13-маъруза. Қудуқларни ўрганишнинг нейтрон усуллари. Нейтрон манбалар. Нейтронларнинг модда билан ўзаро таъсири.Тоғ жинсларининг нейтрон хусусиятлари.

Нейтрон усулларида нейтронлар билан моддаларнинг ўзаро таъсири ўрганилади. Нейтронлар зарядланмаган заррачалар бўлиб, массалари 1.6747·10^{-24 г. ни ташкил қилади. Нейтронларнинг массалари электрон ёки} позитрон массаларидан 1840 марта кичик ва протон массасига ёки водород ядросининг массасига яқин бўлади.

Нейтронлар энергияларига қараб, бир неча гуруҳларга бўлинадилар (жадвал 13.1)

Жадвал 13.1

Нейтронлар	Энергияси Еn, эВ	Температура Т, К	Тезлиги vn , см/ с	Тўлқин узунлиги l
Совуқ Иссиқлик Секин Тез	0.001 0.025 0.5 2.05·105-2·107	11.6 295 1.16·104 1.16·1010	4.37·104 2.2·105 1.39·106 1.39·109	9.04·10-8 1.80·10-8 2.86·10-9 2.86·10-12

Нейтронларнинг энергиялари Еn ва уларнинг тезликлари v_n  орасидаги боғлиқлик қуйидаги формула (13.1) орқали аниқланади:

v_n  1.38·10⁶Еn^0.5                                        (13.1)

Нейтрон манбаълари сифатида геофизик ишларда ампулали ёки нейтрон генераторлари ишлатилади.

Ампулали манбаълар алфа нур тарқатувчи полоний- Ро, плутоний- Рu ёки радий- Ra лар билан бериллий- Ве ёки бор- В лар бирикмасидан иборатдир.

Нейтронларнинг ҳосил бўлиши қуйидаги схема орқали амалга ошади:

Ве₄⁹+ He₂⁴® C₆¹² +n₀¹ +g                              (13.2)

Амалиётда Ро+Ве манбаълари ишлатилади. бунинг сабаби бу манбаълар Ra+Ве манбаъларга нисбатан бирнеча барова кам g-нурлар тарқатадилар.

Нейтрон генераторлари (расм 13.1) нейтрон трубкаси ва юқори кучланишдаги ток манбаъидан иборат бўладилар.

Нейтрон трубкаси шиша балон бўлиб, унинг ичига 5·10^{-4 мм симоб устуни босимида дейтерий Н}₁² тўлғизилган. Трубканинг диаметри 60 мм, узунлиги эса 300  мм ни ташкил этади.

Расм13.1

Нейтрон трубканинг вазифаси балон ичидаги дейтерийни ионлаштириш, ҳосил бўлган дейтонларни тезланишини таъминлаш, тритий- Н₁³ нишонини бомбардировка қилишдир.

Дейтерийни ионлаштириш қуйидагича кечади. Трубкадаги волфрам катоди 2 га (расм 13.1) кучланиш берилганда катоддан электронлар эмиссия қилади. Бу электронлар цилиндрик анод-4 туфайли тезланадилар ва ғалтак-3 ҳосил қилган бўйлама магнит майдони сабабли анод электроди бўйлаб спирал траектория бўйича ҳаракатда бўладилар. Тритий билан тўйинтирилган ва цирконий ёки титандан тайёрланган нишон-6 юқори кучланишли электрод-5 га ўрнатилган. Бу электрод трансформатор Тр нинг иккиламчи ўрамидан юқори кучланишга эга бўлган синусоидал ўзгарувчи ток билан таъминланади. Агарда электрод-5 потенциали манфий бўлса, электронлар цилиндрик аноднинг ичида тебранма ҳаракатда бўлиб, дейтерийни ионлаштиришни давом этираверадилар. Ионлаштириш туфайли ҳосил бўлган мусбат зарядли дейтонлар электрод-5 томон тезланиб, унда жойлашган тритий нишони бомбардировка қиладилар. Бомбардировка натижасида трубка 14 МэВ гача энергияси бўлган нейтронларни чиқарабошлайди. Агарда электрод-5 нинг потенциали анод-4 потенциалидан юқори бўлса, электронларнинг тебранма ҳаракати тўхтайди ва улар электрод-5 томон тезланадилар. Бунда трубка кенотрон вазифасини бажаради.

