RU2502239C2 - Маломощные генераторы нейтронов - Google Patents

Маломощные генераторы нейтронов Download PDF

Info

Publication number
RU2502239C2
RU2502239C2 RU2010128652/07A RU2010128652A RU2502239C2 RU 2502239 C2 RU2502239 C2 RU 2502239C2 RU 2010128652/07 A RU2010128652/07 A RU 2010128652/07A RU 2010128652 A RU2010128652 A RU 2010128652A RU 2502239 C2 RU2502239 C2 RU 2502239C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tube
cathode
lattice
gas
neutron generator
Prior art date
Application number
RU2010128652/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010128652A (ru
Inventor
Джоэл Л. ГРОУВЗ
Харольд ПФУТЦНЕР
Original Assignee
Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. filed Critical Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Publication of RU2010128652A publication Critical patent/RU2010128652A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2502239C2 publication Critical patent/RU2502239C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/06—Generating neutron beams
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/10—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Изобретение относится к генератору нейтронов и способу его конструирования. Генератор включает в себя решетку, выполненную с возможностью выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с ней. Катод испускает электроны для нагрева решетки и столкновений с выработанными атомами ионизируемого газа для образования ионов. Нейтроны образуются от столкновения ионов, падающих на мишень в генераторе. Инструмент для подземного использования, включающий в свой состав генератор нейтронов. Техническим результатом является обеспечение возможности работы с различными типами источников и при различных условиях. 1 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники изобретения
Данное изобретение относится, в общем, к устройству для генерирования нейтронов и, конкретно, к генераторам нейтронов для подземных вариантов применения.
Описание уровня техники
Характеристики геологических пластов представляют значительный интерес в исследованиях для добычи и мониторинга подземных залежей воды, нефти и газа. Поэтому разработаны различные методики измерения подземных характеристик и оценки полученных данных для определения петрофизических свойств, представляющих интерес. Данные методики обычно включают в себя развертывание под землей инструментов или контрольно-измерительных приборов, оборудованных источниками излучения энергии в пласты (обычно через ствол скважины, пересекающий пласты). Испускаемая энергия взаимодействует с окружающими пластами, вырабатывая сигналы, которые детектируют или измеряют одним или несколькими датчиками или детекторами на контрольно-измерительном приборе. Посредством обработки детектируемых сигналов данных получают профиль или каротажную диаграмму подземных свойств.
Разработаны различные методики каротажа для оценки подземных пластов. Ряд таких методик включает в себя испускание нейтронов в пласт и оценку результатов взаимодействий нейтронов с ядрами пласта. Нейтроны не имеют электрического заряда, и их масса аналогична массе протона. Отсутствие заряда обеспечивает проникновение нейтронов в пласты. Данное свойство нейтронов делает их идеальными для подземного варианта применения в каротаже. В пласте нейтроны взаимодействуют с материей различными путями. Характеристики некоторых данных взаимодействий можно использовать для измерения свойств пласта.
Различные типы источников радиоактивного излучения используют в системах подземного каротажа. Например, нейтроны или гамма-лучи можно генерировать просто посредством использования радиоактивных изотопов (которые естественным образом распадаются со временем), можно использовать источник рентгеновского излучения, или нейтроны можно генерировать в электронном устройстве с использованием ядерной реакции с генераторированием нейтронов по требованию. Патенты США №№3255353, 4810459, 4879463 и 4904865 описывают каротажные контрольно-измерительные приборы, оборудованные активными источниками радиоактивного излучения и надлежащими датчиками. Для нейтронного каротажа химический источник имеет преимущество в том, что является практически безотказным. Он не имеет электронных частей, и можно исходить из того, что всегда производит нейтроны (нулевое нерабочее время). Вместе с тем, это также является недостатком химического источника. Поскольку испускание нейтронов нельзя прекратить, необходимо соблюдать строгие меры радиоактивной безопасности при работе с источником и контрольно-измерительными приборами, содержащими источник. Данный недостаток делает необходимым разработку электронных источников нейтронов.
Нейтроны высокой энергии можно генерировать посредством управляемых столкновений возбужденных частиц с использованием реакции ядерного синтеза. Такую систему обычно именуют генератором нейтронов. Генерирование нейтронов по требованию с использованием лучей частиц высокой энергии обеспечивает создание источника нейтронов, испускающего нейтроны импульсами четко определенной продолжительности и последовательности во времени. Один такой импульсный генератор нейтронов описан в патенте США №5293410. В генераторе нейтронов, описанном в указанном патенте, использована трубка ускорителя, в которой заряженные частицы, такие как ионы дейтерия, ускоряются электростатическим потенциалом и сталкиваются с элементами мишени, такими как тритий. В реакции ионов дейтерия с тритием мишени вырабатываются почти моноэнергетические нейтроны с уровнем энергии около 14 мэВ. В большинстве вариантов применения нейтроны испускаются не постоянно, а короткими импульсами четко определенной продолжительности и в повторяющейся последовательности. При использовании такого импульсного генератора нейтронов пласт, окружающий контрольно-измерительный прибор, подвергается воздействию повторяющихся, дискретных «импульсов» нейтронов. В патентах США 4501964, 4883956, 4926044, 4937446, 4972082, 5434408, 5105080, 5235185, 5539225, 5219518 и 5608215 описаны каротажные контрольно-измерительные приборы, оборудованные генераторами нейтронов.
