состояние и основные направления разработок
реклама
Министерство Российской Федерации по атомной энергии Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н. Л. Духова ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ СЕРИЯ : ЯДЕРНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ Издается с 1969 г. Выпуск 1 (19) НЕТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И АППАРАТУРА НП ИХ ОСНОВЕ МОСКВА - 2001 ПРЕДИСЛОВИЕ В настоящем сборнике «Нейтронные генераторы и аппаратура на их основе» представлены статьи, отражающие работы, проводимые во ВНИИА, по выпуску нейтронных генераторов нового поколения и аппаратуры на их основе. В сборнике представлены статьи ведущих специалистов института по следующим вопросам: - состояние и основные направления развития разработок скважинной геофизической аппаратуры на основе генераторов нейтронов ВНИИА для нефтегазовой отрасли; - аналитический активационный комплекс на основе портативного нейтронного генератора для анализа примесей в металлах; - опыт внедрения и эксплуатации импульсного нейтронного каротажа АИНК-43; - исследование и выбор оптимальной системы питания скважинных приборов ИНК; - система телеметрии аппаратуры ИНК с применением технологии сигнальных процессоров; - технологический прибор для контроля содержания калия в минеральных удобрениях; - возможность использования нейтронных генераторов в черной металлургии; - аппаратура импульсного нейтронного каротажа для определения содержания урана в скважинах на месторождениях, отрабатываемых способом подземного выщелачивания; - многозондовая аппаратура импульсного нейтрон-нейтронного каротажа АИНК-89; - контроль делящихся материалов в багаже импульсным нейтронным методом; - электроизоляционные материалы и особенности их применения в импульсных нейтронных генераторах. Редакция приглашает к сотрудничеству специалистов в области ядерной энергетики для публикации своих статей в сборнике «Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерное приборостроение» и рассмотрит любые предложения по вопросам издания, в том числе и рекламные. 2 УДК 550.832.53.07/.08 СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТОК СКВАЖИННОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ГЕНЕРАТОРОВ НЕЙТРОНОВ ВНИИА ДЛЯ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ Ю.Н Бармаков, д.т.н., Е.П. Боголюбов, И.А. Титов, А.Г. Амурский, к.т.н., М.В. Шипунов Рассмотрены современное состояние и перспективы развития одного из важнейших направлений ядерной геофизики – импульсного нейтронного каротажа нефтегазовых скважин. Во ВНИИА разработаны нейтронные трубки, генераторы нейтронов и каротажная аппаратура нового поколения, конкурентоспособные на мировом рынке. Одним из основных способов получения информации в процессе разведки и эксплуатации нефтегазовых месторождений являются ядерно-физические методы исследования скважин. Среди этих методов особую роль играют импульсные нейтронные методы каротажа (ИНК), которые, благодаря высокой проникающей способности нейтронов и вторичного γ-излучения, могут с одинаковым успехом использоваться как в открытом стволе, так и в обсаженной стальной трубой скважине, в которой обычные методы геофизического исследования скважин (ГИС) малоэффективны. Практическая реализация нейтронных методов каротажа при исследовании разрезов нефтегазовых скважин началась более 40 лет назад, когда один из создателей ядерного оружия академик Г.Н. Флёров в 1956 г. предложил использовать для этих целей генератор нейтронов. Оглядываясь назад, сегодня можно с уверенностью говорить о том, что наша страна вплоть до начала 80-х годов занимала лидирующее положение в области разработки аппаратуры ИНК и масштабов её применения. Особенно интенсивно она применялась при контроле за разработкой месторождений, во время которого каротаж производится, как правило, через насосно-компрессорную трубу (НКТ). При этом пришлось решить сложнейшую проблему создания генераторов нейтронов и всего скважинного прибора в корпусе диаметром не более 43 мм. Однако в 80-х годах наметилась явная тенденция отставания российской геофизики в области разработки и использования аппаратуры ИНК от крупнейших геофизических компаний, главным образом – американских. Это безусловно стало следствием экономических проблем России в целом и нефтегазовой отрасли в частности, но, наряду с этим, негативную роль сыграли и чисто технические проблемы. Главная из них – низкие технические характеристики отечественных нейтронных трубок и генераторов нейтронов, в то время являющихся основной аппаратурой ИНК. Малый срок службы нейтронных трубок и низкая надёжность аппаратуры обусловили большие эксплуатационные расходы и резкое сокращение объёмов каротажа. Возникла реальная угроза исчезновения этого вида каротажа из арсенала средств отечественной геофизики. В то же время ряд иностранных геофизических компаний начали активно предлагать свою аппаратуру ИНК и геофизические услуги на российский рынок. В этих условиях ВНИИА Минатома России приступил к работам по созданию и производству аппаратуры ИНК нового поколения. Начав с разработки и серийного выпуска специальных каротажных нейтронных трубок малого диаметра, институт последовательно переходил к разработкам и производству генераторов нейтронов, аппаратурных комплексов, включая детектирующие устройства, устройства телеметрии и 3 обработки каротажной информации, и, наконец, приступил к организации сервисного обслуживания потребителей [1-3]. Улучшилась ситуация с аппаратурой ИНК российского производства. Вклад ВНИИА в изменение ситуации в области скважинной ядерной геофизики с генераторами нейтронов сводится к следующему: 1. Разработано и серийно выпускается пять типов нейтронных трубок для каротажных генераторов, специально предназначенных для решения нефтегазопромысловых задач. Среди них – газонаполненные нейтронные трубки типа ГНТ с частотой следования нейтронных импульсов до 20 кГц, которые ранее не производились отечественной промышленностью. 2. На базе этих трубок разработано либо разрабатываются шесть типов каротажных генераторов, из которых три выпускаются серийно, а остальные три находятся в различных стадиях разработки. Этот набор генераторов закрывает практически весь спектр геофизических задач, решаемых аппаратурой ИНК сегодня, а также тех, которые ещё предстоит решать. 3. На базе этих генераторов разрабатывается несколько видов каротажной аппаратуры ИНК как для разведки, так и разработки нефтегазовых месторождений. Во ВНИИА разработана и с 1998 г. серийно выпускается аппаратура импульсного нейтронного каротажа АИНК-43, которая успешно применяется в процессе разведки и разработки нефтегазовых месторождений для оценки пористости и нефтегазонасыщенности продуктивных пластов, определения положения водонефтяного контакта и т.д. Высокие технические характеристики аппаратуры в сочетании с относительно невысокой стоимостью делают её вполне конкурентоспособной и на мировом рынке. Ряд фирм Германии используют ИНК для контроля состояния подземных хранилищ газа (ПХГ). Опыт, накопленный ВНИИА и немецкими фирмами, можно использовать также и на российских ПХГ. 4. В опытной эксплуатации на ряде месторождений Западной Сибири испытывается несколько комплектов новой аппаратуры ИНК – так называемой аппаратуры “углеродно-кислородного каротажа” (С/O –каротажа). Аппаратура такого типа производилась ранее только американскими фирмами. Для создания российского аналога аппаратуры С/O –каротажа ВНИИА разработал специальный высокочастотный генератор, а НПЦ “Тверьгеофизика” взял на себя функции по разработке остальных частей аппаратуры и её внедрению в промышленную эксплуатацию. Такая аппаратура позволяет однозначно определять характер насыщения пласта флюидами, независимо от их минерализации (концентрация NaCl) пластовых вод. Однако, несмотря на достигнутый в последние годы прогресс в области разработки отечественной аппаратуры ИНК, положение в этой области ядерной геофизики нельзя назвать стабильным. Западные геофизические компании, в первую очередь американские, ведут активную работу по расширению своего рынка на российских месторождениях, предлагая свои услуги и аппаратуру. Для успешной конкуренции с этими фирмами необходимо непрерывно совершенствовать нейтронные генераторы, создавать всё более информативную аппаратуру ИНК. В частности, стоит вопрос создания спектрометрической аппаратуры ИНК для определения состава элементов в затрубном пространстве скважины. Такая аппаратура по соотношениям ряда элементов (Ca, Si, Fe, Cl, S, H) позволит определить пористость и литологический состав пластов, выявлять и оценивать пропущенные залежи, исследовать старый фонд скважин. Перечень выпускаемой и разрабатываемой продукции и их краткая техническая характеристика приведены в таблице. 4 Перечень выпускаемой продукции и перспективных разработок ВНИИА в области скважинных генераторов нейтронов и аппаратуры на их основе Тип аппаратуры Год начала выпуска АИНК-43 1996 Диаметр скваж. части, мм 43 Длина скваж. части, мм 3300 Максим. рабочая темп., С Средний ресурс, ч +120 Максим. рабочее давление, МПа 100 АИНК-43-50 2001 43 3300 +120 100 100 ИНГ101-50 АИНК-43-400 2002 43 3700 +120 100 300 ИНГ-08 АИНК-43-50Г 2002 43 3300 +120 100 100 ИНГ101-50 Опыт.образцы 2 зонда ИНГК, 50 Гц АИНК-89 2002 89 3500 +120 70 300 ИНГ-06-1 Опыт.образцы 4 зонда ИННК, 400Гц ИНГ-101 1996 34 1240 +120 - 100 ВНT1-26 TНT-1411 Серия 1х108 н/с до 250 шт/год 1-20 Гц ИНГ-101-50 2001 34 1180 +120 - 100 ВНT1-26 Опыт.образцы 1х108н/с, 1-50 Гц ИНГ-11 2000 27 1300 +120 - 50 ВНT1-20 TНT-1415 Опыт.образцы 5х107н/с 1-20 Гц ИНГ-12 2001 44 980 +120 - 50 ВНT1-26 НT-145 Опыт.образцы 5х108н/с 1-50 Гц ИНГ-06-1 1998 70 1200 +120 - 300 ГНT1-32 Серия до 20 шт/год 1х108н/c 400-1000 Гц ИНГ-06-10 1998 70 1200 +120 - 300 ГНT1-32 Серия до 20 шт/год 1х108н/c, 10 кГц ИНГ-08-1 2001 34 2000 +120 - 300 ГНT1-26 ИНГ-08-10 2001 34 2000 +120 - 300 ГНT1-26 5 Tип генератора/ трубки Состояние разработки 100 ИНГ101 Серия до 35 шт/год Примечание 2 зонда ИННК, 20Гц Опыт.образцы 2 зонда ИННК, 50 Гц В разработке 2 ИНГК/ИННК,400Гц Опыт.образцы 1х108н/c 400-1000 Гц В разработке 1х108н/c,10 кГц Литература 1. Боголюбов Е.П., Титов И.А., Хасаев Т.О. и др. Разработка и производство нейтронных трубок, генераторов нейтронов и аппаратуры ИНК на их основе во ВНИИА.//Тезисы докладов конференции. Современная ядерная геофизика при поисках, разведке и разработке нефтегазовых месторождений. - Бугульма 18-20 мая 2001, с. 12-14. 2. Боголюбов Е.П., Горбатюк О.В., Громов Е.В. и др. Аппаратурно-методические комплексы импульсного нейтронного каротажа (АМК ИНК) нового поколения: результаты, проблемы, перспективы.//Тезисы докладов конференции. Современная ядерная геофизика при поисках, разведке и разработке нефтегазовых месторождений. Бугульма 18-20 мая 2001, с. 15. 3. Боголюбов Е.П., Титов И.А., Хасаев Т.О. и др. Разработка и производство нейтронных трубок, генераторов нейтронов и аппаратуры ИНК ВНИИА.//Тезисы докладов симпозиума. Новые технологии в геофизике. - Уфа 22-24 мая 2001, с. 126-127. 6 УДК 539.1.074.8 АНАЛИТИЧЕСКИЙ АКТИВАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ ПОРТАТИВНОГО НЕЙТРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ АНАЛИЗА ПРИМЕСЕЙ В МЕТАЛЛАХ В.Д. Александров, В.Т. Бобылев, Е.П. Боголюбов, к.ф.-м.н. Л.А. Корытко, Ю.Г. Полканов, В.И. Рыжков Во ВНИИА начата разработка технологии нейтронноактивационного анализа (НАА) содержания кислорода и других примесей в титане и сплавах на его основе, выпускаемых ВерхнеСалдинским металлургическим производственным объединением. В данной статье обоснован выбор в качестве источника быстрых нейтронов для этой технологии одного из импульсных нейтронных генераторов, созданных во ВНИИА, а также рассмотрены варианты мониторирования потока нейтронов такого источника. Сделан вывод, что для обеспечения высокой производительности анализа на один-два элемента целесообразно регистрировать -излучение наведенной в образце активности с помощью сцинтилляционного детектора на основе кристалла NaI(Tl) большого объема с колодцем. Для анализа -спектра может быть применен отечественный программно управляемый спектрометр SBS-60, устанавливаемый в компьютер. Этот спектрометр позволяет использовать и детектор высокого энергетического разрешения на основе особо чистого германия при необходимости выполнения многоэлементного анализа одного образца. Введение Уже несколько десятилетий во многих странах, в том числе и в России, нейтронноактивационный анализ (НАА) успешно применяется как в научных исследованиях, так и для аналитического обеспечения промышленного и сельскохозяйственного производств. Этот ядерно-физический метод анализа основан на облучении вещества потоком нейтронов и последующем измерении спектра -излучения радионуклидов, являющихся продуктами различных реакций нейтронов с ядрами элементов в анализируемом образце. По характерным пикам в спектре -излучения активированного образца идентифицируют присутствующие в образце элементы, а по величине этих пиков определяют содержание интересующих элементов. Благодаря большому разнообразию нейтронных ядерных реакций, которые могут быть положены в основу конкретных методик НАА, набор возможных анализируемых элементов достаточно широк, а продолжительность анализа обычно составляет от нескольких десятков секунд до нескольких минут. Высокая проникающая способность нейтронов и -квантов обусловливает неразрушающий характер нейтронно-активационного анализа. Этот метод не требует трудоемкой пробоподготовки и позволяет многократно проанализировать один и тот же образец вещества в твердой или жидкой фазе, что обеспечивает возможность повышения точности результата, а при использовании так называемого циклического режима – и повышение чувствительности анализа. 7 Помимо этого, нейтронно-активационный метод позволяет анализировать образцы массой до нескольких десятков граммов, что значительно превышает величину навески в других методах, обеспечивая тем самым высокую представительность анализа. Инструментальный вариант многоэлементного НАА (ИНАА), при котором для селективного измерения активности интересующих радионуклидов используется не радиохимическое их разделение, а только аппаратные средства и специальные программы обработки зарегистрированных -спектров, позволяет полностью автоматизировать процесс анализа. Режимы облучения образцов нейтронами и измерения инициированного -излучения, методы обработки зарегистрированных аппаратурных спектров и вычисления содержания элементов могут быть заданы программно с помощью компьютера, управляющего всем ходом анализа. Это обеспечивает высокую производительность метода, что особенно важно при выполнении массовых поточных анализов с целью контроля технологических процессов и качества продукции 1- 4. Источник нейтронов В качестве источника нейтронов наибольшее применение в системах ИНАА находит нейтронный генератор, генерирующий по (d-T)-реакции быстрые нейтроны с энергией около 14 МэВ [5]. На нейтронах с такой энергией происходит большинство пороговых ядерных реакций, подходящих для экспрессных методик анализа. В частности, широко применяемое нейтронно-активационное определение содержания кислорода основано на реакции 16O (n,p)16N, порог которой равен приблизительно 10,2 МэВ. Один из типов такого генератора быстрых нейтронов – малогабаритный импульсный генератор на отпаянной трубке – в наибольшей степени соответствует тем требованиям, которые предъявляются к проектируемой нейтронно-активационной установке производственного назначения [6]. Важнейшими из них являются обеспечение потока нейтронов на уровне, не ниже 5109 нейтр./с, возможность работы под управлением компьютера и максимальная радиационная безопасность. Конструкция генератора позволяет проводить оперативную замену блоков нейтронных трубок, что обеспечивает достаточный ресурс для выполнения больших объемов анализов. Семейство импульсных генераторов нейтронов (ИНГ), разработанных и серийно выпускаемых во ВНИИА, насчитывает более 15 типов. Особенно важны для применения в производственных условиях такие их достоинства как портативность, низкое энергопотребление, широкий диапазон частоты повторения и длительности нейтронного импульса и практически полная безопасность в выключенном состоянии. Вследствие относительно малых габаритов при эксплуатации импульсных генераторов не требуется громоздкой радиационной