Дейтерий билан тўйинтирилган спирал-1 нейтрон трубкаси ичидаги дейтерининг босимини керакли даражада ушлаб туради. Иш давомида трубка ичидаги дейтерийнинг камайишини, спирал-1 ни қиздириш билан тўлдириш мумкин.

Нейтрон генераторлари узлуксиз ва импулс шаклида нейтронларни чиқариши мумкин.  Генераторларнинг нейтронларни импулс шаклида чиқариши учун унинг анодига махсус ток манбаъидан тўғри бурчакли, мусбат зарядли, исталган давомликдаги ток импулси берилади

Нейтрон генераторларининг ампулали манбаълардан бирқанча авзалликлари мавжуддир:

1. Манбалар билан ишлаётган ходимларни нурлатмайди.

2. Бир хил энергияли нейтронлар тарқатади.

3. Нейтрон энергияларининг юқорилиги ва сабали улар билан ишлаганда нейтрон усулларининг ўрганиш чуқурлиги ошади.

4. Генераторлар гамма нур тарқатмайдилар.

5. Вақт давомида нейтронларнинг чиқиш миқдори ўзгармайди.

6. Нейтронларни импулс шаклида чиқариш имкони.

Нейтронларнинг моддалар билан ўзаро таъсири.

Нейтронлар зарядсиз заррачалар бўлганликлари учун улар моддалар билан ўзаро таъсирда бўлганда , бевосита модда элементларининг ядролари билан муносабатда бўладилар. Нейтрон манбаъларидан чиққан нейтронлар катта энергия ва катта тезликка эга бўладилар. Улар элемент ядролари билан тўқнашганда бир қисм энергияларини ядрога бериб, энергиялари камайган ҳолда йўналишларини ўзгартириб ҳаракатларини давом эттирадилар. Нейтронларнинг энергияларининг камайиши қуйидаги формула билан изоҳланиши мумкин:

Е₂ ¤ Е₁=0.5·[ (1+a)+(1-a)·cosq]                           (13.3)

Формулада: Е₁-нейтроннинг тўқнашувгача бўлган энергияси;

Е₂ -нейтроннинг тўқнашувдан кейинги энергияси;

a =(А-1) ¤ (А+1)   А- секинлаштирувчи элемент ядроларининг масса сони.

Агарда q=0 бўлса, Е₂ ¤ Е₁=1 бўлади, демак нейтрон энергиясини йўқотмайди. Энг кўп энергия йўқотиш q=p бўлганда кузатилади. Бунда Е₂ ¤ Е₁=a ёки Е₂=aЕ₁ ва нейтронларнинг бир марта тўқнашувида йўқотадиган максимал нисбий энергияси:

(Е₁-Е₂) ¤ Е₁=(Е₁-aЕ₁) ¤ Е₁=1- a                              (13.4)

Демак энг кўп энергияни нейтронлар енгил элементлар билан тўқнашганда йўқотар эканлар. Водород учун a @0, шунинг учун нейтрон водород ядроси билан тўқнашганда ярим энергиясини ҳам йўқотиши мумкин.