На фиг.1 показан «термокатодный» электронный генератор 10 нейтронов. Данные генераторы 10 обычно имеют три главных признака:
(I) источник газа, подающий реагирующие вещества, такие как дейтерий (H2) и тритий (H3);
(II) источник ионов, содержащий обычно, по меньшей мере, один анод и катод, испускающий электроны; и
(III) ускоряющий промежуток для выброса произведенных ионов на мишень для генерирования ядерных реакций с энергией, выражаемой миллионами электрон вольт (мэВ).
Генератор 10 нейтронов на фиг.1 использует источник 12 газа, образованный спирально намотанной нитью 14 с покрытием из циркония, выделяющим при нагреве газ. В типичных условиях работы нить 14 нагревается электрическим током для запуска высвобождения газа, катод 16 нагревается электрическим током, и испускаемые электроны ускоряются в электрическом поле для создания ионного луча, ударяющего по мишени 18 и генерирующего нейтроны. Данный генератор обычной конструкции требует значительного количества электрической энергии для питания своих компонентов.
Многие возможные варианты применения генератора нейтронов требуют работы комплекта батарей в качестве источника питания. Кроме того, варианты космического применения генераторов нейтронов для элементных исследований планет и астероидов нуждаются в системах, работающих с потреблением насколько возможно минимальной энергии. Обычные генераторы нейтронов имеют весьма высокое энергопотребление. Необходимо создание улучшенного генератора нейтронов, требующего для работы меньше энергии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте изобретения создан генератор нейтронов для подземного использования. Генератор включает в себя решетку, выполненную с возможностью выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с ней; катод, выполненный с возможностью испускания электронов для нагрева решетки и столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и мишень, образующую нейтроны от столкновения с ионами, падающими на мишень.
В другом аспекте изобретения создан генератор нейтронов для подземного использования. Генератор включает в себя трубку, образующую герметичный баллон для содержания газа; расположенную в трубке решетку для выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с решеткой; катод, расположенный в трубке, для испускания электронов для нагрева решетки и столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и размещенную в трубке мишень, образующую нейтроны от столкновения с ионами, падающими на мишень.
В другом аспекте изобретения создан инструмент для подземного использования, включающий в себя генератор нейтронов. Генератор нейтронов включает в себя трубку, образующую герметичный баллон для содержания газа; расположенную в трубке решетку для выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с решеткой; расположенный в трубке катод для испускания электронов для нагрева решетки и столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и размещенную в трубке мишень, образующую нейтроны от столкновения с ионами, падающими на мишень.
В другом аспекте изобретения создан способ конструирования генератора нейтронов для подземного использования. Способ включает в себя размещение катода в трубке; размещение в трубке решетки для выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с решеткой; выполнение катода с возможностью испускания электронов для соударений с решеткой и столкновений с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и размещение в трубке мишени, образующей нейтроны от столкновения с ионами, падающими на мишень.
В другом аспекте изобретения создан способ конструирования генератора нейтронов для подземного использования. Способ включает в себя размещение катода в трубке, выполненной для установки на инструмент для подземного использования, трубки, образующей герметичный баллон для содержания газа; размещение в трубке решетки для приема электронов, испускаемых катодом, решетки, выполненной с возможностью выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с ней; выполнение катода с возможностью испускания электронов для столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и размещение в трубке мишени, образующей нейтроны от столкновения с ионами, падающими на мишень.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие аспекты и преимущества изобретения должны стать ясными после прочтения следующего подробного описания и рассмотрения чертежей, в которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
На фиг.1 показана схема обычного генератора нейтронов.
На фиг.2 показана схема конструкции генератора нейтронов согласно аспектам изобретения.
На фиг.3 показана схема скважинного инструмента, имеющего в своем составе генератор нейтронов с конструкцией согласно аспектам изобретения.
На фиг.4 показана блок-схема последовательности операций способа для конструирования генератора нейтронов согласно аспектам изобретения.
На фиг.5 показана другая блок-схема последовательности операций способа для конструирования генератора нейтронов согласно аспектам изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг.2 показан аспект изобретения. Показан генератор 30 нейтронов, в общем, имеющий структуру, аналогичную генератору, описанному в патенте США №5293410 (переуступлен настоящему патентообладателю). Генератор 30 включает в себя полую цилиндрическую трубку 32, выполненную из подходящего материала и образующую газонепроницаемый корпус, трубку 34 источника ионов, решетку 36 подачи газа, электрод 38 экстрактора, электрод 40 мишени и катод 48. Трубка 32 содержит параллельные поперечно расположенные фланцы 43, 44, 46, создающие электропроводные дорожки и жесткие опоры для компонентов генератора, описанного в данном документе.
Трубка 34 источника ионов содержит цилиндрический полый электрод 50, выставленный по продольной оси генератора 30 и выполненный из сетки или в виде спирали. Электрод 50 жестко закреплен на фланце 44 (например, токопроводящими опорами). Электрод 50 выполнен с возможностью исполнения нескольких функций.
Участок электрода 50 содержит решетку 36, расположенную поперечно продольной оси генератора, вблизи катода 48. Решетка 36 обеспечивает подачу газа для генератора 30. Решетка 36 представляет собой плоскую сетку или экран с покрытием из материала, высвобождающего при нагреве ионизирующиеся газы дейтерия и трития. Решетку 36 можно выполнить из любых подходящих материалов с высокой температурой плавления, таких как вольфрам или рений, или их сплавов. Решетка 36 может быть покрыта пленкой с использованием, например, титана, скандия или циркония. Покрытие (покрытия) можно наносить на решетку 36 с использованием любой методики, известной в технике. В аспекте, показанном на фиг.2, решетка 36 установлена перед катодом 48 на одном конце трубки 34 источника ионов. В других аспектах можно создавать конфигурацию с решеткой 36, установленной в полом участке электрода 50 (не показано).