защиты: например, такой генератор может быть размещен в скважине в полу лабораторного помещения или в полости бака, заполненного водой. Мониторирование плотности потока нейтронов Наибольшее распространение на практике получил относительный метод количественного анализа, состоящий в сравнении активности аналитического радионуклида в исследуемом образце и в образце с известным содержанием определяемого элемента. При этом неизвестный образец и образец сравнения облучают одновременно или раздельно во времени. Последний вариант анализа позволяет использовать более простую по конструкции одноканальную пневмопочту при условии обеспечения надежного мониторирования плотности потока быстрых нейтронов в месте облучения образца. Это требование связано с флюктуацией во времени потока быстрых нейтронов, характерной для источников ускорительного типа – нейтронных генераторов. Помимо этого, у некоторых моделей импульсных генераторов нейтронов наблюдается 8 непостоянство положения «активного пятна» на мишени из-за угловой флюктуации пучка дейтронов. Вследствие большого градиента плотности потока нейтронов вблизи мишени, это также может приводить к заметным колебаниям наведенной в образце активности от цикла к циклу облучения. Флюктуации потока нейтронов в процессе облучения влияют различным образом на величину наведенной активности образца и число отсчетов в канале монитора. Если в счетчике монитора количество отсчетов увеличивается в результате простого суммирования, то активность радионуклида в образце возрастает или убывает экспоненциально, приближаясь в пределе к уровню насыщения, который определяется плотностью потока нейтронов, усредненной по объему образца. Таким образом, число отсчетов в канале монитора соответствует флюенсу за все время облучения, в то время как активность интересующего радионуклида в образце определяется в большей степени действующим значением плотности потока нейтронов в конце периода облучения. Такое различие становится тем значительнее, чем больше продолжительность облучения превышает период полураспада образующегося радионуклида. По этим причинам мониторирование потока нейтронов с помощью какого-либо из распространенных детекторов быстрых нейтронов, газонаполненного или твердотельного, не является оптимальным с точки зрения сходимости результатов анализа. Предпочтительнее применение двухканальной пневмотранспортной системы, в составе которой имеется специальная камера облучения для одновременного облучения анализируемого образца и стандартного образца определенного состава, который выполняет функцию монитора потока. Камера во время облучения обеспечивает вращение этих образцов вокруг двух взаимно перпендикулярных осей: оси пучка нейтронов и собственных осей, что позволяет усреднить эффективную плотность потока нейтронов по объемам образца и стандарта. При одновременном анализе нескольких элементов целесообразно использовать во втором канале вместо одноэлементного стандарта монитор потока нейтронов, представляющий собой смесь двух или более компонентов, содержащих определяемые элементы. Масса каждого из этих элементов должна быть достаточной для обеспечения приемлемой статистической погрешности мониторирования потока нейтронов. В этом случае измерение наведенной активности образца и монитора выполняется в течение нескольких интервалов измерения, задаваемых в соответствии с периодами полураспада аналитических радионуклидов, и при вычислении результатов анализа используется нужное число отсчетов от монитора. Альтернативным решением проблемы мониторирования потока нейтронов является использование в спектрометрическом тракте монитора интегрирующей цепи с варьируемой постоянной времени. Задавая значение этой постоянной, равное периоду полураспада аналитического радионуклида, можно с помощью такого монитора адекватно учитывать временную нестабильность потока нейтронов генератора. Следует отметить, что этот способ мониторирования, во-первых, не позволяет отслеживать пространственные изменения геометрии облучения, произошедшие по разным причинам. Во-вторых, достаточно сложно осуществить подобным образом корректное мониторирование потока нейтронов при анализе нескольких элементов одновременно. В силу рассмотренных выше факторов, базовый вариант проектируемой установки НАА будет включать двухканальную пневмотранспортную систему с общей камерой облучения анализируемого и стандартного образцов (или монитора потока нейтронов) и отдельными камерами измерения наведенной в них активности (см.рисунок). Измерение спектров -излучения Для регистрации -излучения наведенной активности предполагается предусмотреть возможность использования в установке НАА не только сцинтилляционных, но и 9 полупроводникового детектора на основе особо чистого германия, что позволит при необходимости значительно расширить список анализируемых элементов. С этой целью обработка сигналов от детектора -квантов будет выполняться с помощью универсального спектрометрического устройства, разработанного и изготавливаемого в России 7. ИНГ NaI BGO Упрощенная схема установки инструментального НАА Устройство представляет собой программно управляемый процессор импульсных сигналов от детектора, выполненный на одной плате, которая устанавливается в компьютер. На плате находятся все узлы, необходимые для получения амплитудного распределения сигналов, интерфейс связи с компьютером, где происходит накопление и обработка данных измерений, а также источники низковольтного питания предусилителя и высоковольтного питания ФЭУ или смещения полупроводникового детектора. К спектрометрическому устройству, предназначенному для измерения -излучения наведенной активности, предъявляются особые требования. Это обусловлено высокими (до 105 1/с) скоростями счета на входе устройства в начале измерения активности образца сразу после окончания облучения, быстрым снижением скорости счета при измерении короткоживущих активностей и изменением формы аппаратурного спектра в процессе измерения при многоэлементном анализе. По этим причинам потребуется доработка спектрометра, направленная на повышение его быстродействия и уменьшение электронных потерь импульсов. 10 Правильность результатов количественного анализа, основанного на спектрометрии, в значительной мере определяется величиной электронных потерь счета, которые обусловлены конечными значениями временных констант цепей обработки сигнала с детектора -квантов. В усилителе-формирователе это приводит к наложениям импульсов, в результате чего, с одной стороны, часть полезной информации выводится за пределы «области интереса» в аппаратурном спектре, а, с другой, в этот интервал энергии попадают импульсы, не связанные с определяемым элементом. В амплитудноцифровом преобразователе это приводит к просчету событий, приходящих на вход АЦП в течение времени кодирования сигнала. Корректная компенсация электронных потерь в условиях переменных входной скорости счета и формы аппаратурного спектра не является тривиальной задачей. Известный метод коррекции просчетов путем добавления отсчетов «быстрого» счетчика, зарегистрированных в течение периода занятости АЦП, в канал с кодом, отличным от выработанного АЦП, не всегда дает хорошие результаты при переменном составе входного -спектра [ 8 ]. По предварительным оценкам более приемлемой является коррекция просчетов путем умножения числа отсчетов в каждом канале анализатора на коэффициент, равный отношению суммы отсчетов «быстрого» счетчика и интегрального числа отсчетов во всем зарегистрированном спектре [9]. Возможная модификация такого способа состоит в том, что процедура корректировки просчетов будет производиться в течение всего периода измерения наведенной активности с частотой, определяемой скоростью изменения входной загрузки спектрометра. Выбор типа детектора -квантов определяется особенностями конкретной аналитической задачи. Так, например, при определении содержания в металлах таких газовых микропримесей как кислород или хлор, целесообразно применять детектор с высокой эффективностью регистрации жестких -квантов, так как анализ этих элементов выполняется по радионуклидам 16N и 37S, испускающим фотоны с энергией 6,13 и 3,10 МэВ, соответственно. В этом случае представляется целесообразным применение сцинтиллятора на основе кристалла NaI(Tl) большого объема с колодцем. Перспективным вариантом детектора для поточного экспресс-анализа может быть и сцинтиллятор на основе кристалла ортогерманата висмута BGO. В последнее время детекторы этого типа приблизились по энергетическому разрешению к сцинтилляторам на основе кристалла NaI(Tl) и имеют близкие к последнему временные характеристики, обладая при одинаковом объеме в два-три раза большей эффективностью регистрации высокоэнергетичных -квантов. В результате одинаковые метрологические характеристики анализа: чувствительность и точность могут быть достигнуты при меньших значениях потока нейтронов генератора или при сокращенном времени облучения, что способствует увеличению срока службы нейтронной трубки. При выполнении многоэлементного анализа в спектре -излучения наведенной активности обычно присутствует большое количество интерферирующих линий. Примером подобной задачи является контроль состава сплавов в металлургии. В этом случае для надежного измерения интенсивностей аналитических линий необходимо использовать ППД высокого разрешения на основе особо чистого германия. Для измерения -излучения, наведенного в образцах сравнения – стандартных образцах или мониторах потока нейтронов,– достаточно использовать сцинтиллятор средних размеров, так как обычно не представляет проблемы довести массу интересующих элементов в этих образцах до уровней, обеспечивающих приемлемую статистику измерений. В заключение следует отметить, что проектируемая активационная установка должна стать базовым прототипом, т.е. обеспечивать возможность относительно простой 11 адаптации нейтронно-активационной технологии элементного анализа к специфике конкретной задачи на том или ином предприятии. Это требование предъявляется как к составу аппаратуры и структуре пневмотранспортной системы установки, так и к программному обеспечению (ПМО). В ПМО установки должны входить модули управления работой генератора нейтронов и пневмотранспортной системы, позволяющие задавать оптимальный режим анализа интересующих элементов, а также подпрограммы обработки -спектров и вычисления результата и его погрешности. Как показывает опыт применения методов НАА, несмотря на относительно высокую стоимость аппаратуры, использование этой технологии во многих случаях становится экономически оправданным в расчете на стоимость одного элементоопределения, вследствие высокой производительности и исключения затрат на пробоподготовку. Литература 1. Егиазаров Б.Г., Корытко Л.А., Сельдяков Ю.П. Измерительная техника в инструментальном нейтронно-активационном анализе. М.: Атомиздат, 1972, с.26. 2. Вожжов В.Ф., Егиазаров Б.Г., Александров В.Д., Корытко Л.А. Опыт и перспективы использования установки активационного анализа для аналитического обеспечения селекционных исследований. Там же, с.26. 3. Андреев А.В. Новые возможности активационного анализа с использованием нейтронных генераторов. Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук. Государственный научноисследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "ГИРЕДМЕТ". Москва, 1999 4. James W.D. 14 MeV Fast Neutron Analysis the Year 2000. J.Radional.Nucl.Chem.,243, 119-123 (2000). 5. Кирьянов Г.И. Тенденции разработки портативных генераторов нейтронов с запаянными трубками.// Тезисы докладов 3-го Всесоюзного научно-технического совещания. Вопросы разработки и применения портативных генераторов нейтронов. Киев, ноябрь, 1988, с.1. 6. Боголюбов Е.П., Хасаев Т.О., Коротков С.А. Нейтронный генератор нового поколения ИНГ-17 для аппаратуры элементного анализа на основе нейтроннорадиационных методов.// Сборник материалов VII седьмого ежегодного семинара. Спектрометрический анализ. Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ. – Обнинск: ГЦИПК, 20-24 ноября 2000, 290 с. 7. Дорин А.Б., Кондрашов М.В., Сельдяков Ю.П. Быстродействующее спектрометрическое устройство SBS-60 и области его применения. // Труды научно-инженерного центра «СНИИП». Ядерные измерительноинформационные технологии-99. М.: Измерительно-информационные технологии, 1999, с.88. 8. Электронные методы ядерной физики. Под ред. Л.А. Маталина. М.: Атомиздат, 1973, с.190. 9. Барышев Л.В., Корытко Л.А. Методы уменьшения и учета просчетов в амплитудной спектрометрии. Труды научно-инженерного центра «СНИИП». Ядерные измерительно-информационные технологии-99. М.: Измерительноинформационные технологии, 1999, c.145. 12 УДК 550.832.5 ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ АППАРАТУРЫ ИМПУЛЬСНОГО НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА АИНК-43 Е.П. Боголюбов, И.А. Титов, М.В. Шипунов, к.т.н. А.Г. Амурский, В статье рассмотрен опыт внедрения аппаратурно-методического комплекса (АМК) импульсного нейтронного каротажа АИНК-43, выпускаемого во ВНИИА. Представлены порядок взаимодействия с потребителем аппаратуры в части гарантийных обязательств, внедрения и сервисного обслуживания. Разработка аппаратурно-методического комплекса (АМК) АИНК-43 во ВНИИА завершилась в апреле 1998 г. Его краткие технические и метрологические характеристики, а так же методы их определения опубликованы в научно-техническом вестнике [1, 2, 3]. Технические условия на АИНК-43 соответствуют стандарту СТ ЕАГО-043 "Геофизическая аппаратура и оборудование. Аппаратура импульсного нейтронного каротажа. Параметры, характеристики, требования. Методы контроля и испытаний". В период разработки проводились демонстрации и поставка опытных образцов в различные геофизические организации, российские и зарубежные, производственные и научно-исследовательские. К настоящему времени поставлено более 70 комплектов АИНК-43 в Россию и страны ближнего и дальнего Зарубежья. В Среднем Приобъе, Волжском регионе, Казахстане, Калининградской и Полтавской областях АИНК-43 используется, в основном для контроля за разработкой нефтяных месторождений, а немецкой фирмой BLM - для контроля режимов эксплуатации подземных хранилищ газов (ПХГ). В ОАО "Нижневартовскнефтегеофизика" имеется опыт использования АИНК-43 в горизонтальных скважинах. Все поставки сопровождались внедрением АМК с участием специалистов ВНИИА. В результате накоплен определенный опыт в решении проблем, возникающих при освоении новой техники. Наиболее важной на этапе внедрения АИНК-43 была проблема обеспечения и контроля качества на уровне, гарантированном в технических условиях в пределах срока службы. Качество аппаратурно-методического комплекса, на наш взгляд, определяется его метрологическими и эксплуатационными характеристиками. Метрологические характеристики устанавливаются и проверяются на стандартных образцах горных пород в части основных погрешностей и на испытательных стендах - в части дополнительных погрешностей, вызываемых изменениями окружающей температуры, напряжения питания и механическими воздействиями. Дополнительные погрешности, вызываемые отличием литологии, диаметра скважины и минерализации пластовых и скважинных вод от стандартных образцов, определяются расчетным путем и могут быть проверены или уточнены для конкретных месторождений после проведения большого объема опытнометодических работ. Эксплуатационные характеристики определяют величину затрат геофизической организации на приобретение, внедрение и эксплуатацию аппаратурнометодического комплекса данного типа. К наиболее важным характеристикам относятся: цена комплекса, параметры его надежности и долговечности, стоимость его внедрения и ремонта, стоимость проведения работ и результатов интерпретации данного метода геофизических исследований скважин (ГИС) согласно расценке заказчиком геофизических услуг. 