11-маъруза. Гамма усули (ГК).Физик моҳияти ва ечадиган вазифалари. Қўлланиладиган асбоб-ускуналар.

Гамма усули (ГК-гамма-каротаж) да қудуқларда тоғ жинсларининг табиий радиоактивлиги ўлчанилади. Гамма каротаж аппаратураси расм 11.1 да кўрсатилгандек қудуққа тушуриладиган радиометр (қудуқ прибори ёки снаряди) ва ер усти пультидан ташкил топади. Қудуққа туширилган радиометрнинг асосий таркибий қисмини g-нурларининг детекторлари (индикаторлари ёки ҳисоблагичлари) ташкил этади. Ҳисоблагичлардан ташқари қудуққа тушириладиган зондда ҳисоблагичларни ток билан таъминловчи манбаъ, g-нурларидан ҳисоблагичда ҳосил  бўлган ток импульсини орттирувчи кўпайтгич ҳам бўлиши шарт.

Расм-11.1

Одатда g-нурларининг индикаторлари сифатида газоразряд Гейгер-Мюллар, ҳамда сцинтилляцион (люминесцент) ҳисоблагичлар ишлатилади.

Гейгер-Мюллер ҳисоблагичи

Гейгер-Мюллер ҳиоблагичи цилиндрик шиша балондан иборат бўлиб, ичида иккита электрод ўрнатилган бўлади (расм 11.1). Электродларнинг бири балоннинг ўртасидан ўтган юпқа (диаметри 0.1-0.5 мм) металл (вольфрам, темир ва бош.) сим бўлиб, уни ток манбаъсининг мусбат қутбига уланади ва бу электродни анод электроди деб аталади. Иккинчи электрод-катод ток манбаъининг манфий қутбга уланиб, у балоннинг ички металлашган сиртини ташкил этади.

Расм 11.2

Расм 11.2 да : 1-шиша балон; 2-катод-балоннинг металлашган ички сирти; 3-анод; 4-изолятор ва контактлар; ИТ-ток манбаъи; С-сиғим; R-қаршилик.

Балон инерт гази (аргон ёки гелий) ва юқори молекуляр бирикмалар пари аралашмаси билан паст (100-200 мм симоб устуни) босимда тўлдирилган.   

Электродларга ток манбаъи ИТ дан 900 В кучланишда ток юборилади.

Гамма g-нурлари ҳисоблагичга тушганда унинг катодидан электрон (иккиламчи электронлар) юлиб олади. Бу электронлар балон ичидаги газларни ионлаштиради. Ионлаштириш қандай содир бўлади? Ҳаракатланувчи электрон электр зарядига эга бўлганлиги туфайли балон ичидаги газ атомлари билан тўқнашганда, унинг электрон қобиғидан электронларни юлиб олади. Атомидан электрон юлиб олинган молекула, мусбат электр зарядига эга бўлиб, мусбат ионга айланади.

Атомдан юлиб олинган электрон эса мустақил ҳаракатланувчи манфий ионга айланади.

Гамма нурлари туфайли ҳисоблагичда ҳосил бўлган ионлар, электродларнинг электр майдонида, мусбат ионлар катод, манфий ионлар эса анод томон ҳаракатланадилар. Агарда гамма нурлари катодга тушганда битта иккиламчи электрон ҳосил қилса, электрон эса ўз навбатида балон ичида бир жуфт ионлар ҳосил қилади. Анод томон ҳаракат қилаётган манфий ионлар электр майдонидан шундай тезланадиларки, улар ўз навбатида янги молекула атомларини ионлаштирадилар. Ионлаштириш жароёни кенг тус олиб, анод электроди бўйлаб электрон оқимини пайдо қилади. Бу эса ҳисоблагичда анод ва катод электролари орасида разрядни (зарядсизланишни) келиб чиқаради. Бу разряд тезда сўнади, чунки мусбат ионлар тезда балон ичидаги юқори молекуляр бирикмалари билан тўқнашиб нейтраллашади, манфий зарядли ионлар анод томонидан ютиладилар. Разряд туфайли ҳисоблагичнинг ток билан таъминловчи занжирида ток импулси ҳосил бўлади. Ҳосил бўлган ток импулси юқорига узатилишидан олдин, қудуққа туширилган радиометрдаги кучайтиргич орқали амплитудаси оширилади.