Решетка 36 также осуществляет испускание электронов с ускорением электронов от катода 48 к решетке 36. Удлиненный полый участок электрода 50 придает форму электрическому полю в области источника ионов для выброса ионов из трубки 34 источника ионов. Сегмент решетки 36 и полый участок электрода 50 электрически соединены и работают под одним напряжением. Можно прикладывать напряжение (постоянного или переменного тока) в диапазоне нескольких сот вольт к электроду 50.
В аспекте, показанном на фиг.2, катод 48 расположен вблизи одного конца электрода 50. Катод 48 представляет собой эмиттер электронов, состоящий из блока материала, способного при нагреве испускать электроны. Эмиттер в виде катода 48 прикреплен к фланцу 43 и соединен со средством 100 нагрева катода, нагревающим эмиттер способом, известным в технике. В других аспектах изобретения катод 48 может быть выполнен с несколькими элементами эмиттера или с эмиттером, расположенным внутри полого электрода 50 (не показано).
В некоторых аспектах катод 48 представляет собой термоэлектронный катод. Термоэлектронные катоды являются нагревающимися катодами, в отличие от холодных катодов, испускающих электроны без нагрева. При исполнении в виде термоэлектронного катода 48 катод принадлежит предпочтительно к «диспенсерному» или «объемному» типу. Диспенсерный катод, использующийся в среде водорода, максимизирует испускание электронов на единицу мощности нагрева в сравнении с другими термоэлектронными типами катодов, работая, при этом, при умеренной температуре. В аспектах блок эмиттера катода содержит основание, выполненное из пористого вольфрама, импрегнированного материалом, способным испускать электроны, таким как состав из комбинаций, например, оксида бария и оксида скандия. Каждый катод имеет различную чувствительность к рабочей среде (давлению и виду газа). Диспенсерные катоды известны повышенными требованиями к условиям вакуума и тщательности защиты от загрязнения. В аспектах изобретения диспенсерный катод выполнен расположенным в газовой среде дейтерия или трития в корпусе генератора. Данная конфигурация обеспечивает несколько сот часов подачи тока для испускания электронов, требуя только несколько ватт мощности для нагрева. Катод 48 создан с током 100 нагревателя катода, отдельной подачей тока 150 с напряжением трубки 34 источника ионов. Данное исполнение обеспечивает улучшенное управление как средством подачи 100 тока нагревателя, так и средством 150 подачи напряжения.
Генератор 30 также объединен с электродом 38 экстрактора, расположенным на конце трубки 34 источника ионов, обращенном к электроду 40 мишени на одном конце трубки 32. Электрод 38 экстрактора опирается на фланец 46. Электрод 38 экстрактора содержит кольцевую деталь (например, выполненную из никеля или сплава металлов), выставленную по продольной оси трубы 32. Центральное дроссельное отверстие 52 в детали электрода 38 расширяется наружу в направлении от трубки 34 источника ионов для создания контура 39 в виде тора на конце детали, обращенном к электроду 40 мишени.
Электрод 38 экстрактора создает один из электродов для ускоряющего промежутка 54, выбрасывающий ионизированные частицы дейтерия и трития из трубки 34 источника ионов к заполненной дейтерием и тритием мишени 40. Мишень 40 включает в себя тонкую пленку титана или скандия, уложенную на поверхности электрода 40 мишени, обращенную к трубе 34 источника ионов.
Потенциал, ускоряющий ионы к мишени 40, установлен, в значительной степени, между электродом 38 экстрактора и защитным электродом 56. Защитный электрод 56 является вогнутым элементом с ориентацией к электроду 40 мишени и имеет центрально расположенное дроссельное отверстие 58, обеспечивающее ускоренным в промежутке 54 ионам столкновение с мишенью 40. Защитный электрод 56 соединен с высоковольтным источником 160 питания. Для предотвращения экстракции электронов из мишени 40 после ионной бомбардировки («вторичных электронов») защитный электрод 56 имеет предпочтительно отрицательную разность потенциалов относительно разности потенциалов электрода 40 мишени.
Аспекты изобретения можно также реализовать добавлением отсекающего электрода 60 к электроду 38 экстрактора. Как описано в патенте США №5293410, медленно перемещающиеся ионы имеют тенденцию генерировать срез в нейтронном импульсе в момент выключения импульса напряжения, что является вредным для формы импульса. Отсекающий электрод 60 дает средство устранения данной ситуации. Электрод 60 может иметь форму сетчатого экрана, закрепленного на дроссельном отверстии 52 электрода 38 экстрактора, обращенного к трубке 34 источника ионов. Отсекающий электрод 60 может быть выполнен из молибденовой сетки высокой прозрачности. На отсекающий электрод 60 воздействуют импульсы напряжения, синхронизированные и комплементарные импульсам напряжения, приложенным к аноду 50. Импульсы, приложенные к отсекающему электроду 60, являются положительными. В другом аспекте вместо воздействия импульсами напряжения на отсекающий электрод 60 на электроде могут поддерживать положительное напряжение (например, несколько вольт). Данное низкое положительное напряжение предотвращает покидание медленными ионами, произведенными в конце импульса в ионном луче, источника ионов, что обеспечивается резкой отсечкой на конце нейтронного импульса (то есть коротким временем среза импульса). Отсекающий электрод 60 предпочтительно выполнен из металлической решетки в форме части сферы с вогнутостью, обращенной к мишени 40. Часть сетчатого экрана электрода 60 может выступать внутрь цилиндрического полого анода 50.