13 При поставках АМК АИНК-43 проводились работы по внедрению, включающие: электрическое, механическое и информационное согласование аппаратуры и программного обеспечения комплекса с аппаратурой и программным обеспечением каротажной станции; проверку метрологических характеристик комплекса в нормальных условиях; проверку воспроизводимости результатов, каротажа в скважинных условиях. При проведении работ осуществлялось обучение персонала каротажной, метрологической, ремонтной и контрольно-интерпретационной служб организациипокупателя в объеме инструкции по эксплуатации и технического описания комплекса. Для контроля стабильности метрологических характеристик при эксплуатации аппаратурно-методического комплекса использовались результаты периодических измерений в бассейне с пресной водой и данные каротажа с интервалами перекрытия. Восстановление метрологических характеристик требуется либо в случае катастрофического отказа одного из блоков, либо в результате постепенного ухудшения характеристик работы и надежности блоков. В любом случае требуется ремонт аппаратуры. Наш опыт внедрения показывает, что наиболее целесообразно ремонт, проводимый силами ремонтной службы организации-покупателя, ограничить диагностикой и заменой отказавшего узла или блока. При этом под узлом понимается печатная плата или моточные изделия с контактными панелями, для замены которых требуются операции отпаивания и припаивания выводов к контактным точкам. Блоки нейтронной трубки, питания и управления нейтронного генератора, наземного пульта управления снабжены разъемными соединителями и для их замены не требуется пайка. Ремонт узлов или блоков производится во ВНИИА, после чего они подвергаются необходимому объему испытаний для выявления скрытых отказов. После успешного прохождения испытаний они возвращаются покупателю. Такой порядок принят для всех блоков, кроме блока нейтронной трубки, который после ремонта используется только для испытаний, а покупателю направляется новый блок: при этом на все блоки, прошедшие ремонт, сохраняются гарантийные обязательства изготовителя. Если ремонтная служба организации-покупателя проводит ремонт блоков или узлов своими силами, то гарантийные обязательства считаются недействительными, так как изготовитель не может проконтролировать качество выполненных операций. В этом случае все необходимые последующие ремонтные операции ВНИИА выполняет на договорной основе или ограничивается бесплатными консультациями для технических специалистов покупателя. Нужно заметить, что на комплект узлов и блоков АИНК-43, кроме блоков нейтронного генератора, установлена довольно низкая цена (около 7% от цены комплекса). Покупатель может приобрести этот комплект, который называется "групповой ЗИП АИНК43", отдельно или вместе с АИНК-43, что позволит ему оперативно проводить ремонт без потери гарантийных обязательств. Отметим, что для некоторых организаций, имеющих несколько комплектов АМК АИНК-43 и приобретающих значительное количество блоков трубок, предоставляющих ВНИИА информацию о статистике наработки ресурсных блоков, установлен увеличенный до 70 ч гарантийный ресурс работы блока трубки. Выводы Во ВНИИА разработан и выпускается аппаратурно-методический комплекс импульсного нейтронного каротажа АИНК-43, который может быть поставлен после полной предоплаты заказчиком в соответствии с планом выпуска и поставки, либо немедленно при наличии аппаратуры на складе. При поставке АИНК-43 специалистами ВНИИА выполняются работы по внедрению, стоимость которых входит в цену комплекса. 14 Организации-покупателю АИНК-43 заранее, до начала работ по внедрению, сообщаются требования по метрологическому обеспечению при эксплуатации комплекса, которые не могут быть выполнены без участия покупателя. Для оперативного ремонта АИНК-43 силами своей ремонтной службы с сохранением гарантийных обязательств производителя покупатель может приобрести комплект "групповой ЗИП АИНК-43". Результатом каротажа АИНК-43 является текстовый файл в формате LAS 2.0, который поддерживается всеми геофизическими АРМ. Специалисты ВНИИА готовы участвовать в разработке методики количественной интерпретации результатов каротажа АИНК-43. Литература: 1. Аппаратура импульсного нейтронного каротажа АИНК-43.// Научно-технический вестник "Каротажник". - Тверь.: ГЕРС, 1997, вып.31, с.45-49. 2. Аппаратура импульсного нейтронного каротажа АИНК-43.// Научно-технический вестник "Каротажник". - Тверь.: ГЕРС, 1998, вып.52, с.94-99. 3. Амурский А.Г., Титов И.А., Боголюбов Е.П. и др. Метрологическая аттестация и сертификация аппаратуры двухзондового импульсного нейтрон-нейтронного каротажа.// Научно-технический вестник "Каротажник". - Тверь.: ГЕРС, 1997, вып.35, с.96-103. 15 УДК 539.1.074.8 ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ СКВАЖИННЫХ ПРИБОРОВ ИНК Д.И. Морозов, И.А. Титов, В.А. Цыганков, к.т.н., В.Н.Шеблаков Процессы генерации нейтронов, регистрации вторичного излучения, обработки, накопления и передачи информации из скважинного прибора (СП), требуют передачи электрической энергии по грузонесущему каротажному кабелю длиной 1,5 - 6 км и более от наземного источника электропитания к СП. Оптимальные способы преобразования и рассеяния этой энергии внутри скважинного прибора рассматриваются в настоящей статье. Скважинный прибор аппаратуры ИНК состоит из секции генератора импульсного нейтронного потока и регистрации, обеспечивающей детектирование тепловых нейтронов, обработку и прием – передачу информации между СП и наземной аппаратурой. Если энергоемкость измерительной части аппаратуры и может быть в некоторой мере снижена выбором микромощных схемных решений и элементной базы, обеспечивающих требуемые производительность и точность обработки информации, то мощность, необходимая для генерации нейтронов вакуумной трубкой, составляет порядка 25 Вт для выходного потока 108 14 - МэВных нейтронов в секунду (т.е. порядка 5* 106 нейтронов на ватт), в ближайшее время вряд ли может быть существенно снижена и является основным источником потребления СП импульсного нейтронного каротажа (ИНК). Очевидно, что эффективность передачи и преобразования электрической мощности в СП и рациональность соответствующих технических решений в значительной мере определяют такие характеристики аппаратуры ИНК как безотказность, долговечность, предельная рабочая температура и т.п. Следует отметить, что находящиеся в эксплуатации СП ИНК, питаемые переменным напряжением повышенной частоты (400 Гц – 1 кГц) и требующие использования многожильных каротажных кабелей, можно считать морально устаревшими и не отвечающими современным требованиям заказчиков. Возможность питания СП постоянным напряжением и двусторонней передачи информации через одножильный каротажный кабель с достаточно широко варьируемыми электрическими параметрами существенно облегчают сопряжение с оборудованием заказчика и расширяют сферу применения аппаратуры. Понятно, что при этом необходимо обеспечить одновременно передачу и мощности, и информации. Именно такой способ питания и связи скважинной аппаратуры с наземной был принят за основу при разработке во ВНИИА комплексов ИНК типа АИНК-43 и АИНК-60 (см. рисунок). При этом осуществлялся обоснованный выбор: величины входного питающего напряжения; критериев оптимальности силовых преобразователей входного напряжения излучающей и регистрирующей частей аппаратуры; структурной и принципиальной схем этих преобразователей; элементной базы для их реализации; рабочих частот инверторов преобразователей; направления дальнейшего усовершенствования силовой части аппаратуры. 16 Блок регистрации Блок питания и управления Структурная схема системы питания скважинного прибора ИНК 17 Блок трубки Ясно, что все перечисленные пункты взаимосвязаны и положительный результат достижим только при рассмотрении и реализации их в комплексе. Омическое сопротивление реальных каротажных кабелей зависит от типа и длины и может изменяться от 20 до 200 Ом. Поэтому наземный блок электропитания вместе с каротажным кабелем по отношению к СП с потреблением в десятки ватт, не является идеальным источником напряжения. Не идеальность приводит к следующим факторам паразитного взаимовлияния кабеля и СП: изменению напряжения на входе СП из-за нестационарного потребления тока при изменении режимов работы СП; зависимости режима работы формирователя информационных сигналов СП от типа и длины кабеля; искажению информационных импульсов пульсациями, связанными с рабочими частотами инверторов преобразователей при импульсном характере потребляемого ими тока. Очевидно, что повышение номинального значения входного напряжения на СП одновременно снижает как потребляемый ток, так и его пульсации и соответствующие потери на омическом сопротивлении кабеля. Физическим пределом при этом является пробивное напряжение, которое для реальных кабелей может составлять от 300 до 1500 В. Фактически, максимальные рабочие напряжения определяются наличием и стоимостью элементной базы, в частности, ключевых элементов для реализации инверторов входного напряжения СП. Отметим, что максимальное рабочее напряжение непропорционально "дороже" максимального рабочего тока для коммутирующих элементов с одинаковой мощностью. Выделяемая СП мощность создает градиент температур между его внутренним объемом и окружающей средой. Естественным резервом для снижения как выделяемой мощности, так и указанного градиента, является реализация максимально возможного КПД в преобразователях мощности СП. Однако существенной является не только величина общей рассеиваемой мощности, но и ее распределение по конкретным элементам электрической схемы, а также конструктивное исполнение тепловыделяющих элементов, поскольку затрудненный теплообмен внутри СП вызывает их локальный перегрев. Вместе с тем, перегрев различных элементов не равнозначен. Так, например, некоторые ферромагнитные материалы, в соответствии с техническими условиями, работоспособны при температурах 200 и более градусов Цельсия. Гораздо более критичны к перегреву такие элементы, как высоковольтные конденсаторы большой реактивной мощности и силовые полупроводниковые элементы. Поэтому структурные и схемные решения, направленные на минимизацию потерь мощности именно в критичных элементах, предпочтительны. Известно [6, 7], что минимизация потерь в ключевых элементах инверторов достигается в схемных решениях, реализующих коммутацию этих элементов при нулевых токе или напряжении (мягкое переключение), причем в схемах с повышенным входным напряжением коммутация в нуле напряжения более эффективна. При выборе и проектировании преобразователей мощности аппаратуры ИНК анализировались и исследовались следующие их типы, в которых возможна реализация мягкого переключения: преобразователи [1,с.5,6; 4, с.76-80; 6] на основе инверторов напряжения последовательных резонансных инверторов; преобразователи [1,с.6-11; 4,с.81-85] на основе инверторов тока - параллельных резонансных инверторов; прямо- и обратноходовые квазирезонансные преобразователи [7]; 18 преобразователи [3, с.60-73] на основе инверторов с реактором переменного тока в первичной цепи; преобразователи [5, с.248-262] на основе мостовых квазирезонансных фазосдвигающих инверторов. Основное внимание целесообразно акцентировать на узлах силовой части, выполненных нетрадиционно, с указанием достоинств, позволившим авторам отдать им предпочтение. Скважинная аппаратура ИНК, выпускаемая ВНИИА, имеет проверенное практикой конструктивное исполнение в виде двух функциональных блоков: излучателя и регистрации, расположенных в отдельных герметичных охранных кожухах, связываемых соединительной муфтой. Важным отличием от традиционного исполнения излучателя как единого объема, заполняемого трансформаторным маслом, является его реализация в виде соединяемых высоковольтным разъемом двух неразборных ресурсных изделий: блока трубки (БТ), заполненного маслом и содержащего вакуумную нейтронную трубку (НТ), включенную по биполярной схеме, высоковольтные трансформаторы и накопительные конденсаторы; блока питания и управления (БПУ), содержащего источник зарядного напряжения накопительных конденсаторов БТ, высоковольтный коммутатор этого напряжения – сильноточный коммутирующий элемент частотный (СКЭЧ), формирователь импульсов управления (ФИУ) коммутатором и служебный источник питания (СИП). Такое конструктивное исполнение излучателя сделало необязательным участие в его обслуживании специалистов по высоковольтной и вакуумной технике. Эффективность тех или иных схемных решений преобразователей напряжения зависит от номиналов входного напряжения и, в особенности, от характера нагрузки. Основным потребителем энергии для БПУ являются накопительные конденсаторы БТ. В соответствии с принятой классификацией [2, с.42], схемы зарядных устройств емкостных накопителей энергии принято подразделять на устройства с нерегулируемым и регулируемым зарядным процессом, а также на устройства с жесткой выходной характеристикой преобразования (с токоформирующими элементами) и с дозаторами энергии. Источник зарядного напряжения, реализованный в БПУ, может быть отнесен к классу зарядных устройств с нерегулируемым процессом заряда (поскольку в инверторе излучателя (ИИ) отсутствуют специальные технические средства, направленные на управление скоростью заряда) и емкостным дозатором энергии, роль которого выполняют конденсаторы двухтактной схемы умножения напряжения (СУН) . Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем выключения ИИ схемой сравнения блока стабилизации (БС) в момент достижения зарядным напряжением БТ номинального значения. Особенностью рассматриваемого источника зарядного напряжения является выполнение ИИ, в качестве которого использован двухтактный ключевой синусоидальный генератор с параллельным включением резонансного контура (инвертора тока), работающий в режиме автогенератора. При традиционном использовании, т. е. при работе на резонансной частоте с активной нагрузкой и высокой добротностью контура, резонансные инверторы тока обладают рядом важных полезных свойств [1,с. 6-7; 4, с. 81-84]: от источника питания генератора потребляется постоянный, пропорциональный нагрузке ток; коммутация ключевых элементов осуществляется при нулевом напряжении; ключевые транзисторы не коммутируют реактивную мощность контура, которая (при высокой добротности) существенно превышает активную. 19 В зарядном устройстве БПУ элементом параллельного колебательного контура является повышающий резонансный трансформатор, выходная обмотка которого нагружена на СУН с накопительной емкостью БТ, эффективное значение которой ~ 0,15 мкФ на выходе. По мере заряда накопительных конденсаторов БТ меняются углы отсечки диодов СУН, нелинейные искажения синусоидального напряжения, текущая резонансная частота и входной ток, потребляемый ИИ. Потребляемый ток и текущий период колебаний при этом меняются от максимума (при срабатывании коммутатора и нулевом напряжении накопительной емкости) до минимума (в момент достижения выходным напряжением БПУ номинального ~ 3,5 кВ значения и блокировкой инвертора). Однако режим автогенерации, несмотря на нестационарность нагрузки, дает возможность ИИ все время работать на текущей резонансной частоте. При этом полезные свойства резонансных инверторов тока, указанные выше, сохраняются. Реализация удовлетворительных технических характеристик выбранной структурной схемы зарядного устройства потребовала использования как специальных конструктивных решений (например, симметричная намотка резонансного трансформатора), так и тщательного подбора элементной базы. Так, например, весьма высокие требования предъявляются к тангенсу угла диэлектрических потерь не только основного резонансного конденсатора колебательного контура автогенератора (что, вообще говоря, очевидно), но и к конденсаторам СУН, которые, в отличие от традиционного применения, когда пульсации на конденсаторах схемы умножения пренебрежимы по сравнению с постоянным на них напряжением, в процессе заряда накопительной емкости БТ пропускают через себя значительную реактивную мощность. Эффективные методы улучшения технических характеристик БПУ показали рациональный выбор материала сердечника магнитопровода резонансного трансформатора и рабочей частоты инвертора. В указанном сердечнике целесообразно использовать феррит не только с малым коэффициентом удельной мощности потерь на перемагничивание в рабочем диапазоне частот, но и с отрицательным значением этого коэффициента в наиболее вероятном диапазоне рабочих температур. Реальное быстродействие даже лучших из современных высоковольтных выпрямительных диодов делает в настоящее время нецелесообразным повышение рабочей частоты инвертора БПУ более 70 кГц. Работа регистрирующей части аппаратуры должна обеспечиваться целым рядом питающих напряжений с разными номиналами, потреблением и стабильностью. Двумя крайними вариантами являются реализация этих напряжений в одном многоканальном преобразователе входного напряжения или в виде ряда преобразователей по числу требуемых напряжений. Все питающие напряжения имеют общую точку с корпусом СП. Поэтому их гальваническая развязка от входного напряжения СП, вообще говоря, не нужна. Однако детекторы БД требуют высокого (существенно превышающего входное), а аналоговые и цифровые части регистрации и телеметрии ряда низких (существенно ниже входного) напряжений питания. Поэтому реализация преобразователей входного напряжения на основе бестрансформаторных импульсных регуляторов нерациональна изза слишком большого соотношения времен рабочего такта и паузы при коммутации ключевых элементов. В связи с тем, что детекторы потребляют малую (пренебрежимую с общей) мощность и требуют повышенной стабильности высоковольтного напряжения питания, на первый взгляд представляется рациональным реализовать соответствующий источник питания в виде отдельного преобразователя. Но при реализации малогабаритных инверторов с высоким выходным напряжением для скважинных приборов с внутренним диаметром ~ 32 мм размеры соответствующих трансформаторов лимитируются толщиной требуемых изоляций и выводов, а не величиной трансформируемой мощности, т.