中子测井的物理基础.ppt

《中子测井的物理基础.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、中子测井的物理基础第十章中子测井(Neutronlog)一、中子测井的物理基础因为不同能量的中子与原子核作用时有着不同的特点，所以通常根据中子的能量大小，可以把它分成几类：高能快中子：能量大于10万电子伏特；中能中子：能量在100电子伏特—10万电子伏特之间；慢中子：能量小于100电子伏特；其中0.1—100电子伏特的中子为超热中子；能量等于0.025电子伏特的中子为热中子。第十章中子测井(Neutronlog)二、中子与物质作用几种作用形式：（1）非弹性作用：高能快中子与原子核碰撞（2）弹性散射：高能快中子经一、二次非弹性散射后，能量降低，继续碰撞原子

2、，降低能量和运动速度，而总能量不变，经多次碰撞，能量损失，速度降低，最后变为热中子。（3）辐射俘获：能量低的热中子在其他物质附近漫游，很容易被其他物质俘获而被吸收，其他物质由于俘获中子后则处于激发态，在由激发态向稳定态转变时，则易放出r射线。第十章中子测井(Neutronlog)为了说明中子通过物质时和原子核发生某种核反应的几率大小，引入了有效截面的概念。单个原子核以面积为σ的圆形靶代替。靶的面积大小是这样选定的，即当入射的中子进入靶内时，就遭到碰撞而发生某种反应。面积σ称为有效截面。发生散射过程的有效截面称为散射截面，发生俘获过程的有效截面称为俘获截面

3、，发生两种过程的总有效截面称为全有效截面σ中子与物质的作用截面：第十章中子测井(Neutronlog)单位体积物质的有效截面为各个原子核有效截面的总和，称为宏观有效截面，用Σ表示：为了和宏观有效截面相区别，单个原子核的有效截面(σ)通常叫做微观有效截面。第十章中子测井(Neutronlog)中子吸收方程积分，得式中：I0为落到物质表面上的中子流初始强度，I是在同样面积上能够穿过x厚物质层的中子数。第十章中子测井(Neutronlog)当一束中子流穿过物质时，假定入射的中子流每平方厘米有I个中子，垂直射到每立方厘米有n个核的物质中。如果把物质层分成厚度为d

4、x的无限薄层，在面积为1平方厘米的每一个这样层内，将有ndx个原子核，它的有效截面为nσdx，则中子流通过这个物质层引起的强度变化为：-dI=Iσndx负号表示强度减弱：第十章中子测井(Neutronlog)二、中子与物质的相互作用由中子源发射出来的快中子与组成物质的原子核发生作用，可以分为以下几个阶段：1.快中子的减速过程平均能量约4Mev的高能快中子→碰撞原子核-->发生弹性散射——>中子一部分能量→传给原子核，成为原子核动能，中子本身的能量减少，运动速度降低-->继续碰撞其它原子核.反复多次，能量不断损失，速度不断减慢，最后中子成为热中子，此过程为

5、快中子的减速过程。岩石中不同元素对中子产生弹性散射几率(散射截面)不同，H元素弹性散射截面最大。不同元素减速能力不同，轻原子核对中子减速起主要作用，特别是氢原子核与H碰撞，减速成热中子过程最快，因此，高含H岩石中，快中子将很快减速成热中子。第十章中子测井(Neutronlog)1.快中子的减速过程在减速过程中，中子与原子核正面碰撞一次可损失的最大能量ΔE为式中El中子碰撞前的能量式中A为原子量对于氢元素，质量A＝1，因而a＝0，ΔE＝El，即中子与氢核发生碰撞时，中子就失去全部能量。对于碳元素，A＝12，a＝0.716，中子与碳核碰撞时，中子损失的最大能

6、量为0.28E1。显然A越大的元素，中子与它碰撞时能量损失越小。在实际的弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，每次碰撞后，中子损失的能量并不相同，这与散射角有关。当快中子与原子核碰撞多次，使中子能量降低为0.025电子伏特时，这时的中子为热中子。中子变为热中子之后，就象分子热运动一样在物质中进行扩散，当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几乎相等。第十章中子测井(Neutronlog)1.快中子的减速过程一个中子与一个原子核发生弹性散射的几率称为微观弹性散射截面δs，单位为巴（10-24cm2）。1cm3物质的原子核的微观弹性散射截面之和

7、叫宏观弹性散射截面Σs。通常可以利用宏观弹性散射截面来描述这个减速过程。此外，还可用“减速长度Ls”来描述快中子变为热中子的减速过程。减速长度定义为由快中子减速成热中子所经过的直线距离的平均值，单位为厘米。第十章中子测井(Neutronlog)下表是能量为3.7～7百万电子伏特的中子减速为热中子的减速长度。下表为沉积岩中常见元素的散射截面和每次碰撞的最大能量损失以及中子能量由2百万电子伏特减速为热中子所需的平均碰撞次数。第十章中子测井(Neutronlog)1.快中子的减速过程从表中可以看出，沉积岩中不同元素对中子产生弹性散射的几率(散射截面)不同，氢元

8、素的弹性散射截面最大。另外，不同元素对中子的减速能力也不同，和氢核相碰撞，能量损