Для генерирования управляемого выхода нейтронов, непрерывного или прерывистыми импульсами, средство 150 подачи напряжения трубки 34 источника ионов подает мощность для бомбардирующего ионного луча. Для импульсной работы можно оборудовать блок формирования импульсов источника ионов на выходе средства 150 подачи напряжения источника ионов для регулирования его работы. В данном аспекте блок формирования импульсов источника ионов имеет прямой выход, соединенный с электродом 50, и комплементарный выход, соединенный с электродом 38 экстрактора. Средство 160 подачи высокого напряжения, средство 150 подачи напряжения источника ионов и блок формирования импульсов источника ионов могут иметь любой подходящий тип, известный в области техники (например, описанный в патентах США №№3756682, 3546512 или 5293410).
Как описано выше, снабжение ионизируемым газом генератора 30 создает решетка 36. Во время работы некоторые электроны в токе электронного луча, испускаемые катодом 48, соударяются с решеткой 36 на своем пути, вызывая ее нагрев. Другие электроны проходят через проемы в решетке 36, сталкиваясь с атомами ионизируемого газа. Нагретая решетка 36 высвобождает газы дейтерия и трития с получением давления в замкнутом пространстве корпуса генератора, адекватного для создания необходимого для работы генератора 30 тока ионного луча. Поскольку высвобождение газа из решетки 36 активируется нагреванием решетки, ток нагревателя катода можно использовать для управления током ионного луча и, таким образом, генерированием нейтронов. Например, в аспекте изобретение можно выполнять с фиксированными высоким напряжением и напряжением электрода 50 так, что ток ионного луча на мишени 40 должен являться функцией тока нагревателя катода 48, температурного профиля решетки 36 и количества дейтерия и трития, добавленного в трубку 32. Если выход нейтронов должен увеличиваться в результате увеличения на катоде испускания электронов, ток нагрева катода можно регулировать для уменьшения электронного луча на решетке и, тем самым, уменьшения давления газа в генераторе. Действующее более низкое давление газа уменьшает число ионов, имеющихся для ускорения, и, таким образом, восстанавливает выход нейтронов на стабильной, отрегулированной величине. В другом аспекте изобретения количество газа дейтерия и трития, добавленное в трубку, можно использовать для определения диапазона тока ионного луча, в котором должен работать генератор. Например, в аспекте, где содержание газа дейтерия и трития в объеме корпуса является таким, что катод 48 нагревается, испуская 20 мА электронов, ускоряющихся напряжением 240 вольт, при этом ток нагревателя катода можно регулировать для управления током ионного луча (например, в диапазоне 0-100 мкА).
Если необходимо, мониторинг выхода нейтронов можно осуществлять напрямую, и как подводимое к аноду 50 напряжение, так и высокое напряжение можно регулировать автоматически или вручную для получения стабильного выхода нейтронов. В случае, если генератор 30 снабжается только газом дейтерия, нейтроны вырабатываются в результате дейтерий-дейтериевых взаимодействий, а не реакций дейтерий-тритий, рассмотренных в приведенном выше описании.
Высокое напряжение, установленное между электродом 38 экстрактора и защитным электродом 56, создает большой градиент напряжения, ускоряющий ионы дейтерия и трития от дроссельного отверстия 52 электрода в электрод 38 экстрактора к мишени 40. Энергия, переданная ионам, является достаточной для инициирования реакций образования нейтронов между бомбардирующими ионами и ядрами мишени и пополнения мишени 40 новым материалом мишени.
На фиг.3 показан другой аспект изобретения. Скважинный инструмент 70 размещен в стволе 72 скважины, проходящей подземный пласт. Инструмент 70 может, например, принадлежать к типу, описанному в патентах США №№7073378, 5884234, 5067090 и 5608215 (все переуступлены настоящему патентообладателю). Инструмент 70 включает в себя генератор 30 нейтронов изобретения, испускающий последовательные импульсы нейтронов в пласты, окружающие ствол 72 скважины. Излучение, возникающее в результате взаимодействий между нейтронами и ядрами пласта, регистрируется ядерным детектором 76. Надлежащее экранирование 78 установлено между детектором 76 и генератором 30 нейтронов для уменьшения нежелательного прямого потока излучения. Выходные сигналы от детектора 76 обычно проходят по электронным/электрическим схемам 80 для анализа и передаются на компьютер 82 способом, известным в области техники. Хотя это не показано на фиг.3, аспекты генератора 30 нейтронов можно реализовать с многокорпусной структурой, содержащей внутреннюю трубку (такую как герметичная трубка 32), содержащуюся в другом корпусе (который может содержать источники питания, дополнительные газы и т.п.), который может дополнительно содержаться в третьем корпусе (который может быть выполнен для защиты содержимого от внешнего давления и вмещать дополнительные компоненты).
Инструмент 70 показан подвешенным в стволе 72 скважины на несущем устройстве 84, которое может представлять собой гибкую систему подвески (например, трос, каротажный кабель, гибкая насосно-компрессорная труба и т.п.) или бурильную колонну в случае системы, работающей во время бурения. Инструмент 70 на каротажном кабеле спускают в ствол 72 скважины и поднимают из него лебедкой 86, которой управляют с помощью наземного оборудования 88. Несущее устройство 84 включает в себя проводные линии 90, соединяющие электронное оборудование и генератор 30 нейтронов в скважине с наземным оборудованием 88 для передачи сигналов/данных/энергопитания и управления. Альтернативно бурильной колонне или каротажному кабелю, питание может подаваться на забое, сигналы/данные можно обрабатывать и/или регистрировать в инструменте 70 и передавать обработанные данные различными средствами на наземное оборудование 88.