е. объем магнитопровода, на перемагничивание которого 20 тратится соответствующая мощность потерь, оказывается неоптимальным (избыточным). Получение всех требуемых напряжений на выходах одного трансформатора также оказывается неэффективным из-за трудности реализации большого числа выводов из малогабаритных катушек и обеспечения удовлетворительной магнитной связи между большим количеством обмоток. Поэтому авторами признана целесообразной реализация БПР в регистрирующей части СП на основе одного инвертора, выполненного в виде параллельного резонансного автогенератора, сходного с используемым в БПУ и обладающего всеми перечисленными выше положительными свойствами, на выходе которого вырабатывается высокое напряжение питания детекторов и биполярное напряжение ~ 15 В для питания аналоговой части регистрации (см. рисунок). Это биполярное напряжение может быть использовано как первичное для бестрансформаторного преобразования в требуемое количество и номиналы низких напряжений непосредственно на платах блока телеметрии ТМ. Ассортимент соответствующих технических решений и микросхем для их реализации непрерывно увеличивается [5], а оптимальное воплощение маломощных низковольтных стабилизированных преобразователей без гальванической развязки в скважинной аппаратуре, видимо, не имеет особенностей. Непосредственное отношение к СП имеет силовой элемент выходного каскада, передающего в каротажный кабель информационные импульсы последовательного двоичного кода ТМ. Этот элемент выполнен в виде последовательно соединенных рвущего ключа, дросселя и первичной обмотки формирующего трансформатора, вторичная обмотка которого зашунтирована конденсатором и резистором. Дроссель и приведенная к первичной обмотке величина емкости конденсатора образуют колебательный контур, а резистор – затухание в этом контуре и, следовательно, форму информационных импульсов. Коммутация ключевого транзистора по аналогии с квазирезонансным преобразователем соответствующей структуры [7], осуществляется при нулевом токе. Описанная структурная схема системы питания скважинного прибора ИНК реализована в аппаратуре АИНК-43 и АИНК-60, выпускаемой ВНИИА, и может быть при соответствующем совершенствовании взята за основу при разработке СП новых типов. Литература 1. Алексанян А.А., Бальян Р.Х., Сиверс М.А.,Томашевич С.В., Уткин М.А. Мощные транзисторные устройства повышенной частоты. – Л.: Энегоатомиздат, 1989. 2. Булатов О.Г., Иванов В.С., Панфилов Д.И. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии. - М.: Радио и связь, 1986. 3. Глебов Б.А. Магнитно-транзисторные преобразователи напряжения для питания РЭА. – М.: Радио и связь, 1981.С.95. 4. Козырев В.Г. и др. Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме. - М.: Радио и связь, 1985. 5. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М.: Додэка, 2000. 6. Бассет Дж. Импульсные источники питания: тенденции развития. – М.:Электроника т.61, № 1, 1988, с.72-77. 7. Ли Ф.К. Высокочастотные квазирезонансные преобразователи. – М.: ТИИЭР, т.76, № 4, 1988, с.83-97. 21 УДК 621.398.4 : 621.398.67 СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ АППАРАТУРЫ ИНК С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ СИГНАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРОВ В. Ю. Корнеев, И. А, Титов, М.В. Шипунов В статье рассмотрены задачи, решаемые с помощью сигнального процессора в аппаратуре ИНК. Предложен метод повышения его производительности. В связи с интенсивным развитием аппаратуры цифровой обработки сигналов в последнее время появилась возможность построения скважинных приборов на базе цифровых сигнальных процессоров (DSP). Высокая производительность DSP (рис. 1) обеспечивается возможностью исполнения процессором нескольких команд одновременно и периферийными устройствами, не требующими постоянного участия в своей работе процессорного ядра. Блок вычислителей Блок периферийных устройств Блок генераторов адресов ОЗУ программ ОЗУ данных Риc. 1. Структурная схема DSP DSP состоит из следующих основных блоков: блока вычислителей, обеспечивающего исполнение арифметических и логических команд; ОЗУ программ для хранения текста программы и необходимых для вычислений констант. Наличие такого блока позволяет загружать программу в DSP каждый раз после включения питания; ОЗУ данных для хранения обрабатываемых данных; блока интерфейса памяти, позволяющего подключить к процессору внешнее ОЗУ или ПЗУ. Во внешнем ПЗУ может быть размещена программа, обеспечивающая загрузку ОЗУ программ из внешнего источника. Такая схема загрузки DSP полезна в случае необходимости изменения алгоритма работы системы без доступа к аппаратуре; 22 блока генераторов адресов, обеспечивающего доступ к ОЗУ данных и ОЗУ программ; блока периферийных устройств, состоящего из таймеров, последовательных портов и т. д. Обладая малыми габаритными размерами и энергопотреблением, DSP имеют достаточную производительность для решения следующих задач в аппаратуре ИНК: оцифровки и записи в ОЗУ сигнала с детектора нейтронов. Фактически в ОЗУ данных хранится “осциллограмма” сигнала с детектора нейтронов. Так как увеличение частоты дискретизации требует увеличения объёма ОЗУ (при сохранении постоянного временного интервала оцифровки сигнала), это обстоятельство накладывает ощутимые ограничения на тип выбираемого процессора; обработки записанного в ОЗУ сигнала, позволяющей реализовать различные алгоритмы фильтрации, коррекции нелинейностей детекторов. двусторонней связи с наземной аппаратурой через модем, которая позволяет: загрузить программное обеспечение по каротажному кабелю. Такой подход даёт возможность оперативно изменять алгоритм работы программы без доступа к аппаратуре скважинного прибора; - передать осциллограммы сигнала с детектора нейтронов в наземную аппаратуру; - передать результаты обработки осциллограммы; - принять команды управления режимами работы скважинного прибора. По результатам анализа отклика детектора, полученного осциллографом TDS220, на единичный нейтрон (рис. 2) были выбраны следующие параметры оцифровки сигнала: частота дискретизации 10 МГц; разрядность 8 бит. Рис. 2. Осциллограмма отклика детектора на единичный нейтрон При выборе процессора учитывались следующие требования: максимальный объём ОЗУ данных; максимальная производительность при минимальной тактовой частоте; минимальная потребляемая мощность; наличие последовательного порта и таймера; питание от источника +5 В. 23 Возможен выбор между двумя классами процессоров:DSP c “фиксированной точкой” и DSP с “плавающей точкой”. Наиболее полно удовлетворяют изложенным выше требованиям процессоры с “плавающей точкой”. Однако их применение затрудняется большой рассеиваемой мощностью, высокой стоимостью как самих приборов, так и отладочных средств. Разумный компромисс представляют собой процессоры с “фиксированной точкой”, при этом потеря объёма ОЗУ данных и производительности может быть компенсирована оптимизацией программы и хранением данных в упакованном виде. Для проведения работы был выбран процессор ADSP 2181 фирмы Analog Devices, имеющий следующие параметры: время исполнения инструкции 25 нс; ОЗУ программ 16 К слов (24 разряда); ОЗУ данных 16 К слов (16 разрядов); таймер 1; последовательные порты 2; возможность подключения внешней статической памяти. Из опыта эксплуатации аппаратуры ИНК известно, что время оцифровки может быть ограничено 2 мс после срабатывания генератора нейтронов. Следовательно, при записи одного слова, полученного с АЦП, в одну ячейку памяти требуется 20 К слов. Данный вариант не реализуем, так как необходимый объём памяти больше доступного. Эффективным средством экономии памяти является упаковка двух слов с АЦП в одно 16ти разрядное слово DSP. Можно выделить три варианта решения задачи: программная упаковка требует нескольких команд и не позволяет обеспечить частоту дискретизации 10 МГц; аппаратная упаковка удовлетворяет требованиям к производительности, но усложняет схему прибора; программно-аппаратная упаковка удовлетворяет требованиям к производительности и усложняет схему в меньшей степени. Возможная структурная схема такого устройства представлена на рис 3. АЦП Регистр Данные Данные DSP Данные n+1 Данные n CLK Данные C Рис. 3. Структурная схема “упаковщика” Устройство работает следующим образом: ax0 = io(adc) 24 RD При выполнении этой команды на выводе RD DSP появляется низкий логический уровень, который запускает процесс n-го преобразования в АЦП. Через промежуток времени, равный длительности исполнения команды, вывод RD переходит в единичное состояние. Одновременно с этим, результат n-1-го измерения с шины данных АЦП защелкивается в регистре. nop На выходе АЦП появляется результат n-го измерения. ax0 = io(adc) Вывод RD DSP переходит в низкий логический уровень, который запускает процесс n+1-го преобразования в АЦП. Через промежуток времени, равный длительности исполнения команды, вывод RD переходит в единичное состояние. Одновременно с этим, результат n-го измерения с шины данных АЦП защелкивается в регистре. dm(i0,m0) = ax0 На выходе АЦП выдается результат n+1-го измерения. На выводе RD DSP появляется низкий логический уровень, который запускает процесс n+2 преобразования в АЦП. Результат n-го преобразования с выхода регистра и результат n+1-го преобразования с выхода АЦП записывается в ОЗУ данных DSP по адресу, содержащемуся в регистре i0. Значение в регистре i0 автоматически увеличивается на единицу. Через промежуток времени, равный длительности исполнения команды, вывод RD переходит в единичное состояние. Одновременно с этим, результат n+1-го измерения с шины данных АЦП защелкивается в регистре. Выполняя данную последовательность команд необходимое число раз, мы получаем в ОЗУ данных упакованную “осциллограмму” сигнала с детектора, занимающую n/2 ячеек памяти DSP. При дальнейшей обработке потребуются дополнительные затраты времени на распаковку, однако этот процесс требует меньших затрат производительности и может быть выполнен программно. Применение DSP позволило создать “инструмент”, не только решающий перечисленные выше задачи, но и дающий “осциллограммы” сигналов с высоким разрешением (от различных детекторов), а так же облегчающий создание и отладку алгоритмов их обработки. 25 УДК 539.1.074.8 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ КАЛИЯ В МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЯХ В.Д. Александров, Л.А. Корытко, к.ф.-м.н., А.М. Полищук, Ю.Г. Полканов В статье рассмотрен подход к решению задачи оперативного технологического контроля качества продукции по содержанию калия при производстве минеральных удобрений. Обсуждаются возможности применения для этой цели некоторых ядерно-физических методов анализа вещества. Предложен принцип построения технологического прибора для непрерывного автоматического контроля стабильности технологического процесса при измерениях относительного содержания калия в продукции непосредственно на ленте транспортера. В настоящее время в связи с увеличением экспорта минеральных удобрений повышаются требования к качеству продукции, производимой российскими предприятиями. Традиционные физико-химические методы определения концентрации основных питательных элементов в минеральных удобрениях (N, Р, К) не позволяют оперативно контролировать стабильность технологического процесса из-за необходимости предварительной пробоподготовки анализов и относительно длительного времени измерения, что, естественно, отражается на качестве продукции по содержанию компонентов. Кроме физико-химических, известен нейтронно-активационный метод анализа удобрений и сельскохозяйственной продукции на содержание N, P, K. В 70-80-е годы в Советском Союзе и за рубежом производились полуавтоматические нейтронно-активационные установки со стационарными генераторами с энергией нейтронов 14 МэВ для решения задачи оптимизации внесения удобрений в почву и составления сбалансированных смесей кормов для животных 1, 2. Принцип анализа основан на облучении образцов потоком нейтронов и последующей регистрации гаммаспектров наведенной активности в определенных временных интервалах после окончания облучения. Нейтроны с энергией 14 МэВ, взаимодействуя с изотопами N, P, K, приводят к образованию ряда нуклидов с характерными -линиями. В большинстве работ для анализа использовались -линии нуклидов, образующихся по реакциям: N(n,2n)13N (E = 0,511 МэВ, Т1/2 (период полураспада) = 9,96 мин.); 31 P(n,2n)30P (E = 0,511 МэВ, Т1/2 = 2,5 мин.); 39 K(n, 2n)38 K E = 2,17; 0,511МэВ, Т1/2 = 7,7 мин. 14 Регистрировались -спектры наведенной активности, причем измерения каждого образца состояли из двух временных интервалов с выдержкой между ними для учета излучения коротко- и долгоживущих активностей. В результате обработки полученных спектров определяли интенсивности аналитических линий анализируемых нуклидов, по которым после соответствующей калибровки находили концентрации элементов. Доставка образцов на позиции облучения и измерения осуществлялась пневмотранспортным устройством. В детекторах -излучения наведенной активности использовались, как правило, большие кристаллы NaI. При выходе нейтронного 26 генератора 1010 н/с и массе образцов до 100 г точность анализа на N, P, K находилась в пределах 5-8 % отн. Недостаток рассмотренного метода анализа применительно к контролю содержания элементов в минеральных удобрениях непосредственно в технологическом цикле их производства состоит в необходимости автоматизации процесса пробоотбора и недостаточно высокой по современным требованиям точности анализа. Поэтому в дальнейшем мы остановили свой выбор на создании установки для технологического контроля важнейшего компонента минеральных удобрений – калия, который входит как в комплексные удобрительные смеси, так и в собственно калийные удобрения. Среди возможных методов контроля перспективным представляется метод определения калия, основанный на регистрации естественной радиоактивности изотопа 40 К, доля которого в природной смеси изотопов калия составляет 0,0119. При распаде испускается 12% -квантов с энергией 1,46 МэВ и 88 % -частиц с граничной энергий 1,35 МэВ. Период полураспада 40К составляет около 1,3х109 лет и, таким образом, этот изотоп всегда присутствует в калийсодержащем сырье для производства минеральных удобрений. Для контроля содержания калия возможно использование как -, так и излучений. Каждый из этих двух вариантов регистрации излучения 40К имеет определенные достоинства и недостатки: -излучение с энергией 1,46 МэВ обладает высокой проникающей способностью, что позволяет анализировать большие массы вещества, но при этом требуется обеспечить хорошую защиту детектора от внешнего фона и строгое соблюдение геометрических условий измерений; -излучение обладает меньшей проникающей способностью, и информация поступает практически с небольшого поверхностного слоя, но блоки детектирования легче экранировать от внешнего фона и проще обеспечить геометрию измерений. На этом принципе в Советском Союзе был разработан лабораторный концентратомер ЛБК-1 для экспрессного определения в лабораторных условиях концентрации калия и его соединений в различных калийсодержащих продуктах при производстве