用于脉冲中子测井仪的变道宽多定标器系统

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1、第3O卷第8期核电子学与探测技术V01．3ONo．82010年8月NuclearElectronics&DetectionTechnologyAug．2010用于脉冲中子测井仪的变道宽多定标器系统范伟，张智(清华大学工程物理系，北京100084)摘要：介绍了脉冲中子测井仪在碳氧比伽马能谱测量模式和中子寿命测量模式下的工作状态，并据此设计了一套道宽随时间变化的多定标器系统，着重说明了系统中关键可编程逻辑器件的硬件实现方法。该系统在脉冲中子测井仪中可以监控中子发生器的工作状况，更为重要的是它可以形成中子寿命测井所需的时间谱。关键词：多定标器CPLD；时间谱中图分类号：P631．817

2、文献标识码：A文章编号：025849934(2010)08．1016-06脉冲中子测井作为一种成熟的测井方法，1脉冲中子测井仪工作模式】已广泛应用于工程实践HJ。它是以脉冲中子源发出的14MeV中子与地层物质的相互作用脉冲中子测井采用脉冲调制加速器中子为物理基础，一般分为测量非弹性散射射线源，可在测井时按需求发出不同频率和脉冲宽能谱和测量热中子衰减时间谱两种模式。在任度的能量为14MeV的中子束。14MeV的中子何一种工作模式下，测井仪都要记录被探测进入地层，首先与地层某些核素发生非弹性散射线的时间谱，以便于监测中子通量；而对于射，这个作用过程发生在中子发出后的10一一PNC模式

3、来说，记录时间谱即可得到地层物质10I¨s的时间间隔里，对于脉冲宽度为几十s对热中子的宏观俘获截面，并依此区分高矿化的中子束来说，可以认为非弹性散射^y射线是度水层和油气界面。这种时间谱的测量在核电伴随中子发射的同时发生的，以此将非弹性散子学中被称作多定标器测量，即按时间顺序测射射线与其它射线分开。在中子发出后量各段时间间隔内的脉冲计数并形成多道数的10～一10～s时间内，中子主要靠弹性散射据。一损失能量成为热中子，热中子被靶核俘获会放本文从中子与物质相互作用的角度介绍了出俘获射线J。脉冲中子测井仪的工作模式，然后参考国外同根据中子与地层物质的相互作用，脉冲中类仪器设计了一套时间

4、系统。讲解了该系子测井分为碳氧比^y能谱测量模式(CO模式)统的工作原理和实现方法。详细地说明了系统和热中子寿命测量模式(PNC模式)。前者主中关键可编程逻辑器件的功能和硬件设计。最要测量非弹性散射射线；后者测量的是俘获后结合实验数据分析了该系统的性能。射线。在CO模式下，中子源脉冲频率为10kHz，脉宽40s，按时间顺序有三种工作状态，如图收稿日期：2008-01．212所示。状态l共95ms，中子源脉冲重复950作者简介：范伟(1983一)，男，吉林人，清华大学工程次。分别在每个周期(100s)的前4Os和后物理系硕士研究生，从事核测井仪器方面的研究。50s累加记录能谱；以1

5、p,s为道宽记录时间1016谱的前100道。状态2共1ms，以10s为道中子源关闭，以200s为道宽记录时间谱的宽测量时间谱的101～200道。状态3共4ms，201～220道。一非弹性散射^y射线I．--—／厂r-俘获射鄹线玩二：线地层曩予图1脉冲中子源发出的中子与地层的相互作用10O图2C／O模式工作时序图在PNC模式下，源频率为1kHz，脉宽60在脉冲周期后800s，以PHA方式累加记录能s。其工作模式按照时间顺序有两种工作状谱。状态2为4ms，中子源关闭，MCS以200态，如图3所示。状态1持续28ms，启动中子s为单位记录时间谱的101—120道，这些数源后，重复测量周

6、期28次，每次1000s，多定据用于本底测量。这两种工作状态总时间是标器(MCS)以10s为道宽记录时间谱的前32ms。100道。这用于研究辐射俘获时间谱。同时，图3PNC模式工作时序图资源。为了使整个仪器小型化且性能稳定，2多定标器系统的整体设计设计了一套与脉冲幅度分析器并行的多定标器为保证脉冲中子测井仪在两种模式下可靠系统。该系统由时间检出和谱生成两部分组地工作，必须有一套时间控制系统，以给出特定成。的工作模式、工作状态以至工作阶段，并准确地脉冲信号的时间检出采用改进型的前沿触产生时间谱道址信息。发定时。传统的前沿触发定时是由脉冲前沿去经典的多定标器系统由计数电路和计时电触发

7、某一阈值盼陕甄别器，以其输出脉冲信号路组成，辅以必要的门控电路完成定时、定数、作为定时信号。这种方法虽然简单易行，但因清零以及道址步进等功能。但是，脉冲中子脉冲幅度不同而引起的时间游动较大，其定时测井仪的多定标器和脉冲幅度分析器(PHA)误差可由下式粗略计算。在很多情况下是同时工作的，而且共用了很多1017时的基础上采用过饱和放大和微分成形的方法=(见图4)，使进入甄别器前的信号趋于陡直，其中为预设阈值，；分别为脉冲从而减小时间游动；而且此法可以提高预设的信号的最大和最小幅值，t