На фиг.4 показана блок-схема 200 последовательности операций способа конструирования генератора нейтронов согласно изобретению. В одном аспекте на этапе 205 способ включает в себя размещение катода 48 в трубке. На этапе 210 решетку 36 размещают в трубке для производства ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с решеткой. На этапе 215 катод выполняют с возможностью испускания электронов для ударов по решетке и столкновений с атомами ионизируемого газа для образования ионов. На этапе 220 мишень 40 размещают в трубке для генерирования нейтронов от столкновений с ионами, падающими на мишень.
На фиг.5 показана блок-схема 300 последовательности операций способа конструирования генератора нейтронов согласно изобретению. В одном аспекте на этапе 305 способ включает в себя размещение катода 48 в трубке, выполненной с возможностью установки инструмента 70 для подземного размещения, трубки, образующей герметичный баллон для содержания газа. На этапе 310 в трубке размещают решетку 36 для приема электронов, испускаемых катодом, выполненную с возможностью производства ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с решеткой. На этапе 315 катод выполняют с возможностью испускания электронов, сталкивающихся с атомами ионизируемого газа для образования ионов. На этапе 320 размещают в трубке мишень 40 для генерирования нейтронов от столкновений с ионами, падающими на мишень. Аспекты способов 200, 300 можно реализовать с использованием любых конфигураций и методик, описанных в данном документе.
Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что аспекты изобретения можно реализовать с использованием компьютеров общего назначения с надлежащим аппаратным обеспечением и программируемых с программным обеспечением для выполнения методик, описанных в данном документе. Программирование можно выполнять посредством использования одного или нескольких запоминающих устройств для программ, машиночитаемых компьютерным процессором (процессорами), и кодирования одной или нескольких программ программного обеспечения в инструкции, исполняемые компьютером для выполнения операций, описанных в данном документе. Запоминающее устройство может также иметь форму, например, одной или нескольких дискет; компакт-дисков или других оптических дисков; магнитной ленты; чипов постоянной памяти; и другие формы видов, хорошо известных в области техники, или которые будут разработаны в дальнейшем. Программы инструкций могут являться «выходной программой» например, в бинарной форме, исполняемой более или менее напрямую компьютером; «исходной программой», требующей компиляции или интерпретации перед исполнением; или иметь некоторую промежуточную форму, такую как частично компилированная программа. Точные формы запоминающих устройство программ и кодирования инструкций для данного документа не существенны. Таким образом, такие средства обработки данных можно реализовать в наземном оборудовании, в инструментах системы, на площадке, удаленной от буровой (не показано), или разделить данные средства способом, известным в области техники. Аспекты изобретения можно также реализовать с использованием обычных средств отображения, размещенных, как необходимо для отображения обработанных или необработанных данных/изображений, как известно в области техники.
Хотя настоящее описание дает конкретные аспекты изобретения, многочисленные модификации и изменения должны стать ясны специалисту в данной области техники после изучения описания, включающего в себя использование эквивалентов функциональных и/или конструктивных замещений для элементов, описанных в данном документе. Например, должно быть ясно, что описанную конфигурацию контрольно-измерительного прибора можно реализовать с различными дополнительными типами источников и датчиков для выполнения различных подземных измерений (в дополнение к ядерным измерениям). Также должно быть ясно, что описанные аспекты можно реализовать с обычными электронными схемами, датчиками, агрегатным обеспечением, электрическими схемами, корпусами и материалами, известными в области техники. Системы, реализованные с описанной конфигурацией для использования на каротажном кабеле, тросе, для эксплуатационного каротажа, каротажа во время бурения/измерений во время бурения, каротажа во время испытаний, в морских условиях и при мониторинге коллектора, все они являются возможными для применения данного изобретения. Все такие аналогичные изменения, ясные специалистам в данной области техники, находятся в объеме изобретения, определенном прилагаемой формулой изобретения.

Claims (25)

1. Генератор нейтронов для подземного использования, содержащий:
решетку, выполненную с возможностью выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с ней;
катод, выполненный с возможностью испускания электронов для нагрева решетки и столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и
мишень для генерирования нейтронов от столкновений с ионами, падающими на мишень.
2. Генератор нейтронов по п.1, в котором решетка имеет покрытие из материала, высвобождающего ионизируемый газ при нагреве.
3. Генератор нейтронов по п.1, в котором решетка установлена на прямом пути электронов, испускаемых катодом, для их приема.
4. Генератор нейтронов по п.1, в котором катод выполнен с возможностью приема регулируемого тока.
5. Генератор нейтронов по п.1, содержащий трубку для размещения решетки, катода и мишени.
6. Генератор нейтронов по п.5, в котором трубка образует герметичный баллон, содержащий ионизируемый газ, выделенный решеткой.
7. Генератор нейтронов по п.5, дополнительно содержащий газ дейтерия или трития, находящийся в трубке.
8. Генератор нейтронов для подземного использования, содержащий:
трубку, образующую герметичный баллон для содержания газа;
решетку, расположенную в трубке, для выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с решеткой;
катод, размещенный в трубке, испускающий электроны для нагрева решетки и столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и
мишень, размещенную в трубке, образующую нейтроны от столкновения с ионами, падающими на мишень.