минеральных удобрений 3. Точность определения составляла около 1% КСl. Однако, несмотря на развитие лабораторных ядерно-физических методов анализа минеральных удобрений, осталась проблема оперативного контроля за стабильностью технологического процесса с целью управления качеством продукции на ранних стадиях ее производства. Важным моментом в решении этой задачи является выбор метода, который позволит оперативно производить измерения непосредственно в цеховых условиях. Наиболее целесообразно с технологической точки зрения устанавливать систему контроля у ленты транспортера, перемещающего удобрение после гранулирования. Блоки детектирования предполагается расположить над лентой транспортера. Очевидно, что для соблюдения постоянной геометрии измерений (важнейшее требование для обеспечения сопоставимости результатов измерений), слой удобрений на ленте транспортера должен разравниваться. Приемы такого разравнивания сыпучих масс известны. Простейшее устройство представляет собой планку, установленную на заданной высоте над транспортером 4. Для решения поставленной задачи важным моментом является выбор типа детектора, удобного для установки над транспортером и в эксплуатации. Еще раз рассмотрим два возможных варианта – использование сцинтилляционных детекторов -излучения и газоразрядных -счетчиков. Как указывалось ранее, сцинтилляционные детекторы требуют надежной защиты от внешнего фона. В производственных помещениях, где проходит транспортер, всегда имеется некоторое количество осажденной пыли удобрений, и для защиты от ее -излучения потребуется окружить детектор массивным свинцовым экраном, учитывая высокую проникающую 27 способность этого излучения. Требование максимальной экспрессности измерений приводит к необходимости установки нескольких детекторов. Помимо этого, для исключения неопределенности геометрических условий измерения, возникающих от краев сыпучей массы, потребуется коллимация блоков детектирования, в связи с чем конструкция всего детекторного устройства с защитой и коллиматорами оказывается неоправданно громоздкой и тяжелой. Следует учесть и некоторые сложности с электроникой сцинтилляционных блоков детектирования. Как правило, транспортер проходит через неотапливаемые помещения, и температурные перепады вызывают сдвиг положения регистрируемой -линии. Для уменьшения этого сдвига требуется введение системы стабилизации усилительного тракта и сцинтилляционного детектора, что усложняет и удорожает аппаратуру. Блоки детектирования на основе газоразрядных -счетчиков позволяют создать более простую и надежную технологическую установку. Первое их преимущество состоит в том, что из-за небольшого пробега –частиц защита от внешнего фона может быть обеспечена стальными или другими материалами небольшой толщины, полностью поглощающими -излучение. Малая величина пробега -частиц позволяет легче обеспечить постоянство поверхностной геометрии измерений для - детекторов и простую коллимацию для выделения площади, обозреваемой детекторами, чем постоянство объема удобрения в поле зрения сцинтилляционного детектора -излучения. Используя в блоке детектирования несколько -счетчиков типа СБМ-19, можно получить приемлемую для оперативного контроля скорость счета. Важным преимуществом этих счетчиков в данной задаче является их относительно малая чувствительность к изменениям внешней температуры, что упрощает регистрирующую электронную аппаратуру. Для обеспечения среднего времени анализа (около 5 мин.) в блоке детектирования предполагается установить пять автономных кассет с пятью счетчиками СБМ-19 в каждой, включенных параллельно. В кассетах смонтированы узлы высоковольтного питания счетчиков и узлы формирования стандартного выходного сигнала. Четыре кассеты предназначены для регистрации -излучения, испускаемого контролируемой массой удобрений, пятая – для учета фона в алгоритме обработки результатов. Ионизационные потери dE/dx энергии -частиц 40К в веществе описываются приближенной формулой 5: dE/dx = 0,306(Z/А)-2 ln1,16E/I МэВ/см, где плотность; А – атомный вес; Z – атомный номер; I средняя энергия возбуждения для атомных электронов; = v/с – отношение скорости -частиц к скорости света. Величина Z/А является практически постоянной, поэтому небольшие вариации вещественного состава анализируемой массы не будут сказываться на числе отсчетов (т.е. на выходе -частиц из анализируемого слоя), пропорциональных содержанию калия. Из формулы также следует, что изменения плотности массы удобрений не повлияют на результаты измерений. Поскольку ионизационные потери пропорциональны плотности вещества, соответственно уменьшается длина пробега -частиц и, следовательно, толщина анализируемого слоя. Но количество калия в этом слое увеличивается прямо пропорционально плотности и, таким образом, выход -частиц из слоя удобрений при вариациях плотности остается практически неизменным. В данной задаче это очень важное методическое преимущество -детекторов по сравнению с -детекторами. 28 В разрабатываемой установке контроля блоки детектирования соединяются с пультом, находящимся в цеховом помещении. Пульт предполагается выполнить в герметичном варианте из-за агрессивной атмосферы в условиях производства. Сформированные в кассетах блока детектирования стандартные импульсы поступают на пять независимых входов пульта и регистрируются в течение заданного режимом анализа времени. Информация передается и накапливается в оперативном запоминающем устройстве и затем с помощью входящего в пульт микропроцессора обрабатывается по программам, записанным в ПЗУ. Результат выводится на жидкокристаллический дисплей в виде численного значения, либо в виде гистограммы, отражающей изменение показаний детекторов во времени. По стандартному интерфейсу данные передаются в систему управления производственным процессом. Следует отметить, что из-за большой скорости транспортера (около 1 м/с) результат анализа оказывается усредненным по всей массе удобрения, прошедшей под блоками детектирования за время измерения. Ввиду того, что для достижения относительной статистической точности анализа 24 % при выбранных блоках детектирования требуется время около 5 мин., в программе предусмотрен режим регистрации и алгоритм обработки информации, позволяющий осуществить квазинепрерывный контроль. Алгоритм работает следующим образом: - показания со счетчиков регистрируются непрерывно и, например, через каждую минуту запоминаются в ОЗУ; - для получения численного значения анализа через 5 мин. обрабатывается информация, зарегистрированная за пять минутных интервалов; - в течение следующей минуты в обработку добавляется информация, полученная за последнюю минуту, но при этом исключается информация, зарегистрированная за первую минуту. Таким образом, результаты анализа обновляются через каждую минуту (или другое, заданное оператором, время). Следует отметить, что построение блока детектирования в виде отдельных кассет с независимым выходом позволяет осуществить самодиагностику установки непосредственно во время работы, сравнивая показания кассет между собой. Предлагаемая установка технологического контроля не является средством абсолютных измерений содержания калия в удобрениях. Фактически она представляет собой точный индикатор стабильности технологического процесса в заданных пределах в результате сопоставления последовательности измерений в течение всей рабочей смены, дня, месяца и т.д. Принципиально можно откалибровать установку для измерения абсолютного содержания калия, но для этого потребуется одновременно с измерениями выполнить представительный пробоотбор и определить содержание калия в пробе независимым методом в соответствии с нормативными документами на проведение анализов удобрений. Принцип построения установки технологического контроля на основе газоразрядных счетчиков СРМ-19 с использованием кассеты, содержащей пять счетчиков, был проверен на образцах нитроаммофоски и К2SO4. Показано, что контроль содержания калия может быть осуществлен за 5 мин. с относительной статистической точностью 3-4 % (при доверительной вероятности 0,95). В настоящее время проводятся работы по созданию действующего макета установки и экспериментальной проверке влияния некоторых мешающих факторов на результаты анализа. 29 Литература 1. Срапенянц Р.А., Егиазаров Б.Г., Александров В.Д., Вожжов В.Ф., Корытко Л.А. Автоматизированная система диагностики питания растений. //Доклады ВАСХНИЛ. - М.: 1988, №10. с.42-44. 2. Срапенянц Р.А., Савельев И.Б. Автоматизация массовых анализов растений на основе нейтронно-активационного метода. – М.: Бюлл. ВИР, 1982, вып.125. 3. Матвеев Л.В., Михайлов О.Г., Стрельченко Е.А. Лабораторный бетаконцентратомер калия ЛБК-1.// В сб. Радиационная техника. Труды ВНИИРТ. - М.: Атомиздат, 1978, вып.16, с. 69-73. 4. Карташев Е.Р., Штань А.С. Нейтронные методы непрерывного анализа состава вещества. - М.: Атомиздат, 1978, с. 138. 1. 5 Бета- и гамма-спектроскопия .Под ред. Зигбана К., пер. с англ. – М.: Гос.изд-во физ.-мат. лит-ры, 1959, с.28. 30 УДК 539.1.074.8 ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕЙТРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ К.Г. Клигер, Л.А Корытко, к.ф.-м.н., А.И. Обручков, Ю.Г. Полканов (ВНИИА), А.Л. Игнатов (АО «Техносталь») В статье изложены результаты исследования возможности использования портативных нейтронных генераторов для определения границы шлак - жидкий металл на выходе разливочного ковша в конвертерном производстве. Технологический процесс конвертерного производства стали неизбежно связан с образованием шлака с малым, по сравнению с железом, удельным весом. В состав шлака обычно входят следующие элементы: C 8,2 % Ai2O3 8,1 % SiO2 30,2 % CaO 34,4 % (Na2O+K2O) (1,9-5,7) %. Шлак, обладая меньшей плотностью, находится на поверхности расплава и лишь в конце слива начинает перетекать из разливочного ковша в промежуточный. Шлаковые включения, кристаллизуясь, создают каверны, ухудшающие качество сталелитейной продукции. Ставится задача отсечения шлака от струи стали, т.е. обнаружение границы шлак-металл при разливе. Контроль многих технологических процессов в чёрной металлургии может решаться с использованием ампульных источников -излучения 60Co, 137Cs, и др., но ужесточение требований радиационной безопасности ограничивает их применение. Они связаны не только со сложностью защиты персонала, но и с риском попадания источника в расплав, что приведёт к нарушению его герметичности, а значит к радиоактивному загрязнению готового слитка. При использовании нейтронного генератора с D-D- мишенью риск радиоактивного загрязнения слитка полностью исключается. Единственным технологически доступным местом контроля границы шлак-металл является зона перелива из разливочного ковша в промежуточный, оборудованная защитной керамической трубой. В этой точке предлагается установить аппаратуру контроля. Для оценки возможности использования в этой задаче нейтронного генератора ИНГ-101Д проведен ряд экспериментов. На рис.1 приведена схема установки, имитирующая принцип определения границы жидкий металл-шлак. Защитная керамическая труба представляет собой цилиндрический отрезок трубы, высотой 360 мм, с внутренним диаметром 140 мм и толщиной стенки 25 мм. Внутри трубы поочередно помещались имитаторы: стальной цилиндр диаметром 120 мм (жидкая сталь); алюминиевый цилиндр диаметром 120 мм (шлак) или цилиндр, заполненный CaCo3, диаметром 120 мм (шлак). С боковой стороны устанавливался нейтронный генератор ИНГ-101Д с дейтериевой мишенью, а с противоположной от него стороны помещался детектор нейтронов из четырёх счётчиков СНМ-56 (геометрия «на просвет»). В процессе экспериментальных исследований проверялись различные геометрические условия измерений, анализировались энергетические спектры нейтронов, испускаемых генератором при размещении замедлителей различной толщины. 31 Защитная керамическая труба Мишень ИНГ-101Д Поглотитель тепловых нейтронов 1мм Cd Экран-коллиматор Нейтронный генератор ИНГ-101Д Имитатор Детектор нейтронов Рис.1. Схема экспериментов для определения границы жидкий металл - шлак Импульсный режим работы генератора позволил рассмотреть вариант регистрации потока нейтронов в определённом временном интервале после испускания каждого импульса нейтронов. В ходе экспериментов также оценивалась возможность использования -излучения радиоактивных изотопов, образовавшихся как в результате нейтронной активации, так и вследствие радиационного захвата нейтронов материалом конвектора. На основании проведенных экспериментов установлены следующие результаты: эффект определения границы жидкий металл-шлак более заметен в потоке тепловых нейтронов, сформированном в экране-коллиматоре из водородосодержащего материала (полиэтилена или оргстекла). При этом регистрируемая скорость счёта от потока тепловых нейтронов, проходящего через Al-имитатор в 1,6 раза, а через CaCO3 в 1,92 раза больше, чем для стального имитатора того же диаметра. Относительная среднеквадратическая погрешность при времени измерения 1с составляет 9,4 и 7,2 (3), соответственно; величина разделительного эффекта уменьшается, если использовать нейтроны с энергией 2,5 МэВ, испускаемые генератором ИНГ-101Д без дополнительного замедления. В этом случае скорость счёта для Al и CaCO3 выше в 1,1 раза, чем для стали; при использовании конвектора тепловых нейтронов в виде шайбы бора толщиной 20 мм и регистрации его -излучения с энергией 0,40,6 МэВ кристаллом NaI(Tl) размером 63×63 мм разделительный эффект увеличивается на CaCO3 в 1,5 раза по сравнению со сталью. Аналогичный результат получается, если конвертером служит кадмиевый диск толщиной 1 мм (вторичное излучение имеет энергию 0,5 МэВ); выделение временного интервала после каждого импульса нейтронов в пределах 50-700 мкс позволяет увеличить разделительный эффект для CaCO3 в 2,7 раза по сравнению со сталью. Из полученных результатов следует принципиальная возможность разделения жидкого металла и шлака в процессе разлива. Следует отметить, что в экспериментах использовались сплошные имитаторы, в то время как в реальных условиях прохождения расплава через защитную трубу границы металл-шлак могут быть размыты. Необходимы натурные эксперименты в условиях производства. 32 Для проведения производственных экспериментов совместно с ГУП «Зарубежчермет-арсенал» была изготовлена измерительная система, которая может быть смонтирована на манипуляторе, подающем защитно-керамическую трубу. Экспериментальная система термоизолирована при помощи стекловаты и асбестового шнура. Для контроля температуры были установлены термопары как снаружи, так и изнутри термоизоляции непосредственно на корпусе ИНГ-101Д. Перед началом испытаний система была смонтирована без излучателя и детектора. Измерялась только температура внутри термозащиты. В результате работ установлено, что температура внутри измерительной системы составляет 20240С при температуре до 4200С снаружи. При этом во внутреннюю полость необходимо подавать сжатый воздух под давлением 24 атм. Такой температурный режим сохраняется в течение 10 мин., после чего наблюдается разрушение термоизоляции. В связи с этим произведена доработка термоизолирующих свойств системы. В ходе предварительных измерений в производственных условиях установлено, что из-за возможности отрыва защитной трубы от разливочного ковша опасно монтировать систему контроля на манипуляторе. На рис.2 приведен модернизированной вариант новой конструкции и ее положение на защитной трубе под разливочным ковшом. Разливочный ковш Шибер Экран-коллиматор ИНГ-101Д Детектор Манипулятор Защитная керамическая труба Промковш с футеровкой Контур разливочного ковша Скоба несущая Экран-коллиматор Детектор ИНГ-101Д Манипулятор Рис. 2. Модернизированная схема установки контроля шлак-жидкий металл После изготовления конструкции предполагается провести испытание системы в условиях реального производства, которое позволит при положительных результатах в дальнейшем широко внедрить метод и аппаратуру в конвертерное производство в черной металлургии. 33 УДК 539.16.075 АППАРАТУРА ИМПУЛЬСНОГО НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УРАНА В СКВАЖИНАХ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ, ОТРАБАТЫВАЕМЫХ СПОСОБОМ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ Е.П. Боголюбов, А.И. Обручков, А.М. Полищук, Ю.Г. Полканов, И.А. Титов, М.