伴随α粒子碳氧比能谱测井系统中的γ射线探测器 技术领域：
本发明涉及油田上进行伴随α粒子碳氧比能谱测井时应用到的一种探测器，具体的说是涉及一种应用在伴随α粒子碳氧比能谱测井系统中的γ射线探测器。
背景技术：
14MeV的快中子与原子核作用时，中子被原子核吸收形成复合核，然后中子以较低的能量发射出来，原子核仍留在激发态上。激发核一般又通过发射γ射线返回基态，这种作用过程叫做非弹性散射。伴随α粒子碳氧比测井是基于快中子非弹性散射理论的一种改进的碳氧比测井系统。它包括带有α粒子信号获取装置的中子管，测量中子所诱发的直接非弹性散射γ射线的γ探测器，与γ射线探测器相连的线性电子学部件，与α粒子信号获取装置和γ射线探测器快信号输出端匹配的快电子学定时部件，处在中子管和γ探测器之间的中子屏蔽体，为中子管和电子学部件供电的高压和低压电源，以及耐高压密封钢外壳和通过电缆与电子学部件相连的地面数据获取、处理和控制计算机等。由于套后井水泥环中含有大量的C、O、Si、Ca，这些元素对普通碳氧比能谱测井测得的碳氧比值影响很大，应用伴随α粒子碳氧比能谱测井方法就可以很好的解决非地层因素对碳氧比值的影响。中子发生器产生快中子的反应为：1H3+1d2＝2He4+0n1+17.6Mev，当α粒子探测器检测到一个α信号时，说明有一个快中子产生，此快中子经过一定时间的飞行轰击地层或井眼水泥环时产生非弹性散射特征γ射线，此特征γ射线有一定几率被γ射线探测器接收到。通过与α粒子信号获取装置和γ射线探测器快信号输出端匹配的快电子学定时部件，设定一定的延迟时间，令快中子和地层元素产生的非弹性γ射线与和其相对应的α粒子信号相符合，这样就可以去除井眼中各种干扰物质对测量结果引起的干扰。但是在应用以上方法时发现，采用现有γ射线探测器所获得的谱信号与快信号之间存在着较大的信号干扰，导致测井精度被降低。图2所示即为采用现有γ射线探测器时在实例中得到的俘获谱，即能量与计数率关系图。其中横坐标为能量，纵坐标为计数率，由图中可明显看出，氢峰位置不明显，显示对能量刻度准确性影响很大。
发明内容：
为了解决采用现有γ射线探测器所获得的谱信号与快信号之间存在着较大的信号干扰，导致测井精度被降低的问题，本发明提供了一种新的伴随α粒子碳氧比能谱测井系统中的γ射线探测器，使用该种γ射线探测器后，可以从根本上消除信号倍增过程产生的干扰因素，有效地解决了两种信号相互干扰的问题，保证了测井精度。
本发明的技术方案是：该种伴随α粒子碳氧比能谱测井系统中的γ射线探测器，包括在底部开有谱信号及高压信号出入孔的探头主外壳以及一个位于探头主外壳中的带有闪烁体护套的圆柱形闪烁体，最主要的是，在所述探头主外壳中有两个光电倍增管，即快伽马信号光电倍增管和谱伽马信号光电倍增管，所述圆柱形闪烁体的顶部与底部平面抛光开窗后分别连接所述两个光电倍增管的光阴极，在对应连接处涂抹光学硅油作为光耦合剂；所述谱伽马信号光电倍增管的阳极输出谱信号，连接线性电子学部件，所述快伽马信号光电倍增管的阳极输出快信号，连接与α粒子信号获取装置匹配的快电子学定时部件。此外，所述γ射线探测器还包括一个快伽马信号光电倍增管密封塞以及一个快伽马信号光电倍增管密封外壳，所述快伽马信号光电倍增管密封塞上开有快伽马信号及高压信号出入孔，且与快伽马信号光电倍增管密封外壳采用螺纹连接，所述快伽马信号光电倍增管密封外壳亦与探头主外壳采用螺纹连接，上述快伽马信号光电倍增管和谱伽马信号光电倍增管与圆柱形闪烁体紧密连接后，对应信号线与高压电源线则分别由两端的信号引出孔出入。
本发明具有如下有益效果：采取上述方案后，由于其中的圆柱形闪烁体两侧平面抛光开窗，分别联接两个光电倍增管，各自独立地接收信号，然后分别输出谱信号和快信号。这样两种信号在放大之前就被分离出来，由此便从根本上消除了信号倍增过程产生的干扰因素，有效地解决了两种信号相互干扰的问题，保证了测井精度。经实验证明，利用本发明，测得俘获谱中氢、铁峰明显，相比之下原系统此二峰不明显，不利于刻度。实际测量俘获总谱及非弹γ谱时，分层能力显著增强，碳、氧峰十分明显。
附图说明：
图1是本发明中所述的新型γ射线探测器的结构示意图。