Сцинтилляцион ҳисоблагичлар 

Сцинтилляцион ҳисоблагичлар (расм 11.3) икки асосий элемендан таркиб топган: сцинтиллятор (люминофор)-ядро нурлари тушганда ўзларидан ёруғлик тарқатадилар; ФЭУ -фото-электрон кўпайтгич, сцинтилляторда пайдо бўлган ёруғликни электр сигналларига айлантириб, уни миллион маротаба кучайтирадилар.

Сцинтиллятор (люминофор) сифатида, одатда, натрий йоди NaI(Tl), калий йоди KI(Tl), цезий йоди CsI(Tl)нинг таллий Tl билан активлашган кристаллари қўлланилади. Буларнинг ичида энг самаралилиги натрий йод кристалидир. Бу люминофорнинг битта камчилиги, унинг намликка таъсирчанлигидир. Агарда сув (пар) тегса кристаллнинг ранги ҳиралашади, бу эса унинг эксплуатацион тавсифини камайтиради.

Сцинтиллятор (люминофор)да ҳосил бўлган ёруғлик квантлари ФЭУ нинг фотокатоди томонидан қабул қилинадилар. ФЭУ-фотокатод, анод ва улар орасида жойлашган электродлар тизими динодлардан иборатдир. Динодларнинг сони хозирги замон ФЭУ ларида 8-14 ни ташкил этади. Эдектродларга 1000-1500 В ўзгармас ток берилади. Бу кучланиш 8-бўлгич (расм 11.2) орқали барча электродларга бўлинади.   

Расм 11.3

Расм 11.3 да кўрсатилган: 1-сцинтиллятор (люминофор); 2-қайтаргич; 3-ФЭУ; 4-фотокатод; 5-фркусловчи динод; 6-йиғувчи электрод (анод); 8- кучланишни бўлгич.

Люминофорда ҳосил бўлган ёруғлик квантлари (фотонлар) ФЭУ нинг фотокатодидан электронлар уриб чиқаради. Бу электронлар фотокатод ва биринчи динод оралиғида, электр майдони мавжудлиги туфайли, тезланиб, биринчи диноддан бирнеча бор кўпроқ иккиламчи электронларни уриб чиқаради. Бу  жароён қолган динодларда ҳам такрорланади ва ФЭУ нинг  фотокатоддан уриб чиқарилган ҳарбир электрон анодда электронлар оқимини ташкил қилади. Натижада ФЭУ нинг чиқишида ток импулси ҳосил бўлади ва ҳисобланаётган импулслар сони гамма нурларининг интенсивлигига боғлиқ бўлади.

Сцинтилляцион ҳисоблагичлар Гейгер-Мюллер ҳисоблагичлардан анча самарадорликлари юқори. Агарда Гейгер-Мюллер ҳисоблагичлари ҳисоблагичга тушган гамма квантларининг атиги 1-3 % аниқлай олсалар, сцинтилляцион ҳисоблагичларда бу кўрсаткич ўнлаб процентни ташкил этади. Шунинг учун сцинтилляцион ҳисоблагич кристалларининг хажми кичкина бўлишига қарамай, Гейгер-Мюллер ҳисоблагичларининг бирнечтасида олинган гамма нурларининг интенсивлигига қараганда кўпроқ бўлади. Сцинтилляцион ҳисоблагичларида ФЭУ нинг чиқишида ҳосил бўлган импулснинг амплитудаси ўлчанаётган гамма нурларининг энергиясига боғлиқдир. Шунинг учун сцинтилляцион ҳисоблагичлар гамма нурларининг энергиясини, яъни ГК нинг спектрометрия усулини ўтказиш имконини беради.

Сцинтилляцион ҳисоблагичларнинг камчиликлари: 1) теварак-атроф температурасининг ўзгаришига таъсирчанлиги (температура ўзгариши ҳисоблагичнинг кўрсаткичларини ўзгартиради); 2)ҳисоблагич электродларини мутадил кучланиш билан таъминлаш; 3) иш давомида ФЭУ нинг тавсифи ва кўрсаткичларини тез ўзгариб туриши.

Ҳисоблагичларнинг  анодларидан олингн импульслар кучайтиргич орқали амплитудалари оширилади ва шакллантирувчи каскадда бир хил шаклга келтирилади ва юқорига ер усти пультига узатилади. LC ва RC фильтрларининг мавжудлиги туфайли иккита сим орқали қудуққа туширилган зондга доимий ток юқорига эса ҳисоблагичлардан олинган импульсларни узатиш имкони бўлади.