В. Шипунов В статье рассмотрено устройство аппаратурного комплекса АИНК60 для прямого метода определения содержания урана в скважинах на месторождениях, отрабатываемых методом подземного выщелачивания. Приведены результаты каротажа контрольной скважины одного из месторождений России. Введение В 70-х годах прошлого века в мире было открыто большое число урановых месторождений, образование которых обусловлено инфильтрацией подземных вод по проницаемым пластам осадочных пород. В отечественной литературе такие месторождения получили название "гидрогенных" [2]. Геологические и гидрогеологические условия этих месторождений обуславливают высокую эффективность применения для их освоения способа подземного выщелачивания (ПВ), когда под землей растворяют уран и откачивают на поверхность для дальнейшей переработки, а радий с продуктами распада остается в недрах. Однако существует ряд особенностей, которые можно отнести к неблагоприятным факторам, отрицательно влияющим как на разведку, так и на отработку месторождения. Одним из таких факторов является нарушение радиоактивного равновесия между продуктами распада урана, обусловленное их различной миграционной способностью и разными условиями растворения и осаждения. На гидрогенных месторождениях урана нарушение радиоактивного равновесия – обычное и характерное явление. Таким образом, применение для подсчета запасов и контроля за отработкой месторождений такого традиционного метода, как -каротаж, требует дополнительных исследований по изучению радиологических условий конкретных месторождений. Решить эту проблему позволяют геофизические методы, основанные на регистрации продуктов реакций деления ядер урана, так называемые прямые методы. Одним из таких методов является каротаж по мгновенным нейтронам деления (КНД-М), реализованный в аппаратурно-методическом комплексе АИНК-60, являющемся продолжением серийно выпускаемой в 80-е годы во ВНИИА аппаратуры ТСКУ. АИНК-60 позволяет определять в скважинах мощности рудных интервалов и содержание в них урана, поправочные коэффициенты в данные -каротажа при нарушении радиоактивного равновесия, оценивать достоверность результатов интерпретации каротажа, а также контролировать ход процесса подземного выщелачивания урана. Состав аппаратурно-методического комплекса АИНК-60 Аппаратура АИНК-60 состоит из скважинного прибора (СП) 2, наземного блока согласования 1 и программного обеспечения, позволяющего управлять работой комплекса и обрабатывать результаты каротажа на персональном компьютере 4 (рис.1). 34 СП состоит из нейтронного генератора 7 ИНГ-101Т с блоком питания и управления (БПУ) 6, детектора мгновенных нейтронов деления 9, монитора нейтронного потока 8, детектора 10. Детектор нейтронов деления – гелиевый газоразрядный счетчик СНМ-18, – окруженный оргстеклом толщиной 8 мм, в чехле из металлического кадмия толщиной 1мм. Монитор потока нейтронов генератора – активационный и представляет собой систему, состоящую из восьми счетчиков Гейгера-Мюллера СБМ-21, окруженных борсодержащим веществом, причем четыре из них заэкранированы свинцом. Разность между показаниями экранированных и неэкранированных счетчиков монитора пропорциональна потоку нейтронов генератора. Детектор -излучения – сцинтилляционный на основе кристалла NaI (Tl) размером 30х40 мм, оптически соединенный с фотоумножителем типа ФЭУ-85. Детекторы нейтронов и -излучения выполнены в виде конструктивно завершенных блоков. В скважинном приборе находится система телеметрии 11, где сигналы всех детекторов обрабатываются, накапливаются и передаются в цифровом виде по любому кабелю, включая одножильный. В наземном пульте согласования осуществляется их анализ на наличие сбоев, накопление в кванте глубины, например 10 см, и передача по последовательному интерфейсу RS-232C в персональный компьютер для проведения предварительной обработки и хранения. Отметим, что в персональном компьютере при каротаже сохраняется вся исходная информация: временные спектры нейтронов, сигналы мониторов и -канала. Это дает возможность проводить их корректный и многовариантный анализ с целью оптимизации параметров обработки. В состав АИНК-60 входит также градуировочный блок 5 ТБР-911-02, с помощью которого осуществляют градуирование монитора для последующего приведения показаний нейтронного детектора потоку генератора 1х108н/с. Показания блока обусловлены +-излучением 16N, накапливающимся в теле блока при активации быстрыми нейтронами ядер 16О, содержащимися в теле блока градуирования, выполненного из оргстекла. Аппаратура АИНК-60 (см. рис.1) имеет следующие технические характеристики: Скважинный прибор Длина, мм…………………………………… не более 3220 Внешний диаметр, мм……………………… не более 60 Масса, кг…………………………………….. не более 20 Напряжение питания, В…………………….. Потребляемая мощность, Вт……………….. Потребляемый ток в режимах, mA: тестовом ………………….. рабочем …………………… Габаритные размеры блока трубки ИНГ-101Т БТ и ИНГ-101 БПУ - составных частей скважинного прибора, мм: длина БТ……………………………... внешний диаметр……………………. длина БПУ…………………………… внешний диаметр……………………. Максимальное рабочее давление, МПа…….. Максимальная рабочая температура, 0С……. 35 +(15010) не более 39 не более 80 не более 250 не более 632 не более 34 не более 512 не более 50 25 75 Наземный блок согласования Габаритные размеры, мм…………………….. Масса, кг……………………………………….. Напряжение питания, В …………………… Частота, Гц Потребляемая мощность, Вт………………….. Диапазон рабочих температур, 0С……………. Блок градуирования ТБР-911-02 Высота, мм……………………………………... Внешний диаметр, мм…………………………. Масса, кг………………………………………... Напряжение питания, В ……………………….. Потребляемая мощность, Вт…………………… 145х145х240 не более 5 от 187 до 242 501 не более 11 +5 до +30 не более 235 не более 255 не более 20 15010 не более 6 В качестве линии связи может использоваться одно-, двух-, трёхжильный бронированный каротажный кабель 3 длиной до 2000 м. Рис.1 Блок схема аппаратурного комплекса АИНК-60 36 Производственная апробация В июне 2001г. сотрудниками ВНИИА выполнена апробация аппаратуры АИНК-60 на одном из месторождений России, где был осуществлен первичный и повторный каротаж контрольной скважины с регистрацией потока мгновенных нейтронов деления и интенсивности естественного γ-излучения. Контрольная скважина пересекает равновесные урановые руды. Каротаж выполнялся при подъеме скважинного прибора со скоростью 30м/ч. В результате были установлены следующие метрические параметры: чувствительность прямого определения содержания урана в водозаполненых скважинах диаметром 112,0 мм, толщиной стенок обсадных труб 2,5 мм, влажности руды 20% весовых и выходом генератора 1,2х108н/с составляет 93(имп/мин.)/0,01% U; порог чувствительности оценивается 0,005%; погрешность воспроизведения по данным первичного и повторного нейтронного каротажа 6,0%; расхождения с данными γ-каротажа контрольной скважины, пересекающей равновесные урановые руды, составила 12,0% при средней мощности пересечений 0,8м и среднем содержании урана 0,07%. Для обеспечения такой чувствительности, точности измерений и величины порога необходимо соблюдать низкую скорость подъема скважинного прибора при импульсном нейтронном каротаже 30м/ч. Из представленных результатов сопоставления КНД-М, выполненного АИНК-60, и стандартного γ-каротажа следует, что прямой метод не уступает косвенному в разрешающей способности и чувствительности и может с успехом применятся там, где косвенный метод имеет недопустимую методическую погрешность(рис.2). Содерж ание, n*10-2%. 0 5 10 15 20 25 30 450 451 Глубина, м. 452 453 454 455 456 457 458 КСП-51 АИ НК-60 Рис.2. Результаты гамма и нейтронного каротажа контрольной скважины 37 Широкое применение аппаратуры сдерживается большим диаметром и длиной скважинного прибора, а также низкой скоростью каротажа. Дальнейшие работы ВНИИА направлены на модернизацию скважинного прибора, позволяющего выполнять высокопроизводительный каротаж по мгновенным нейтронам деления с одновременным литологическим расчленением геологического разреза по данным импульсного нейтрон-нейтронного каротажа. При этом планируется использовать импульсные нейтронные генераторы с повышенным выходом до 6-8х108н/с. Особое внимание уделяется уменьшению диаметра скважинного прибора от 60 до 43 мм. Во ВНИИА проводятся работы по созданию метрологического обеспечения КНД-М, что позволит учесть вещественный состав, влажность руд и конструкцию скважины, а также даст возможность разделить рудные зоны с различной степенью окисленности. Таким образом, аппаратура АИНК-60 в производственных условиях позволит оперативно управлять процессом добычи урановых руд способом подземного выщелачивания, вести литологическое расчленение пластов по времени жизни тепловых нейтронов, определять коэффициент радиоактивного равновесия между радием и ураном в рудах. Все это открывает возможности повышения эффективности процесса добычи урана методом подземного выщелачивания. Литература 1. Инструкция по каротажу методом мгновенных нейтронов деления при изучении урановых месторождений гидрогенного типа. - Л.: Министерство геологии СССР, научно-производственное объединение «Рудгеофизика», 1986. 2. Шумилин М.В., Муромец Н.И., Бровкин К.Г., Грабовников В.А., Казариков В.В., Уваров Э.Ф. Разведка месторождений урана для отработки методом подземного выщелачивания. – М.: Недра, 1985. 38 УДК 550.832.5 МНОГОЗОНДОВАЯ АППАРАТУРА ИМПУЛЬСНОГО НЕЙТРОННЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА АИНК-89 Амурский А.Г., к.т.н, Боголюбов Е.П., Титов И.А., Шипунов М.В. В статье приведены результаты исследований по созданию новой многозондовой аппаратуры импульсного нейтронного каротажа. Обоснована ее высокая эффективность по сравнению с существующими типами аппаратуры для геофизических исследований нефтегазовых скважин нейтронными методами. Введение С целью повышения точности, производительности и радиационной безопасности измерения при каротаже нефтегазовых скважин двух физических параметров горных пород - водородосодержания и сечения поглощения тепловых нейтронов а разработана аппаратура многозондового импульсного нейтрон-нейтронного каротажа (ИННК). Новая аппаратура, получившая шифр АИНК-89, позволяет в рамках одного высокопроизводительного метода исследований скважин совместить функции двух геофизических методов – нейтронного каротажа (НК) и импульсного нейтронного каротажа. Скважинные генераторы нейтронов позволяют получать на порядок более высокий нейтронный выход по сравнению с выходом ампульных источников нейтронов, используемых в аппаратуре НК. Это позволяет обеспечить сравнительно высокую точность измерений нейтронных параметров горных пород аппаратурой импульсного нейтронного каротажа. Однако до настоящего времени не было разработано серийной аппаратуры с генераторами нейтронов, способной конкурировать по методическим, эксплуатационным и экономическим показателям с аппаратурой стационарного НК. В последнее время во ВНИИА разработаны скважинные генераторы нейтронов нового поколения с повышенными техническими параметрами. Появилась практическая возможность создания на их основе новых высокоинформативных модификаций скважинной аппаратуры импульсного нейтронного каротажа. Общие положения Регистрация при ИННК пространственно-временного распределения нейтронов обеспечивает возможность одновременного определения двух физических параметров горных пород - водородосодержания в единицах водонасыщенной пористости (по пространственному распределению тепловых нейтронов) и макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов а (по временному распределению тепловых нейтронов). Ранее возможность измерения и а была реализована в рамках аппаратурно-методического комплекса двухзондового ИННК – АИНК-43 [1]. Однако для этой аппаратуры точность и производительность измерения ограничена из-за нестабильности нейтронного выхода импульсного генератора нейтронов и существенного влияния искажений регистрируемых скоростей счета нейтронов при высокой импульсной загрузке блока детектирования. Указанные проблемы, а также ограничения ресурса излучателей с вакуумной нейтронной трубкой на уровне 50-100 ч, не позволили реализовать методические возможности многозондового ИННК в полном объеме. Для преодоления ограничений, присущих существующим типам аппаратуры, 39 предложено использовать новую информационно-измерительную систему многозондового ИННК. Основными особенностями новой аппаратуры АИНК-89 являются: применение стабильного скважинного излучателя с газонаполненной нейтронной трубкой в среднечастотном режиме работы; обеспечение регистрации нейтронов без просчетов в широком диапазоне задержек, включая момент начала излучения быстрых нейтронов; измерительная установка из четырех детекторов с гелиевыми счетчиками медленных нейтронов; оптимизированные размеры зондов для одновременного измерения двух параметров горных пород и а. Конструкция скважинного прибора В работе [2] представлены результаты теоретического моделирования показаний многозондового ИННК и выполнена оптимизация зондовой установки и режимов измерений. С использованием этих данных был разработан макет скважинной аппаратуры, программное обеспечение обработки результатов измерений и выполнен цикл экспериментальных работ. Конструкция зондов скважинного прибора аппаратуры многозондового ИННК изображена схематически на рис.1. Ниже представлены некоторые параметры аппаратуры: тип генератора нейтронов ИНГ-06; частота запуска генератора 400 Гц; длительность импульса излучения 100 мкс; средний нейтронный выход 1,5х108 нейтронов в секунду; средняя наработка на отказ 300 ч.; максимальная рабочая температура 120С; максимальное рабочее давление 80 мПа; диаметр скважинного прибора 90 мм. Аппаратура содержит четыре детектора нейтронов, включающих счетчики нейтронов типа СНМ-56 и СНМ-16, и образует четыре измерительных зонда, состоящих из источника быстрых и детектора медленных нейтронов. Ключевым элементом аппаратуры является генератор нейтронов ИНГ-06, обладающий повышенным ресурсом и стабильностью. Полученные с помощью теоретического расчета данные позволили оптимизировать размеры зондов и определить назначение детекторов аппаратуры типа АИНК-89 (см. рис.1). Детекторы Д1 и Д3, расположенные на расстояниях около 20 и 50 см от мишени нейтронной трубки, предназначены для измерения . При этом непосредственно измеряемым параметром является отношение скоростей счета детекторов Д1 и Д3 во временном окне 0-250 мкс относительно начала импульса излучателя. Первый детектор имеет относительно небольшую чувствительность к нейтронам из-за малого размера счетчика типа СНМ-16, что обеспечивает регистрацию нейтронов без значительных просчетов (не более 15%). Детектор Д3 имеет чувствительность большую, чем детектор Д1, что необходимо для компенсации падения счета нейтронов с расстоянием от источника нейтронов. Предусмотрены экраны, препятствующие распространению нейтронов по скважинному прибору вдоль его оси. 40 Секция излучателя Секция детекторов Д1 ИНГ-06 М СНМ-16 Д2 СНМ-56 Защитный экран Д3 СНМ-56 СНМ-56 СНМ-56 СНМ-56 Д4 Рис. 1. Схема зондовой установки АИНК-89: Д1-Д3 – детекторы со счетчиками медленных нейтронов СНМ-16 и СНМ-56; Д4 – детектор с кассетой счетчиков медленных нейтронов СНМ-56; М-мишень нейтронной трубки генератора нейтронов ИНГ-06 Детектор Д2 при зондовом расстоянии около 35 см предназначен для измерения a. Он имеет увеличенный, по сравнению с первым детектором Д1, размер. Влияние просчетов нейтронов при измерении a несущественно, так как для вычисления этого параметра используются счета нейтронов при задержках более 200 мкс. При таких временах задержки импульсная загрузкa канала детектирования нейтронов относительно малa. Детектор Д2 имеет наилучшее из всех четырех детекторов соотношение чувствительности измеряемого параметра к a и статистической погрешности измерения. Детектор Д4 используют для получения дополнительной информации при измерении в условиях присутствия газонасыщения или вариации литологического строения пласта. Он имеет повышенную чувствительность к нейтронам за счет применения кассеты счетчиков. При этом обеспечивается относительно высокая статистическая точность измерений на большом расстоянии (65-75см) от источника нейтронов. Временное распределение нейтронов регистрируется для всех четырех детекторов во временных окнах длительностью 64 мкс в интервале времени задержки 0-1984 мкс. Такая исходная информация обеспечивает возможность определения основных измеряемых параметров и a , а также дополнительных параметров пространственно-временного распределения нейтронов для контроля с их помощью качества измерения основных параметров. 