Нейтронлар ядролар билан бирнеча тўқнашувдан кейин энергиялари 0.025 эВ гача, тезликлари эса 2200 м ¤ с гача камаяди. Бундай энергияли нейтронларни иссиқлик нейтронлари деб аталади Иссиқлик нейтронлари эса элемент ядролари томонидан ютиладилар ва бу реакция қуйидаги схема остида кечади:

Х_z^A+ n₀¹=(C _z^A+1)* ®C _z^A+1+g                               (13.5)

Бошланғич элемент Х ядросининг заряди z масса сони А нейтронларни ютса, унинг масса сони бир бирликка ошиб қўзғалган ҳолатга тушади ва ўзининг асосий, мўътадил ҳолатига g-нур тарқатив қайтади. Демак ядроларнинг нейтронларни ютиши g-нур тарқатишга олиб келади. Шунинг учун бу реакцияни нейтронларни радиацион ютилиш реакцияси деб аталади.

Тоғ жинсларининг нейтрон хусусиятлари

Юқорида кўриб чиққанимиздек нейтронларни секинлаштирувчи элемент-энг енгил элемент бу водороддир. Тоғ жинси таркибида Н қанча кўп бўлса, шунча нейтронлар тез, узоқ масофа ўтмасдан энергияларини йўқотадилар ва иссиқлик нейтронларига айланадилар. Водород тоғ жинслари таркибида сувда, нефтда ва газда бўлиб, уларнинг миқдори тоғ жинсларининг ғовакликлари (Кп) га боғлиқ бўлади. Бундан ташқари водород гипсда, гилларда  бўлганлиги учун тоғ жинслари гипслашган, гилли бўлсалар улар ҳам водородли тоғ жинслари қаторига кирадилар.

Демак нейтрон кўрсаткичлардан бири L_s-секинлаштириш узунлиги-бу нейтрон манбаъсидан нейтроннинг иссиқлик нейтронига айланган нуқтагача бўлган ўртача см да ўлчанган масофа, тоғ жинслари таркибидаги водороднинг миқдорига боғлиқ бўлади. Кейинги нейтрон кўрсаткичи Ld-диффузия узунлиги-бу нейтронларнинг иссиқлик нейтронига айланган нуқтасидан тўғри чизиқ бўйича нейтронларнинг ютилган нуқтасигача см да бўлган масофа. Бу кўрсаткич эса тоғ жинслари таркибида водороднинг миқдори билан бир қаторда иссиқлик нейтронларини ютиш қобилияти юқори бўлган элементлар Cl, Cd,B, Li ларнинг миқдорига ҳам боғлиқ бўлади. Нефт ва газ конлари қудуқ кесимларида бу элементлардан Cl сув таркибида NaCl туз эритмаларида кўпроқ учрайди. Демак Ld, асосан Cl миқдорига боғлиқ бўлар экан. Яна нейтрон кўрсаткичлардан бири иссиқлик нейтронларининг яшаш даври t-бу иссиқлик нейтронларининг пайдо бўлганларидан то ларнинг ютилгунча ўтган вақти. Асосий бу кўрсаткичга таъсир қилувчи элемент Сl. Қуйида келтирилган жадвал 13.2 да тоғ жинсларининг юқорида келтирилган хусусиятлари кўрсатилган.

Жадвал 13.2

Тоғ жинслари	Таркиби	Зичлиги г ¤ см3	Ls cм.	Ld см.	t 106 сек.
Ангидрит Гипс Доломит Кальцит Галит Кварц Сув Қум (намлиги 25%) Гил (намлиги40%) Нефть	CaSO4 CaSO4·2H2o CaMg(CO3)2 CaCO3 NaCl SiO2 H2O - - C-86%,H-14%	2.92 2.3 2.85 2.72 2.15 2.65 1	27 11 - 35 - 37 7.7 - - -	8.97 3.6 12.8 10.4 1.2 19.1 2.4 - 4 -	350 268 910 650 6.1 1138 207 506 414 182

Жадвал 13.2 кўрсатилишича тоғ жинслари нейтрон хусусиятлари бўйича бир-бирларидан яққол ажралиб турадилар, шунинг учун нейтрон усуллари билан қудуқ кесимларини ўрганиш яхши самара беради.

катта ўқитувчи Абдулла Набихоновнинг "Қудуқларни геофизик усулларда ўрганиш" қўлланмасидан