9. Генератор нейтронов по п.8, в котором решетка имеет покрытие из материала, высвобождающего ионизируемый газ при нагреве.
10. Генератор нейтронов по п.8, в котором решетка установлена на прямом пути электронов, испускаемых катодом, для их приема.
11. Генератор нейтронов по п.8, в котором катод выполнен с возможностью приема регулируемого тока.
12. Генератор нейтронов по п.8, в котором трубка содержит газ дейтерия или трития, размещенный в ней.
13. Инструмент для подземного использования, имеющий в своем составе генератор нейтронов, причем генератор нейтронов содержит:
трубку, образующую герметичный баллон, содержащий газ;
решетку, расположенную в трубке, вырабатывающую ионизируемый газ при нагреве электронами, сталкивающимися с ней;
катод, расположенный в трубке, испускающий электроны для нагрева решетки и столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и
мишень, размещенную в трубке, образующую нейтроны от столкновения с ионами, падающими на мишень.
14. Инструмент по п.13, в котором решетка имеет покрытие из материала, высвобождающего ионизируемый газ при нагреве.
15. Инструмент по п.13, в котором решетка установлена на прямом пути электронов, испускаемых катодом, для их приема.
16. Инструмент по п.13, дополнительно содержащий источник питания с регулируемым током для катода.
17. Инструмент по п.16, дополнительно содержащий источник питания с напряжением для электрических компонентов генератора.
18. Инструмент по п.13, в котором трубка содержит газ дейтерия или трития, размещенный в ней.
19. Способ конструирования генератора нейтронов для подземного использования, содержащий:
размещение катода в трубке;
размещение в трубке решетки для выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с решеткой;
выполнение катода с возможностью испускания электронов для соударений с решеткой и столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и
размещение в трубке мишени для образования нейтронов от столкновения с ионами, падающими на мишень.
20. Способ по п.19, в котором решетка имеет покрытие из материала, высвобождающего ионизируемый газ при нагреве.
21. Способ по п.19, в котором решетку устанавливают на прямом пути электронов, испускаемых катодом, для их приема.
22. Способ по п.19, дополнительно содержащий соединение с катодом источника питания с регулируемым током.
23. Способ по п.22, дополнительно содержащий соединение с электрическими компонентами генератора источника питания напряжением.
24. Способ по п.19, дополнительно содержащий размещение газа дейтерия или трития в трубке.
25. Способ конструирования генератора нейтронов для подземного использования, содержащий:
размещение катода в трубке, выполненной для установки на инструмент для подземного размещения, трубки, причем трубка образует герметичный баллон для содержания газа;
размещение в трубке решетки для приема электронов, испускаемых катодом, причем решетка выполнена с возможностью выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с ней;
выполнение катода с возможностью испускания электронов для столкновения с атомами ионизируемого газа для образования ионов; и размещение в трубке мишени, образующей нейтроны от столкновения с ионами, падающими на мишень.
RU2010128652/07A 2007-12-10 2008-12-08 Маломощные генераторы нейтронов RU2502239C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/953,333 US7978804B2 (en) 2007-12-10 2007-12-10 Low power neutron generators
US11/953,333 2007-12-10
PCT/US2008/085877 WO2009076291A1 (en) 2007-12-10 2008-12-08 Low power neutron generators

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010128652A RU2010128652A (ru) 2012-01-20
RU2502239C2 true RU2502239C2 (ru) 2013-12-20

Family

ID=40404420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010128652/07A RU2502239C2 (ru) 2007-12-10 2008-12-08 Маломощные генераторы нейтронов

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7978804B2 (ru)
EP (1) EP2223578A1 (ru)
CN (1) CN101460003B (ru)
CA (1) CA2708307A1 (ru)
RU (1) RU2502239C2 (ru)
WO (1) WO2009076291A1 (ru)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102084434B (zh) 2008-05-02 2016-01-20 阳光医疗技术公司 用于产生医用同位素的装置和方法
US20100276581A1 (en) * 2009-04-29 2010-11-04 Baker Hughes Incorporated Borehole neutron generator with unique electrode structure and d-d, t-t or d-t reactants
US9310323B2 (en) 2009-05-16 2016-04-12 Rapiscan Systems, Inc. Systems and methods for high-Z threat alarm resolution
US10978214B2 (en) 2010-01-28 2021-04-13 SHINE Medical Technologies, LLC Segmented reaction chamber for radioisotope production
US8891721B1 (en) 2011-03-30 2014-11-18 Sandia Corporation Neutron generators with size scalability, ease of fabrication and multiple ion source functionalities
US10734126B2 (en) 2011-04-28 2020-08-04 SHINE Medical Technologies, LLC Methods of separating medical isotopes from uranium solutions
US8668008B2 (en) 2011-06-01 2014-03-11 Schlumberger Technology Corporation Atomic battery powered downhole completions assembly
US9312133B2 (en) 2011-08-25 2016-04-12 Aeroflex Colorado Springs Inc. Wafer structure for electronic integrated circuit manufacturing
US9378955B2 (en) 2011-08-25 2016-06-28 Aeroflex Colorado Springs Inc. Wafer structure for electronic integrated circuit manufacturing
US9396947B2 (en) 2011-08-25 2016-07-19 Aeroflex Colorado Springs Inc. Wafer structure for electronic integrated circuit manufacturing