41 Результаты экспериментальных работ Экспериментальные работы с образцом АИНК-89 проведены для разработки основ методики измерений, экспериментальной оценки погрешностей измерения и сравнения точности измерения АИНК-89 с аппаратурой нейтронного каротажа и аппаратурой двухзондового ИННК. Произведено сравнение данных о влиянии скважинных условий измерений и статистической погрешности для одинаковых условий измерения параметра с АИНК-89 и аппаратурой НК. Исследования проводились с использованием физических моделей горных пород метрологического центра ”ВНИИЯГГ”. Диапазон изменения составлял 0-36% абс., диапазон изменения a составлял 7,4-22х10-3 см. В таблице представлены диапазоны влияния условий измерения в этих моделях, а также значения влияющих факторов, принятые для расчета погрешностей измерения. Значение для расчета суммарной погрешности Наименование влияющего фактора Диапазон изменения Отклонение прибора от стенки необсаженной скважины, мм 0-20 10 Изменение толщины цементного камня в точке прижатия прибора в обсаженной скважине, мм 0-50 25 Изменение минерализации промывочной жидкости, г/л NaCl 0-200 50 Скорость каротажа , м/ч - 600 На рис.2 представлен пример данных, зарегистрированных с АИНК-89 в одной из моделей горных пород. 100 J(t)/J(512 мкс); отн/ед. "Зонд1" "Зонд2 " 10 "Зонд3 " "Зонд4" 1 0.1 0.01 0 1000 2000 Задержк а, мк с. Рис.2.Зависимость нормированной скорости счета в дифференциальных временных окнах от времени задержки в модели известняка пористостью 14.9 % абс., оборудованной скважиной диаметром 200 мм и обсадной колонной, заполненной соленой водой (200 г/л NaCl) 42 На этапе обработки зарегистрированного временного распределения тепловых нейтронов ИННК задаются моделью сигнала, состоящей из двух экспоненциальных компонент. Параметром временного спада долгоживущей компоненты является асимптотический декремент временного затухания тепловых нейтронов пласта. С его помощью определяют физический параметр пласта – макроскопическое сечение поглощения тепловых нейтронов а. Для определения водородосодержания используют отношение скоростей счета нейтронов, зарегистрированных на двух расстояниях от источника быстрых нейтронов. На рис.3,4 приведены примеры зависимостей, характеризующих чувствительность измеряемых функционалов пространственного и временного распределения тепловых нейтронов к физическим параметрам пластов. (J1/J3)/ (J1/J3 H2O);отн.ед. 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 20 30 40 Кп, % абс. Рис.3. Зависимость нормированного на показания в баке с водой отношения скоростей счета от коэффициента пористости моделей известняка, оборудованных обсаженной скважиной диаметром 200 мм: J1 – скорость счета нейтронов во временном окне 0-128 мкс детектора Д1; J3 - скорость счета нейтронов во временном окне 0-128 мкс детектора Д3 Вычислены погрешности, вызываемые вариациями условий измерений, статистическими флюктуациями зарегистрированных скоростей счета нейтронов, и др. Ниже приводятся некоторые результаты обработки экспериментальных данных. Суммарная погрешность измерения минимальна для пары зондов 1 и 3 при малых временах начальной задержки (0-200 мкс). Погрешность измерения с парой зондов 1 и 3 для временного окна в диапазоне задержек 0-128 мкс при времени накопления данных 6 с составляет около 1,0% абс. при =5% абс. и 2,5% абс.при =35% абс. Указанное время накопления соответствует интервалу пластов мощностью 1 м при скорости каротажа 600 м/ч. Другие задержки и пары зондов могут быть использованы для получения дополнительных и контрольных параметров при измерениях . 43 пласта и Сечение погл., 1 /мс 4 3 Дек ремент пласта. Зонд2 2 Сечение 1 0 10 20 30 40 Кп, % абс Рис.4. Зависимость измеренного декремента пласт для детектора Д2 АИНК-89 и параметра сечения поглощения тепловых нейтронов а от коэффициента пористости моделей известняка, оборудованных обсаженной скважиной диаметром 200 мм Было выполнено сравнение погрешностей измерения с аппаратурой АИНК-89 и двухзондовой аппаратурой стационарного нейтронного каротажа СРК, из которого следует, что аппаратура АИНК-89 не уступает по точности измерений параметра аппаратуре стационарного НК. При этом статистическая погрешность измерения с АИНК-89 меньше в 1,5-2 раза, что обеспечивает более высокую (до 600 м/ч для типичных условий) скорость каротажа с АИНК-89. Было выполнено сравнение АИНК-89 и двухзондовой аппаратуры импульсного нейтронного каротажа АИНК-43. Получено, что скорость каротажа при измерении параметра со случайной составляющей погрешности менее 1,5% абс. не превышает 120 м/ч для аппаратуры АИНК-43 в типичных условиях, а для АИНК-89 соответствующая скорость составляет около 600 м/ч. При исследовании возможности измерения параметра a получено, что влияние вариаций скважинных условий измерения не превышает 2-3%. Значения поправок =пласта-a зависят, в первую очередь, от зондового расстояния и водородосодержания пластов. Нелинейность связи параметров a и пласта растет с увеличением длины зонда. Наименьшая полная погрешность измерения а получена для второго зонда АИНК-89. В обсаженной скважине, заполненной пресной водой, среднее квадратическое отклонение параметра а для всего диапазона водородосодержания моделей не превышает 3% отн. при времени одного измерения 6 с. Выводы Новая аппаратура многозондового ИННК позволяет расширить круг решаемых геофизических задач, обеспечить высокую технологичность и безопасность работ по исследованию нефтегазовых скважин ядерно-геофизическими методами. В комплексе методов геофизических исследований скважин многозондовый импульсный нейтрон44 нейтронный каротаж с аппаратурой типа АИНК-89 может замещать аппаратуру нейтронного каротажа с ампульными источниками нейтронов. Литература 1. 1.Амурский А.Г., Боголюбов Е.П., Бабкин И.В., Титов И.А., Блюменцев А.М., Поляченко А.Л., Цейтлин В.Г. Информационно-измерительная система многозондового ИННК. // Научно-технический вестник. Каротажник. Тверь, 2000, № 72. 2. 2.Амурский А.Г., Блюменцев, А.М., Боголюбов Е.П., Прилепухов В.М., Титов И.А., Цейтлин В.Г. Метрологическая аттестация и сертификация аппаратуры двухзондового импульсного нейтрон-нейтронного каротажа. // Научнотехнический вестник. Каротажник. Тверь, 1997, вып.35. 45 УДК 621.039.546 КОНТРОЛЬ ДЕЛЯЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ В БАГАЖЕ ИМПУЛЬСНЫМ НЕЙТРОННЫМ МЕТОДОМ Е.П. Боголюбов, С.А. Коротков, Л.А. Корытко, к.ф.-м.н, В.Г. Моруков, В.И. Назаров, к.ф.-м.н, Ю.Г. Полканов, Т.А. Хасаев, (ВНИИА), Б.Д. Воденников, к.ф.-м.н, Г.Н. Игнатьев, к.т.н. (НИИИТ). В статье рассмотрена проблема обнаружения делящихся материалов (ДМ) в багаже пассажиров. Проведен анализ различных методов контроля несанкционированного провоза ДМ. Для решения поставленной задачи обосновано применение метода дифференцированного затухания. Описана экспериментальная демонстрационная установка на базе портативного нейтронного генератора с чувствительностью определения урана U235 5 г за 5 с времени облучения. Предложен метод обнаружения умышленной маскировки ДМ нейтронопоглощающими экранами. Обсуждены проблемы создания промышленного прототипа установки. Введение Актуальность задачи обнаружения делящихся материалов (ДМ) в багаже пассажиров определяется, прежде всего, обеспечением реальных гарантий нераспространения ядерного оружия. Эта проблема связана с целым комплексом организационнотехнических мероприятий контроля, среди которых важное место занимает обнаружение попыток несанкционированного перемещения ДМ через пропускные пункты различного рода. Данная задача была сформулирована совместно со специалистами из Ливерморской Национальной лаборатории США им. Лоуренса (ЛАНЛ) и ее практическая разработка проводилась в рамках партнерского проекта МНТЦ «Разработка технологии обнаружения делящихся материалов в багаже пассажиров на основе активных методов». Отметим некоторые факторы, которые необходимо учитывать при разработке технологии контроля ДМ в багаже: - объем контролируемого багажа ~ 200 л; - чувствительность и время обнаружения являются основными параметрами, определяющими области применения установки (минимально обнаруживаемая масса U 235 должна быть 5 - 50 г за время 5-20 с), обязателен низкий уровень ложных тревог; - возможность умышленной экранировки ДМ при несанкционированном провозе; - установка должна быть безопасна и проста в управлении и обслуживании; эти качества важны для ее успешной реализации в виде промышленного образца. При контроле багажа не ставятся задачи выявления характеристик ДМ, т. е. определения вида, изотопного состава, химического соединения, формы и массы. Это, однако, не снимает вопроса о дальнейшей идентификации подозрительного объекта, обнаруженного по наличию признаков ДМ или попыток их маскирования. 46 Выбор метода определения ДМ в багаже Делящиеся нуклиды обладают характерными ядерными свойствами, среди которых для аналитических целей важнейшими являются процесс деления и естественная радиоактивность [1,2]. Признаками делящихся материалов могут быть: - альфа, бета и гамма излучение; - инфракрасное излучение (тепловыделение); - нейтронное излучение; - большое сечение деления тепловыми нейтронами с испусканием мгновенных и запаздывающих нейтронов и - квантов. Ядерно-физические методы неразрушающего контроля основаны на регистрации собственного или индуцированного излучения исследуемого объекта, а также на измерении поглощения излучения от внешнего источника, проходящего через исследуемый объект. Для контроля ядерных материалов могут быть использованы как пассивные методы, использующие регистрацию собственных излучений объекта, так и активные – с использованием внешнего источника излучений. В табл. 1 приведены пассивные и активные методы, применяемые для контроля ДМ. В ней не указаны методы, основанные на непосредственной регистрации –излучения, как неприменимые для контроля ДМ, находящихся в контейнерах, из-за малого пробега частиц. Таблица 1 Ядерно-физические методы неразрушающего контроля делящихся материалов Пассивные методы контроля ДМ Регистрация - и рентгеновских лучей Регистрация нейтронов Сцинтилляционная спектроскопия и радиометрия Полупроводниковая спектроскопия Интегральный счет Счет совпадений Активные методы контроля ДМ Анализ - и рентгеновских лучей Регистрация нейтронов Абсорбциометрия Регистрация вторичного излучения Абсорбциометрия Регистрация Временная дискриминация нейтронного отклика Дискриминация совпадений Энергетическая дискриминация Отметим, что задача обнаружения высокообогащенного урана (ВОУ) в полной мере не может быть решена с использованием пассивных методов контроля, так как собственные излучения ДМ можно замаскировать с помощью специальных экранов. Поэтому в данной работе были рассмотрены возможности активных методов. Глубина проникновения зондирующего излучения до взаимодействия с ДМ может составлять от единиц до нескольких десятков г/см2. Такой же проникающей способностью должно обладать исходящее из ДМ излучение-признак. Поэтому мы ограничили свое рассмотрение ядерно-физическими методами, использующими в качестве зондирующего излучения и отклика быстрые нейтроны и -излучение с энергией не ниже 0,1 МэВ. Главной отличительной особенностью ВОУ и плутония, на основе которой строится большинство методов обнаружения, является их реакция деления под действием быстрых и тепловых нейтронов, а также под действием – квантов с энергией выше 5 МэВ (фотоделение). Реакция деления сопровождается образованием мгновенного и запаздывающего нейтронного и -излучений, которые могут быть использованы в 47 качестве признаков наличия ДМ. В табл. 2 приведена краткая характеристика методов, использующих признаки наличия ДМ на основе вынужденного деления ядер. В данной работе при обзоре методов обнаружения ДМ мы ориентировались на технологии, реально используемые на практике. Например, в последние годы компанией SAIC интенсивно разрабатывается метод импульсного анализа быстрыми нейтронами (Pulsed Fast Neutron Analysis – PFNA). Он основан на зондировании объекта пучком нейтронов наносекундной длительности и измерении отклика в наносекундной области с помощью времяпролетной методики. Основное назначение метода, требующего использования дорогостоящей прецизионной аппаратуры (ускорителя дейтронов), связывается с задачами обнаружения взрывчатых веществ и наркотиков при контроле багажа и грузов в аэропортах. Также рассматриваются возможности расширения метода PFNA для контроля различных отходов в контейнерах объемом 200 л, в том числе содержащих делящиеся материалы. Однако недостаточная проработка метода и сложность аппаратуры препятствует широкому распространению метода PFNA в практике стандартного контроля. Таблица 2 Краткая характеристика методов контроля ДМ на основе вынужденного деления ядер Зондирующее Излучение – излучение признак Краткие комментарии Мгновенные нейтроны деления Нейтроны Гаммакванты Использование мгновенных нейтронов деления в нейтрон– нейтронных методах основано на применении специальных приемов по разделению зондирующего и вторичного излучений. На практике получили распространение следующие методы:. - метод дифференцированного затухания, использующий деление термализованными первичными нейтронами. Метод требует наличия импульсного источника нейтронов; - метод счета нейтронных совпадений, выделяющий нейтроны мгновенного деления за счет их множественности. Метод требует наличия источника нейтронов непрерывного действия; - метод подсветки нейтронами с низкоэнергетическим спектром, энергия которых должна быть существенно меньше средней энергии нейтронов спектра деления Запаздывающие Метод используется для решения разнообразных задач контроля ДМ и нейтроны требует наличия импульсного или осциллирующего источника деления нейтронов Мгновенные Обнаружение ДМ в сложном объекте по мгновенным и запаздывающим -кванты - квантам деления представляется мало реальным из-за большого деления количества фоновых -квантов, возникающих в результате Запаздывающие неупругого рассеяния и радиационного захвата первичных нейтронов ядрами материалов, входящих в матрицу объекта - кванты деления Мгновенные нейтроны Методы, основанные на регистрации мгновенных и запаздывающих деления нейтронов деления, используются для решения разнообразных задач контроля ДМ. Требуется применение ускорителя электронов с энергией Запаздывающие 8 МэВ, что существенно усложняет и удорожает установку нейтроны деления Мгновенные Не используется из-за практической невозможности разделения зондирующего излучения и излучения – признака - кванты деления Запаздывающие Практически не используется из-за низкой селективности - кванты деления 48 При контроле малых количеств ДМ в твердых и жидких отходах широкое распространение получил метод дифференцированного затухания. При этом регистрируются эпитепловые нейтроны деления, вызванные термализованными нейтронами источника облучения. Данный метод реализован в качестве основного в нашей установке контроля. Аналогами такого подхода являются системы для измерения ДМ в промышленных отходах [3, 4] и установка, разрабатываемая в ЛАНЛ для контроля ДМ в багаже [5]. На основании проведенного анализа для разработки технологии обнаружения ДМ был проработан и решен ряд задач, основные из которых перечислены ниже: - выбран способ обнаружения ДМ в багаже - метод дифференцированного затухания; - исходя из этого, для создания поля тепловых нейтронов в объеме багажа была предложена измерительная камера. С целью оптимизации ее конструкции были поведены расчеты для энергий первичных нейтронов 2 и 14 МэВ. Была реализована конструкция камеры для энергий нейтронов 14 МэВ. - выбран импульсный метод облучения нейтронами измерительной камеры. Метод циклического облучения и регистрации отклика объекта между нейтронными импульсами генератора обладает в практических установках несомненными преимуществами по сравнению с методом непрерывной экспозиции; - в качестве источника зондирующих нейтронов были использованы импульсные нейтронные генераторы (ИНГ) с тритиевой и дейтериевой мишенями; для экспериментальной установки были созданы модификации портативных генераторов ИНГ-06DT и ИНГ-17DD; - обоснована методика регистрации процессов в измерительной камере – временной анализ нейтронных полей. С этой целью был разработан 16-канальный временной анализатор; - выбран тип нейтронных счетчиков и на их основе разработаны нейтронные детекторы; анализ различных счётчиков, которые можно использовать в такой системе обнаружения ДМ, показал, что газонаполненные гелиевые (Не3) счётчики остаются основными счётчиками для регистрации тепловых и медленных нейтронов, которые пока выдерживают конкуренцию со стороны вновь разрабатываемых детектирующих устройств; - разработана методика измерений и обработки результатов с учетом минимизации времени контроля единицы багажа и радиационной нагрузки на багаж, персонал и пассажиров; - создана компьютерная программа обработки сигналов с детекторов. Разработан алгоритм принятия решения о наличии в багаже ДМ или маскирующих экранов; - выработаны рекомендации по созданию промышленного прототипа аппаратуры обнаружения ДМ в багаже. Демонстрационная экспериментальная установка Схематически демонстрационная установка показана на рис. 1. Основным ее элементом является измерительная камера из оргстекла, в которую помещается исследуемый объект. В дно камеры встроен ИНГ. Функционально в конструкции камеры можно выделить замедлитель нейтронного источника 1 и замедлитель нейтронов деления 2. Снаружи камеры расположены детекторы, которые регистрируют нейтроны деления. Внутри размещены детекторы, контролирующие поле тепловых нейтронов в объеме. Сигналы с детекторов подаются на анализатор временного спектра нейтронов и далее обрабатываются на компьютере. Управление регистрирующим трактом и нейтронным генератором также осуществляется компьютером. 