponenter bli anvendt, herunder digitale og/eller analoge systemer. Systemet kan ha komponenter så som en prosessor, lagringsmedier, minne, innmating, utmating, kommunikasjonsforbindelser (kabelbaserte, trådløse, pulset slam, optiske eller annet), brukergrensesnitt, dataprogrammer, signalprosessorer (digitale eller analoge) og andre slike komponenter (så som resistorer, kondensatorer, induktorer og annet) for å muliggjøre bruk av og analyse med anordningene og fremgangsmåtene vist her på en hvilken som helst av flere mulige måter velkjent for fagmannen. Det anses at disse idéene kan, men ikke trenger å bli, realisert i forbindelse med et sett av datamaskineksekverbare instruksjoner lagret på et datamaskinlesbart medium, herunder minne (ROM, RAM), optiske (CD-ROM), eller magnetiske (platelagre, harddisker), eller en hvilken som helst annen type som når de blir eksekvert, bevirker en datamaskin til å utføre fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Disse instruksjonene kan sørge for aktivering av utstyr, styring, innsamling og analyse av data og andre funksjoner anses som relevant av en utvikler, eier eller bruker av systemet og annet slikt personell, i tillegg til funksjonene beskrevet i denne beskrivelsen.

[0064] Fagmannen vil forstå at de forskjellige komponenter eller teknologier kan tilveiebringe bestemte nødvendige eller nyttige funksjoner eller trekk. Følgelig skal disse funksjonene og trekkene, som kan være nødvendige i støtte for de vedføyde kravene og variasjoner av disse, forstås som naturlig innlemmet som en del av idéene her og en del av den beskrevne oppfinnelsen.

[0065] Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet under henvisning til eksempler på utførelser, vil det forstås av fagmannen at forskjellige endringer kan gjøres og at ekvivalenter kan bli anvendt i stedet for elementer i disse uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme. I tillegg vil mange modifikasjoner sees av fagmannen for å tilpasse et gitt instrument, scenario eller materiale til idéene i oppfinnelsen uten å fjerne seg fra dennes ramme. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal begrenses til den konkrete utførelsesformen omtalt som den forventet beste måte å realisere denne oppfinnelsen.

Claims

PATENTKRAV

1. Scintillasjonsdetektor (10) for bruk i operasjoner så som målinger i borehull (64) og grunnformasjoner (66), k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter:

en fotodetektor (16);

et første scintillerende materiale (30) innrettet for å sende ut lys som reaksjon på eksponering for nøytroner, idet det første scintillerende materialet (30) har en første brytningsindeks;

et andre scintillerende materiale (32) som har en andre brytningsindeks som er mindre enn den første brytningsindeksen, der det andre scintillerende materialet (32) er anordnet i optisk kontakt med en overflate av det første scintillerende materialet (30), og en andre overflate anordnet i optisk kontakt med en overflate av fotodetektoren (16), det andre scintillerende materialet (32) innrettet for å transmittere det utsendte lyset; og

en prosessor innrettet til å utføre:

anvendelse av et filter (54) innrettet for å omdanne en puls produsert av én av det første (30) og det andre (32) scintillerende materialet til en unipolar puls og omdanne en puls produsert av en annen av det første (30) og det andre (32) scintillerende materialet til en bipolar puls; og

identifisering av pulsbestanddelene svarende til å være produsert av det første scintillerende materialet (30) og være produsert av det andre scintillerende materialet (32) basert på tilstedeværelsen av positive og negative maksima.

2. Apparat ifølge krav 1, hvor det andre scintillerende materialet (32) har en lysabsorbsjonskoeffisient som er mindre enn en lysabsorbsjonskoeffisient til det scintillerende materialet for én eller flere bølgelengder av lys utsendt av det første scintillerende materialet (30).

3. Apparat ifølge krav 1, hvor det første scintillerende materialet (30) og det andre scintillerende materialet (32) er optisk koblet til et optisk vindu i fotodetektoren (16).

4. Apparat ifølge krav 1, hvor det første scintillerende materialet (30) er anordnet som én av en hul form, en hul sylinder, en hul sekskant og en hul åttekant, og det andre scintillerende materialet (32) er anordnet som én av en massiv form, en massiv sylinder, en massiv sekskant og en massiv åttekant i kontakt med en innvendig overflate av det første scintillerende materialet (30).

5. Apparat ifølge krav 4, hvor det andre scintillerende materialet (32) inkluderer et ytre transparent lag anordnet mellom det scintillerende materialet og et reflekterende materiale (36).

6. Apparat ifølge krav 1, hvor det første scintillerende materialet (30) har motstående overflater som utsendt stråling kan forplante seg gjennom, og i hvert fall de motstående overflatene er anordnet i optisk kontakt med det andre scintillerende materialet (32).

7. Apparat ifølge krav 6, hvor det første scintillerende materialet (30) er anordnet som en flat plate med en tykkelse, en lengde og en bredde, idet de motstående overflatene er definert av lengden og bredden.

8. Apparat ifølge krav 1, hvor det første scintillerende materialet (30) er et litium-6-scintillasjonsmateriale.

9. Apparat ifølge krav 1, videre omfattende et reflekterende materiale (36) som i det minste delvis omgir det første scintillerende materialet (30) og det andre scintillerende materialet (32), det reflekterende materialet (36) innrettet til å reflektere det utsendte lyset og rette det utsendte lyset mot fotodetektoren (16).