Ер усти пультида импульслар яна кучайтирилади ва дискриминаторга узатилади. Дискриминаторда импульслар кичкина амплитудали халақит берувчи, импульслардан халос бўладилар. Кейин расм 11.1да кўрсатилмаган нормаллаштирувчи каскадда бир хил шаклга айлантирилади. Бир хил шаклдаги импульслар интеграторда импульсларниннг сонига прапорционал равишда ток кучига айлантириб берилади. Интегратордан сўнг регистратор (фоторегистратор, осциллограф) вақт бирлигида ҳосил бўлган импульсларнинг  сонини қайд қилади. Демак радиоактивликни ўлчов бирлиги имп/ мин. Импульслар сонини рами 11.1 да кўрастилгандак алоҳида импульслар ҳисоблагичи орқали ўлчаса ҳам бўлади. Расм 11.1да кўрсатилган калибратор ўзидан маълум ( мас. 3000,6000,12000 имп/мин) миқдордаги импульсларни регистраторга бериши мумкин в бу эса диаграммалар масштабини ўрнатиш имконини беради.

Гамма каротаж қудуқларда тоғ жинсларининг литологиясини аниқлаш, гилли қатламларни ажратиш, гиллилик миқдорини аниқлаш, тоғ жинсларининг майдон бўйича ўзгаришини кузатиш (корреляция) учун ишлатилади. Расм 11.3 да ГК усули ва бошқа геофизик усуллар мажмуаси: электр усулларидан КС(эҳтимолий қаршилик) ва ПС усули; кавернометрия-қудуқларни диаметрини ўлчаш усули ва НГМ-нейтрон-гамма усули келтирилган ва кенг тарқалган чўкинди тоғ жинсларини ўрганишда уларнинг имконлари кўрсатилган.

         Расм 11.3 да кўрсатилгандек гил қатламлари гамма усул диаграммасида (ГМ- узлукли (пунктир) чизиқларда) энг юқори кўрсаткич билан ажралиб туришипти, чунки чўкинди тоғ жинсларининг ичида гиллар юқори радиоктивликка эгадирлар. Бу тоғ жинсларининг гил  эканлиги бошқа геофизик усулларда ҳам ўз тасдиқини топган. Масалан эҳтимолий қаршилик (КС) усулида. гиллар жида кичкина солиштирма қаршиликка эгадирлар. Хусусий қутбланиш потенциаллари ПС усулида энг катта кўрсаткич гиллардадир. Гил қаршисида қудуқ деворининг ювилиб кетиши кавернограммада яққол кўриниб турипти.

Расм 11.4

Расм 11.4 да: 1-нефтга тўйинган қумтош; 2-гиллар; 3-гилли оҳактош; 4-тоза оҳактош; 5-ГМ (ГК) ва НГМ (НГК) усулларида қатлам чегаралари.

Нефтга тўйинган қумтошлар гамма усулда кичкина қийматга эгадирлар. Буларнинг нефтга тўйинганликлари эҳтимолий қаршилик усули (КС) ва нейтрон гамма усули диаграммаларидан аниқлашимиз мумкин. Нефтли қатламлар катта қаршиликка нейтрон гамма усулда гил ва ноколлектор бўлган тоғ жинслари кўрсаткичлари оралиғида бўлади.

Оҳактошлар гамма усул диаграммасида қумтошлар каби кичкина радиоактивликка эга эканликлари билан ажралиб турадилар.

Умуман олганда гамма усул диаграммалари хусусий қутбланиш потенциаллари ПС диаграммаларига ўхшаб кетади, чунки бу иккала усул тоғ жинсларининг гиллиликларига боғлиқдир. Лекин гамма усулнинг ПС дан афзаллиги уни тоғ жинсларининг солиштирма қаршиликларига боғлиқ бўлмаганлигидир. Шу сабабли ПС усули қудуқ кесими юқори қаршиликка эга бўлган карбонат тоғ жинсларидан иборат бўлганда, усулнинг самараси жуда паст бўлади. Яна гамма усулнинг афзалликларидан бири уни очиқ ва мустаҳкамловчи қувурлар туширилган қудуқларда ҳам ўтказиш мумкинлигидир.

катта ўқитувчи Абдулла Набихоновнинг "Қудуқларни геофизик усулларда ўрганиш" қўлланмасидан