US9378956B2 (en) * 2011-08-25 2016-06-28 Aeroflex Colorado Springs Inc. Wafer structure for electronic integrated circuit manufacturing
WO2013040402A2 (en) * 2011-09-14 2013-03-21 Schlumberger Canada Limited Energy radiation generator with uni-polar voltage ladder
US9322262B2 (en) * 2011-12-22 2016-04-26 Schlumberger Technology Corporation Pulsed neutron generator tube design which extends the lifetime of a cathode
RU2649662C2 (ru) 2012-04-05 2018-04-05 Шайн Медикал Текнолоджиз, Инк. Водная сборка и способ управления
EP2856494A4 (en) * 2012-06-01 2016-10-05 Rapiscan Systems Inc METHOD AND SYSTEMS FOR TOF NEUTRONOUS INQUIRY FOR MATERIAL DIFFERENTIATION
US8822912B2 (en) 2012-12-19 2014-09-02 Schlumberger Technology Corporation Ion source having increased electron path length
US8779351B2 (en) 2012-12-19 2014-07-15 Schlumberger Technology Corporation Ion source employing secondary electron generation
US9362078B2 (en) * 2012-12-27 2016-06-07 Schlumberger Technology Corporation Ion source using field emitter array cathode and electromagnetic confinement
US9633813B2 (en) * 2012-12-27 2017-04-25 Schlumberger Technology Corporation Ion source using heated cathode and electromagnetic confinement
US20140183349A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 Schlumberger Technology Corporation Ion source using spindt cathode and electromagnetic confinement
US8866068B2 (en) * 2012-12-27 2014-10-21 Schlumberger Technology Corporation Ion source with cathode having an array of nano-sized projections
RU2521050C1 (ru) * 2012-12-28 2014-06-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Ускорительная нейтронная трубка
US9129770B2 (en) 2013-03-14 2015-09-08 Schlumberger Technology Corporation Ion source having negatively biased extractor
US9184019B2 (en) * 2013-03-14 2015-11-10 Schlumberger Technology Corporation Ion source having negatively biased extractor
US9105436B2 (en) 2013-03-14 2015-08-11 Schlumberger Technology Corporation Ion source having negatively biased extractor
US9355806B2 (en) * 2013-07-18 2016-05-31 Schlumberger Technology Corporation Cathode assembly for use in a radiation generator
MX363791B (es) 2013-12-30 2019-04-03 Halliburton Energy Services Inc Generadores de neutrones de deuterio-deuterio.
US9557427B2 (en) 2014-01-08 2017-01-31 Rapiscan Systems, Inc. Thin gap chamber neutron detectors
US9470817B2 (en) 2014-11-17 2016-10-18 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus to determine pressure in a neutron radiation generator
US10271417B2 (en) * 2014-11-17 2019-04-23 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus to identify functional issues of a neutron radiation generator
US9715945B2 (en) * 2014-12-22 2017-07-25 Spectre Enterprises, Inc. Fusion reactor
DE112015006133T5 (de) * 2015-04-16 2017-11-02 Halliburton Energy Services, Inc. Feldionisationsneutronengenerator
RU2614240C1 (ru) * 2015-11-02 2017-03-24 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Импульсный нейтронный генератор
US20180255632A1 (en) * 2015-12-10 2018-09-06 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole field ionization neutron generator
CN107356981A (zh) * 2017-07-28 2017-11-17 秦佑胜 中子发生器探测系统
CN107949146A (zh) * 2017-08-01 2018-04-20 赫文波 智能化辐射防护系统
US10820404B2 (en) 2018-08-21 2020-10-27 General Electric Company Neutron generator with a rotating target in a vacuum chamber
CN113257650B (zh) * 2021-04-20 2024-09-06 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种x射线管及其制备方法
RU210559U1 (ru) * 2021-12-02 2022-04-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Газонаполненная нейтронная трубка
WO2023224675A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 Halliburton Energy Services, Inc. Ion source for neutron generator usable in wellbore

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3660715A (en) * 1970-08-18 1972-05-02 Atomic Energy Commission Ion source with mosaic ion extraction means
SU690983A1 (ru) * 1978-01-09 1980-12-23 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт Нейтронна трубка
US5293410A (en) * 1991-11-27 1994-03-08 Schlumberger Technology Corporation Neutron generator
RU2287197C2 (ru) * 2004-12-23 2006-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова" Нейтронная трубка

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1455386A (fr) * 1964-10-16 1966-04-01 Kaman Aircraft Corp Appareil d'ionisation de gaz
US3756682A (en) * 1967-02-13 1973-09-04 Schlumberger Technology Corp Method for outgassing permanent magnets
US3546512A (en) * 1967-02-13 1970-12-08 Schlumberger Technology Corp Neutron generator including an ion source with a massive ferromagnetic probe electrode and a permanent magnet-electrode
US3775216A (en) * 1967-03-31 1973-11-27 Schlumberger Technology Corp Neutron generating systems
US3558967A (en) * 1969-06-16 1971-01-26 Varian Associates Linear beam tube with plural cathode beamlets providing a convergent electron stream
US3594885A (en) * 1969-06-16 1971-07-27 Varian Associates Method for fabricating a dimpled concave dispenser cathode incorporating a grid
GB1325685A (en) * 1969-12-23 1973-08-08 Nat Res Dev Neutron generators
US4269659A (en) * 1973-09-12 1981-05-26 Leon Goldberg Neutron generator
US4090086A (en) * 1974-03-18 1978-05-16 Tdn, Inc. Method and apparatus for generating neutrons
US4119858A (en) * 1976-08-11 1978-10-10 Lawrence Cranberg Compact long-lived neutron source