10. Apparat ifølge krav 1, hvor det første scintillerende materialet (30) er et litium-6-scintillasjonsmateriale innrettet for å detektere nøytroner, og det andre scintillerende materialet (32) er et natriumjodidmateriale innrettet for å detektere gammastråler.

11. Fremgangsmåte ved behandling av et scintillasjonsdeteksjonssignal, k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter å:

motta et deteksjonssignal fra en scintillasjonsdetektor (10), der scintillasjonsdetektoren (10) innbefatter et første scintillerende materiale (30) innrettet til å utsende lys som reaksjon på eksponering for nøytroner, og et andre scintillerende materiale (32), det andre scintillerende materialet (32) anordnet i optisk kontakt med det første scintillerende materialet (30) og innrettet for å transmittere lys utsendt fra det første scintillerende materialet (30);

anvende et filter (54) innrettet for å omdanne en puls produsert av ett av det første (30) og det andre (32) scintillerende materialet til en unipolar puls og omdanne en puls produsert av et annet av det første (30) og det andre (32) scintillerende materialet til en bipolar puls;

identifisere positive og negative maksima i det filtrerte signalet; og identifisere pulsbestanddelene svarende til å være produsert av det første scintillerende materialet (30) og være produsert av det andre scintillerende materialet (32) basert på tilstedeværelsen av positive og negative maksima.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor signalet innbefatter pulsbestanddeler fra hvert av det første (30) og det andre (32) materialet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor filteret (54) beregnes ved anvendelse av formen til en puls i detektorsignalet produsert av ett av det første (30) og det andre (32) scintillerende materialet.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor filteret (54) er innrettet for å generere en positiv parabolsk puls for pulsbestanddelene svarende til det første scintillerende materialet (30).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor det å identifisere pulsbestanddelene omfatter å dividere de totale tellingene i tilknytning til de positive maksima med en tidsvarighet for deteksjonssignalet for å beregne en positiv tellerate (CR<+>), dividere de totale tellingene i tilknytning til de negative maksima med tidsvarigheten for å beregne en negativ tellerate (CR-), identifisere en tellerate for det andre scintillerende materialet (32) basert på CR<_>, og identifisere en tellerate for det første scintillerende materialet (30) basert på en differanse mellom CR<+ >og CR-.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor det å identifisere pulsbestanddelene svarende til å være produsert av det første scintillerende materialet (30) inkluderer å identifisere pulsbestanddelene som er knyttet til det første scintillerende materialet (30) ved å:

beregne en intensitet og en posisjon til hver av de positive pulsene og de negative pulsene, og fjerne negative pulser fra en valgt positiv puls som oppfyller følgende betingelse:

hvor “At” er en tidsdifferanse basert på tidskonstanten, “toj<+>” er en posisjon til den valgte positive pulsen, “tok<">” er en posisjon til en negativ puls og er pulsposisjonidentifiseringens presisjon.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 11 , hvor scintillasjonsdetektoren (10) omfatter en fotodetektor (16) og et reflekterende materiale (36) som i det minste delvis omgir det første (30) og det andre (32) scintillerende materialet, der det reflekterende materialet (36) er innrettet for å reflektere det utsendte lyset og rette det utsendte lyset mot fotodetektoren (16), og det andre scintillerende materialet (32) har en absorbsjonskoeffisient som er mindre enn en absorbsjonskoeffisient til det første scintillerende materialet (30) for én eller flere bølgelengder av lys utsendt av det første scintillerende materialet (30).

18. Apparat for estimering av minst én egenskap ved en grunnformasjon (66), k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter:

en bærer innrettet for å utplasseres i et borehull (64) i grunnformasjonen

(66);

en kilde (70) for hurtige nøytroner anordnet på bæreren og innrettet for å bestråle formasjonen;

minst én scintillasjonsdetektor (10) anordnet på bæreren og innrettet for å måle minst én av nøytroner spredt av formasjonen og gammastråler utsendt av formasjonen, der den minst ene scintillasjonsdetektoren (10) innbefatter:

en fotodetektor (16);

et første scintillerende materiale (30) innrettet for å sende ut lys som reaksjon på eksponering for nøytroner;

et andre scintillerende materiale (32), det andre scintillerende materialet (32) anordnet i optisk kontakt med det første scintillerende materialet (30) og innrettet for å transmittere lyset utsendt fra det første scintillerende materialet (30);

og

en prosessor i kommunikasjon med den minst ene scintillasjonsdetektoren (10) for å motta måledata og estimere minst én egenskap;

prosessoren innrettet for å utføre:

mottak av et deteksjonssignal fra scintillasjonsdetektoren (10); anvendelse av et filter (54) innrettet for å omdanne en puls produsert av én av det første (30) og det andre (32) scintillerende materialet til en unipolar puls og omdanne en puls produsert av en annen av det første (30) og det andre (32) scintillerende materialet til en bipolar puls;

identifisering av positive og negative maksima i det filtrerte signalet; og identifisering av pulsbestanddelene svarende til å være produsert av det første scintillerende materialet (30) og være produsert av det andre scintillerende materialet (32) basert på tilstedeværelsen av positive og negative maksima.

19. Apparat ifølge krav 18, hvor kilden (70) for hurtige nøytroner er en pulset nøytronkilde og det første scintillerende materialet (30) er innrettet for å detektere minst én av gammastråler utsendt fra formasjonen og nøytroner spredt av formasjonen.

20. Apparat ifølge krav 18, hvor den minst ene scintillasjonsdetektoren (10) er innrettet for samtidig å måle nøytroner spredt av formasjonen og gammastråler utsendt av formasjonen.