Анализ на нейтронопоглощающие элементы. Использование ННМ для анализа на элементы с высокими сече¬ниями захвата медленных нейтронов (редкоземельные элементы, бор и др.) относится к числу первых исследований в области ядерной геофизики.
К настоящему времени наиболее полно разработаны вопросы анализа на бор. Кроме того, ННМ применяют для изучения руд марган¬ца, редкоземельных элементов, ртути, лития и др. Поле тепловых и надтепловых нейтронов за¬тухает в доинверсионной и заинверсионной областях при увеличении концентрации в среде нейтронопоглощающих элементов. Рассмотрим более подробно некоторые закономерности. Влияние энергии регистрируемых нейтронов.
Сечение захвата уменьшается с ростом энергии нейтрона, и соответственно уменьшает¬ся чувствительность нейтронного поля к содержанию нейтронопоглощающего элемента. На рис. 4 показана зависимость потока нейтронов от концентрации бора при различной энергии регистрируемых ней¬тронов. В тепловой области чувствитель¬ность максимальная при малых концентрациях бора; при увеличении содержания бора чувствительность уменьшается. По мере увеличения энергии нейтронов уменьшается чувствитель¬ность к бору, но концентрационное вырождение наблюдается при более высоком содержании бора. Влияние влажности.
В нейтронопоглощающей среде наблюдается инверсия поля при увеличении влажности и плотности. Инверсионная область сдвигается в сторону больших зон¬дов при переходе к меньшим энергиям. Для одной и той же энергии нейтронов с увеличением концентрации нейтронопоглощающих элемен¬тов происходит расплывание зоны инверсии со сдвигом в сторону боль¬ших зондов. При уменьшении водородсодержания наблюдается возрастание чувствительности нейтронного ноля к поглощающим элементам.
Влияние длины зонда. При увеличении расстояния от источника до детектора (и соответственно толщины поглощающе-рассеивающей среды) происходят такие же изменения нейтронного поля, как при уменьшении энергии нейтронов. Это объясняется смягчением спектра нейтронов по мере уда¬ления от источника. Влияние заполнения скважины. Замена в скважине воздуха на воду или буровой раствор существенно уменьшает чувствительность ННК к содержанию нейтронопоглощающих элементов.
Эта закономер¬ность проявляется как в доинверсионной, так и в заинверсиошюй об¬ласти. Заполнение скважины водой вызывает также смещение зоны инвер¬сии в сторону меньшей длины зондов (по сравнению с сухой скважи¬ной или однородной средой). Методика и техника ННК. Для ННК на нейтронопоглощающие элементы обычно используют Ро—Ве-источники нейтронов и сцинтилляционпые детекторы тепловых нейтро¬нов. Разделительный экран между источником и детектором изготавливают из свинца, железа, парафина с бором. 1. Изучение руд бора. ННК успешно применяют на месторождениях бора для выделения руд в разрезе.
Основные помехи — кавернозность стенок скважин и переменный диаметр. Количественные оценки содержания бора встречают значительные трудности, связанные как с помехами, так и с концентрационным вы¬рождением эталонировочного графика в области большого содержа¬ния. Задача до конца не решена, но экспериментально оценена возмож¬ность количественного каротажа.
Следует отметить, что для анализа руд бора при содержании В2O3 свыше 0,3 г/см3 целесообразно переходить к регистрации нейтронов более высоких энергий 1—100 эВ. 2. Руды редкоземельных элементов. Для редких земель (основной поглощающий элемент — гадоли¬ний) характерны большое сечение поглощения тепловых нейтронов и сравнительно небольшое (такое же, как для пород) сечение поглоще¬ния надтепловых нейтронов. При таком условии ННК-НТ характеризу¬ет главным образом изменение водородсодержания, а сравнение ННК-Т с ННК-НТ дает возможность учесть переменную влажность при выделе¬нии поглощающих элементов. 3. Руды ртути.
Имеются благоприятные предпосылки использова¬ния ННК-Т для изучения руд ртути. Симметричный 4π-зонд ННК-Т длиной 31 см обеспечивает хорошую чувствительность и дифференциацию по содержанию ртути в широком диапазоне концентрации (0—10%). Существенные затруднения возникают при изучении комплексных руд ртути, содержащих сурьму, так как последняя имеет повышенное сечение захвата тепловых нейтронов (σс = 5,5 б). Для анализа ртутно-сурьмяных руд успешно сочетали ННК-Т и ГГК-С с одновременным определением двух элементов. 4. Другие элементы.
Перспективы применения ННК-Т имеются при изучении руд лития и марганца. При изучении руд лития возникают проблемы, аналогичные бору. На месторождениях марганца ННК-Т применяют для выделения руд в разрезах скважин. Метод ННК-Т мало пригоден для количественного определения содержаний марганца, так как переменное водородсодержание является серьезной помехой.