49 Временной анализатор Усилитель Детектор тепловых нейтронов Усилитель Детектор надкадмиевых нейтронов Замедлитель 2 Кадмиевый экран Замедлитель 1 Импульсный нейтронный генератор Рис.1. Схема экспериментальной демонстрационной установки Принцип работы установки кратко можно представить следующим образом. Быстрые нейтроны источника термализуются в замедлителе 1 и вызывают деление ДМ. Так как нейтроны деления являются быстрыми, то они проникают через кадмиевый экран в детекторы надкадмиевых нейтронов. В замедлителе 2 нейтроны деления термализуются и эффективно регистрируются газонаполненными счетчиками СНМ-18. Замедлившиеся зондирующие нейтроны отсекаются от детекторов надкадмиевых нейтронов кадмиевым экраном. Вследствие этого в установившемся режиме спад числа тепловых нейтронов в замедлителях 1 и 2 происходит независимым образом. Качественно развитие нейтронных процессов в измерительной камере можно описать уравнением баланса тепловых нейтронов для моноэнергетического нейтронного поля [6]. При ряде практических предположений решение этого уравнения может быть представлено в виде[7]: t (1) Фt ~ Ae t Be Ф0 , где (t) – поток нейтронов; А – величина, зависящая от мощности источника и количества ДМ; В – величина, зависящая от мощности источника; , – константы спада тепловых нейтронов в замедлителях 1 и 2; 0 – поток запаздывающих нейтронов – на практике его можно считать постоянным. Таким образом, временное распределение потока нейтронов в измерительной камере в присутствии ДМ описывается двумя экспонентами (с характерными показателями и ) на фоне постоянного уровня. Если с помощью детекторов тепловых нейтронов и временного анализатора измерить распределение (t), то, проведя математический анализ, можно определить интересующие нас параметры: число нейтронов деления Nf Ae t dt , 0 50 NS Be число нейтронов источника t dt 0 Фз.н Ф0dt . и число запаздывающих нейтронов 0 При этом отношения Nf/Ns, Фзн/Ns, Фзн/Nf характеризуют массу ДМ и не зависят от мощности источника нейтронов. Изучение характеристик экспериментальной установки Для иллюстрации принципа работы установки на рис. 2 приведена экспериментальная зависимость спада числа нейтронов в измерительной камере в течение 2 мс после нейтронной вспышки ИНГ. В данных измерениях применялся генератор 14 МэВ нейтронов ИНГ-06(DT) с выходом 3,5107 нейтрон/с, частотой следования импульсов 400 Гц и длительностью нейтронного импульса 40 мкс. В качестве обнаруживаемого объекта использовались образец ВОУ в виде топливных таблеток с содержанием U 235 ~ 6 г, время измерений составляло 25 с. Две нижние кривые (см. рис. 2) соответствуют измерениям с помощью детекторов надкадмиевых нейтронов (окончание нейтронного импульса соответствует на графике 120 мкс). В течение нейтронного импульса He3 детекторы находятся в насыщении из-за пространственного заряда в пропорциональных счетчиках. 1000000 1 - фон, надкамиевые нейтроны 2 - 6,4г урана-235 3 - фон, тепловые нейтроны 4 - 6,4г урана-235 в кадмии 100000 10000 Счет на канал 3 1000 2 100 4 10 1 1 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000, мкс Рис. 2. Временной спектр счета нейтронов в измерительной камере Можно отметить, что характер поведения кривых качественно соответствует выражению (1): при отсутствии в камере делящегося материала после режима насыщения наблюдается быстро уменьшающийся счет с детекторов, что соответствует процессу термолизации нейтронов (см. рис.2,нижняя фоновая кривая 1); после 200 мкс практически все первичные нейтроны становятся тепловыми, так что, по существу, все нейтроны (над фоном), зарегистрированные окруженными кадмием счетчиками, являются мгновенными нейтронами деления ДМ (см. рис.2,кривая 2). Измерение повышенного нейтронного потока в этой области называется методом дифференцированного затухания (differential die-away technique – DDT). DDT-сигнатура является очевидным признаком наличия ВОУ в исследуемом объекте. Для данных 51 измерений (см.рис.2) эта разность соответствует 18 стандартным отклонениям, что характеризует достаточно высокую чувствительность установки. На рис.3 приведена зависимость величины эффекта от массы U235 в измерительной камере для ИНГ с тритиевой и дейтериевой мишенями (с энергией нейтронов 14 и 2,5 МэВ, соответственно) при различных нейтронных выходах. ING-17DD, 1E+6 n/s ING-06, 2E+6 n/s ING-17DD, 6E+6 n/s ING-06DT, 1E+7 n/s 16 Количество стандартных отклонений от фона 14 12 10 8 6 4 2 3 4 5 Масса урана-235, грамм Рис. 3. Зависимость эффекта обнаружения от массы U235, время набора 25 с Более тщательное изучение подобных зависимостей показывает, что в диапазоне масс U235 от 1 до 15 г установка работает в линейном режиме, уровень технических помех достаточно мал, так как кривые пересекаются с осями (см. рис.3) вблизи начала координат. Измеренная чувствительность по U235составляет 5 г за время экспозиции 5 с. Чувствительность установки примерно одинакова (см. рис.3) для энергий зондирующих нейтронов 14 и 2,5 МэВ. Это связано с тем, что данная конструкция была оптимизирована для ИНГ с тритиевой мишенью (14 МэВ). Расчеты показывают, что использование ИНГ с энергией нейтронов 2,5 МэВ предпочтительней с точки чувствительности и радиационной безопасности. На следующих этапах разработки предполагается реализовать этот вариант. Следует отметить, что интервал между нейтронными импульсами ИНГ составляет 2,5 мс (частота следования 400 Гц). Соответственно сигнал регистрируется в пределах этого времени, хотя процесс замедления нейтронов деления продолжается до ~ 10 мс (соответствует частоте следования импульсов 100 Гц). При высокочастотной методике регистрации часть сигнала теряется. Однако следует учитывать, что для экспоненциальных процессов большая часть информации заключена в интервале, близком по времени к нейтронной вспышке. При заданном времени контроля багажа (5 – 20 с) выгодно работать на более высоких частотах, так как это соответствует большему нейтронному флюенсу для единичного измерения. Как правило, в установках контроля ДМ используются частоты до 100 Гц [5]. Как уже отмечалось, для применения в экспериментальной установке были специально модифицированы генераторы ING-06(DT) и ING-17(DD). Высокая чувствительность, которой обладает метод дифференцированного затухания, имеет место только при поиске незащищенного ВОУ. Экранировка ВОУ свинцом, полиэтиленом и железом практически не оказывает влияния на измеряемый эффект. Экранирование ВОУ нейтронопоглощающими материалами, содержащими кадмий, бор, хлор и др., существенно (до двух порядков) снижает чувствительность установки. 52 Для обнаружения умышленной экранировки ДМ нами использован тот факт, что присутствие материалов, поглощающих нейтроны, искажает поле тепловых нейтронов в камере. Для контроля этих полей в экспериментальную установку введен канал регистрации тепловых нейтронов в камере (см. рис.1). Приведенные спектры (см. рис.2, кривые 3 и 4) измерены с помощью этого канала. Спектр 3 соответствует фону пустой камеры, спектр 4 соответствует случаю, когда в камеру помещена кадмиевая коробка объемом 1 л, причем показания не изменяются от присутствия в ней нескольких граммов U235. На графике видно, что количество тепловых нейтронов в камере сильно уменьшается – отличие от фонового значения соответствует 80 стандартным отклонениям, т. е. надежно регистрируется факт наличия в камере кадмия. На практике достаточно редки случаи легального провоза большого количества таких материалов как борная кислота, поваренная соль, кадмий, что снижает количество ложных тревог. По нашему мнению, основанием для досмотра багажа является сигнал о наличии ДМ или нейтронопоглощающих материалов. Радиационная безопасность экспериментальной установки Наряду со способностью обнаруживать ДМ с необходимой чувствительностью промышленная установка, несомненно, должна быть безопасной для пассажиров, персонала и багажа. Поэтому при разработке технологии контроля должны использоваться методы, которые облегчают выполнение этих требований. Основными источниками радиационной опасности, возникающими вследствие работы нейтронного генератора, являются: - быстрые нейтроны с энергией 14 МэВ или 2,5 МэВ; - тепловые и промежуточные нейтроны, образующиеся при замедлении быстрых нейтронов в конструкционных материалах установки. В соответствии с использованными материалами и размерами установки, оценка вклада в мощность дозы от этих нейтронов составляет 0,1 Р(н) [7]; - рентгеновское излучение, возникающее при работе нейтронного генератора. Мощность дозы этого излучения внутри камеры установки может составлять 0,01 - 0,3 мГр/мин. в зависимости от выхода генератора и геометрии установки [8]; - вторичное -излучение, образующееся при рассеянии и поглощении быстрых, промежуточных и тепловых нейтронов конструкционными материалами установки. В приближении барьерной геометрии для установки вклад Р(г) оценивается 0,1 Р(н) [8]; - и - излучения радионуклидов, образующихся в результате активации нейтронами конструкционных материалов генератора и окружающей среды. Оценка мощности дозы внутри установки за 12 ч. работы при флюенсе нейтронов ~ 41012 н составляет 1 мГр/ч. Перечислим допустимые радиационные нагрузки на пассажиров, багаж и персонал: - пассажиры при инспекции багажа не должны подвергаться воздействию излучения более 10 мкЗв (при полете на самолете Париж – Нью-Йорк пассажир получает дозу 30 мкЗв [9]); - персонал не должен получить дозу при досмотре багажа более 1мЗв/год [10]; - багаж не должен получить дозу при досмотре более 0,3 мГр (фоновое значение поглощенной дозы на поверхности Земли 0,7 мГр/год [7]). В работе [5] приведены результаты измерений для аналогичной системы: при общем числе нейтронов ~ 106 доза внутри камеры составляет 2 мкбэр (0,02 мкЗв). Это значение хорошо совпадает с нашими оценками. Для коммерческой установки контроля ДМ в багаже вопрос о радиационной защите может явиться основным. Стоимость обычно применяемых для этих целей мер (в виде 53 массивных защитных стенок и размещения установки в отдельном помещении) может быть сравнима со стоимостью аппаратуры, что существенно снижает ее потребительскую ценность. Так, при нейтронных потоках порядка 109 нейтрон/с достаточно просто обеспечить требования по чувствительности обнаружения и противодействию маскированию ДМ. Однако это существенно усложняет аппаратуру и требует ее размещения в помещении с толщиной бетонных стен более метра. Следует отметить, что рабочие характеристики на описываемой установке обеспечиваются при достаточно низких нейтронных потоках в пределах 1106 - 2107 нейтрон/с. Такие параметры удалось достигнуть посредством увеличения чувствительности детекторов и быстродействия измерительного тракта, а также с помощью совершенствования методики обработки измерений. При рабочих нейтронных потоках созданной установки меры по радиационной безопасности выполняются при окружении ее защитными экранами из полиэтилена толщиной 55 см. При использовании ИНГ с дейтериевой мишенью эта величина снижается до 25 см. Заключение В результате проведенных исследований разработана технология обнаружения ДМ в багаже и проработаны принципы создания аппаратуры во взаимосвязи с практическими требованиями надежности контроля, простоты и безопасности. Полученные результаты позволяют перейти к стадии разработки промышленного прототипа. При этом необходимо ориентироваться на конкретную область использования аппаратуры: таможню, аэропорт, почту и др., так как от этого зависит процедура контроля и могут быть скорректированы требования к техническим параметрам установки. Следует отметить, что активный метод может быть дополнен и другими методами. Анализ используемой в пассивных методах аппаратуры демонстрирует успешное применение комплексного подхода (объединение методов нейтронного и детектирования, привлечение детекторов металла) для увеличения ее чувствительности и расширения возможностей обнаружения различных веществ. Очевидно, что использование пассивных методов контроля содержимого багажа путем регистрации собственного нейтронного и, особенно, - излучений в установке, использующей активный метод, может расширить функциональные возможности представленной установки по обнаружению недозволенных вложений других радиоактивных материалов. Объединение активного и пассивного методов контроля багажа может быть осуществлено достаточно органичным образом. Следует учитывать, что при контроле багажа актуальны и другие проблемы – обнаружение взрывчатых веществ, радиоактивных изотопов, наркотиков, оружия, токсичных веществ и т.д. Для решения этих задач существует и разрабатывается специальная аппаратура (например, рентгенографические установки, детекторы металла и др.). Поскольку багаж должен быть проверен по этим признакам, весьма перспективны применение нескольких видов аппаратуры и комплексная обработка информации. В заключение приносим благодарность сотрудникам ВНИИА, НИИ Импульсной техники и ИТЭФ РАН за ценную помощь при создании экспериментальной установки, а также плодотворное обсуждение принципов разработанной технологии и полученных результатов. 54 Литература 1. 1.Фролов В.В. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ.– М.: Энергоатомиздат, 1989. 2. D. Reilly, N. Ensslin, H. Smith, S. Kreiner. Passive nondestructive assay of nuclear materials. –US Nuclear Regulatory Commission, 1991, LA-UR -90-732. 3. V. Rudenko, V. Fedorov, A. Vorobyov. Assay system with pulsing neutron generator for measurement of fissile materials in waste. Proceedings of the Russian International Conference on Nuclear Material Protection, Control and Accounting. – Obninsk, March 9-14, 1997, p. 320. 4. Kunz W.E. A Fissile Waste or Scrap Assay System with 1-mg Sensitivity. // Trans. ANS. 1981. Vol.39. P341. 5. Rob L. York, Brian D. Rooney, Donald A. Close and Harry E. Williams III. Active Neutron Interrogation Package Monitor. LA-UR-99-4910. Submitted to American Nuclear Society – The Sixth International Conference on Facility Operations – Safeguards Interface. 6. Бекурц К., Виртц К. Нейтронная физика. – М.: Атомиздат, 1968. 7. Луппов В.А., Николаев В.Г., Рау Д.Ф., Ромоданов В.Л.. Метод определения содержания делящегося вещества в необлученных ТВС. //Вопросы атомной науки и техники. Серия: Радиационная техника. – М.: Энергоатомиздат,1984, вып. 1(27), с.78 – 82. 8. Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П.. Физические основы защиты от излучения. – М.: Атомиздат, 1980. 9. Кушин В.В. и др. Особенности короткоимпульсного тестового инжектора для линейных ускорителей. //Вопросы Атомной науки и техники. Серия: ядернофизические исследования. – Харьков, 1997, вып. 2, 3. 10. Козлов В.Д.. Справочник по радиационной безопасности. – М., Энергоатомиздат, 1987. 55