图2是本发明中提及的应用现有γ射线探测器后获得的能量与计数率关系图。
图3是应用本发明中所述的新型γ射线探测器后获得的能量与计数率关系图。
图中1-快伽马信号及高压信号出入孔，2-快伽马信号光电倍增管管座，3-快伽马信号光电倍增管密封塞，4-快伽马信号光电倍增管密封外壳，5-快伽马信号光电倍增管，6-圆柱形闪烁体，7-探头主外壳，8-闪烁体护套，9-谱伽马信号光电倍增管，10-模数转换电路，11-数据上传电路，12-谱信号及高压信号出入孔。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本种伴随α粒子碳氧比能谱测井系统中的γ射线探测器，包括在底部开有谱信号及高压信号出入孔12的探头主外壳7以及一个位于探头主外壳7中的带有闪烁体护套8地圆柱形闪烁体6，最为重要的是，所述探头主外壳7中有两个光电倍增管，即快伽马信号光电倍增管5和谱伽马信号光电倍增管9。所述圆柱形闪烁体6的顶部与底部平面抛光开窗后分别连接所述两个光电倍增管的光阴极，在对应连接处涂抹光学硅油作为光耦合剂；所述谱伽马信号光电倍增管9的阳极输出谱信号，连接线性电子学部件，所述快伽马信号光电倍增管5的阳极输出快信号，连接与α粒子信号获取装置匹配的快电子学定时部件。此外，所述非弹性散射γ射线探测器还包括一个快伽马信号光电倍增管密封塞3以及一个快伽马信号光电倍增管密封外壳4，所述快伽马信号光电倍增管密封塞3上开有快伽马信号及高压信号出入孔1，且与快伽马信号光电倍增管密封外壳4采用螺纹连接，所述快伽马信号光电倍增管密封外壳4亦与探头主外壳7采用螺纹连接，上述快伽马信号光电倍增管5和谱伽马信号光电倍增管9与圆柱形闪烁体6紧密连接后，对应信号线与高压电源线则分别由两端的信号引出孔出入。
上述方案的优选实施例为，所述圆柱形闪烁体6为锗酸铋圆柱形闪烁体，所述闪烁体护套8为铝材质，两者之间的间隙用氧化镁粉末填充。
此外，为保证各部件之间的紧密接触，可以在探头主外壳7内，谱伽马信号光电倍增管9的管座与探头主外壳7的内壁之间压紧一个弹簧11。
具体实施时，快伽马信号光电倍增管采用日本滨松公司的产品，型号为R1288-01的光电倍增管。谱伽马信号光电倍增管可以采用北京核仪器厂生产的产品，型号为GDB51的光电倍增管。采用的锗酸铋圆柱形闪烁体，简称BGO圆柱形闪烁体，尺寸为φ50mm×70mm，圆柱两侧底面抛光。快伽马信号光电倍增管密封塞、快伽马光电倍增管密封外壳以及探头主外壳均为金属钢制外壳，快伽马信号光电倍增管管座、快伽马信号光电倍增管以及闪烁体的一侧构成了快信号探测部分；谱伽马信号光电倍增管、谱伽马信号光电倍增管管座以及闪烁体的另一侧则构成了谱信号的探测部分。两只光电倍增管的高压和地线分别从两端的出入孔引入探头内部，而快伽马信号和谱信号分别用同轴线从两端的出入孔引出。
总结本发明的构思基础在于：在以往放射性探测方面大多只需要取一个信号即可，所以基本上都采用从阳极取信号的方式。在大型物理实验用及放射性测井仪器中，有时需要将采集的一个信号用于两种用途，这时常用的做法是只用一个光电倍增管，直接从光电倍增管的某一个打拿极引出逻辑分析信号，从阳极引出谱分析信号。而本发明描述的伴随粒子仪器，原来采用快信号从倒数第四打拿极取出，谱信号从阳极取出。但是经实验证明，由于对谱信号幅度的高精度要求，使得传统的一个光电倍增管引出的两种信号存在的干扰不能忽视。当非弹性散射强度比较高时得到的俘获谱信号中用于刻度的氢峰已经完全模糊，而氢峰一般作为测井之前用于能量刻度的标准。这样伴随粒子仪器就失去了高测量精度的优点。采用两侧开窗双光电倍增管测量以后，由于两种信号在电学方面互不影响，不存在干扰，所以高精度优势明显。
图2及图3分别为两侧开窗与单侧开窗实例得到俘获谱，即能量与计数率关系图，其中横坐标均为能量，纵坐标为计数率。由图中明显看出，一侧开窗时氢峰位置不明显，对能量刻度准确性影响很大。而两侧开窗以后，不光是氢峰，连井眼中硅的俘获峰也十分清晰。显然两侧开窗分别从两个光电倍增管阳极取谱信号及快信号在谱分辨率方面要好于一侧开窗时从光电倍增管的打拿极和阳极同时取信号的分辨率。