EP0035828A3 (en) * 1980-02-27 1982-01-27 THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.l.c. Cathodoluminescent light sources and associated circuit
US4282440A (en) * 1980-05-02 1981-08-04 Mobil Oil Corporation Neutron accelerator tube having improved ionization section
US4310765A (en) * 1980-05-02 1982-01-12 Mobil Oil Corporation Neutron accelerator tube having improved ionization section
US4311912A (en) * 1980-05-08 1982-01-19 Mobil Oil Corporation Neutron accelerator tube having improved target section
US4996017A (en) * 1982-03-01 1991-02-26 Halliburton Logging Services Inc. Neutron generator tube
US4529571A (en) * 1982-10-27 1985-07-16 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Single-ring magnetic cusp low gas pressure ion source
US5067090A (en) * 1989-05-01 1991-11-19 Schlumberger Technology Corporation Nuclear spectroscopy method and apparatus for digital pulse height analysis
DE3935408A1 (de) 1989-10-24 1991-04-25 Siemens Ag Metallionenquelle
US5233269A (en) * 1990-04-13 1993-08-03 Varian Associates, Inc. Vacuum tube with an electron beam that is current and velocity-modulated
US5317233A (en) * 1990-04-13 1994-05-31 Varian Associates, Inc. Vacuum tube including grid-cathode assembly with resonant slow-wave structure
US5198677A (en) * 1991-10-11 1993-03-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Production of N+ ions from a multicusp ion beam apparatus
US5745536A (en) 1996-06-05 1998-04-28 Sandia Corporation Secondary electron ion source neutron generator
RU2199136C2 (ru) * 1998-01-23 2003-02-20 Циньхуа Юниверсити Генератор нейтронов в герметичной трубке, содержащий встроенный детектор связанных альфа-частиц для скважинного каротажа
JP3122081B2 (ja) * 1998-11-25 2001-01-09 石油公団 中性子発生管
US7139349B2 (en) * 2001-03-16 2006-11-21 The Regents Of The University Of California Spherical neutron generator
US6985553B2 (en) * 2002-01-23 2006-01-10 The Regents Of The University Of California Ultra-short ion and neutron pulse production
US7073378B2 (en) * 2003-08-07 2006-07-11 Schlumberger Technology Corporation Integrated logging tool for borehole
US7663119B2 (en) * 2004-08-12 2010-02-16 John Sved Process for neutron interrogation of objects in relative motion or of large extent
US20090108192A1 (en) * 2007-10-25 2009-04-30 Schulumberger Technology Corporation Tritium-Tritium Neutron Generator Logging Tool
US9001956B2 (en) * 2007-11-28 2015-04-07 Schlumberger Technology Corporation Neutron generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3660715A (en) * 1970-08-18 1972-05-02 Atomic Energy Commission Ion source with mosaic ion extraction means
SU690983A1 (ru) * 1978-01-09 1980-12-23 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт Нейтронна трубка
US5293410A (en) * 1991-11-27 1994-03-08 Schlumberger Technology Corporation Neutron generator
RU2287197C2 (ru) * 2004-12-23 2006-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова" Нейтронная трубка

Also Published As

Publication number Publication date
CN101460003B (zh) 2012-08-08
CA2708307A1 (en) 2009-06-18
US7978804B2 (en) 2011-07-12
EP2223578A1 (en) 2010-09-01
WO2009076291A1 (en) 2009-06-18
US20090146052A1 (en) 2009-06-11
RU2010128652A (ru) 2012-01-20
CN101460003A (zh) 2009-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2502239C2 (ru) Маломощные генераторы нейтронов
RU2491796C2 (ru) Генератор нейтронов
US20090108192A1 (en) Tritium-Tritium Neutron Generator Logging Tool
US8461520B2 (en) Sourceless gamma ray production system and methods
US20150168579A1 (en) X-ray generator having multiple extractors with independently selectable potentials
EP2795372B1 (en) Method for operating a pulsed neutron generator tube which extends the lifetime of a cathode
US20150168590A1 (en) Neutron generator having multiple extractors with independently selectable potentials
US20100276581A1 (en) Borehole neutron generator with unique electrode structure and d-d, t-t or d-t reactants
US10271417B2 (en) Method and apparatus to identify functional issues of a neutron radiation generator
US9696455B2 (en) Automated control of electrically operated radiation generators
US11378714B2 (en) Large depth-of-investigation pulsed neutron measurements and enhanced reservoir saturation evaluation
US8604417B2 (en) Targetless pulsed neutron generator using beam-beam interaction
US3185849A (en) Pulsed neutron source utilizing an accelerator tube
Ismail et al. Measurement and analysis of alpha-induced reactions on Ta, Ag and Co
Cherdizov et al. Experimental research of neutron yield and spectrum from deuterium gas-puff z-pinch on the GIT-12 generator at current above 2 MA
US2884534A (en) Well logging by selective detection of neutrons
US9470817B2 (en) Method and apparatus to determine pressure in a neutron radiation generator
US3253148A (en) Proton source of gamma radiation for well logging
US3071690A (en) Well logging radiation sources
Litvak et al. Tests of the space gamma spectrometer prototype at the JINR experimental facility with different types of neutron generators
Bai et al. Development of a high-yield compact DD neutron generator
Bayless et al. Advances in X-ray and neutron source technologies for logging applications
Dementiev et al. On the possibility of direct investigations of neutron-neutron scattering at LHC beam dump
NO167108B (no) Fremgangsmaate for aa styre driften av en noeytronkilde av akseleratortypen samt pulset noeytronkilde.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151209