(57)【要約】  対象とする地層から受け取られた散乱源中性子と相互作用するように配置されたシンチレータを含む掘削坑検層器具およびシステム。シンチレータは、散乱中性子との相互作用に応答してルミネセンスを放射する。シンチレータは、アルミノフルオリドホスト材料（例えばＬｉＣＡＦ）を含む。具体的な実施例では、アルミノフルオリドホスト材料は、ユーロピウムをドープされている。さらに具体的な実施形態では、シンチレータからの出力信号内のピークを特定することに基づいてプロセッサがガンマ線から散乱中性子を区別する。またさらなる具体的な実施形態では、システムは第１のシンチレータおよび第２のシンチレータを備えている。プロセッサは、第２のシンチレータの発するルミネセンスを第１のシンチレータの発するルミネセンスから減算して第１のシンチレータの中性子応答を特定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子源と、
対象とする地層から受け取られた散乱源中性子と相互作用するように配置されたシンチレータであって、前記シンチレータは前記散乱中性子との相互作用に応答してルミネセンスを放射するように構成され、ユーロピウムをドープしたアルミノフルオリドホスト材料を含む、シンチレータと、
前記シンチレータの検出されたルミネセンスを示す出力信号を提供するように構成されたルミネセンス検出器と、
を備えている、掘削坑検層器具。
【請求項２】
前記アルミノフルオリドホストがＬｉＣＡＦを含む、請求項１に記載の掘削坑検層器具。
【請求項３】
前記散乱中性子が、熱および熱外中性子を含む、請求項１に記載の掘削坑検層器具。
【請求項４】
前記シンチレータを前記ルミネセンス検出器に連結するための光ガイド
をさらに備えている、請求項１に記載の掘削坑検層器具。
【請求項５】
中性子源と、
対象とする地層から受け取られた散乱源中性子と相互作用するように配置されたシンチレータであって、前記シンチレータは前記散乱中性子との相互作用に応答してルミネセンスを放射するように構成され、アルミノフルオリドホスト材料を含む、シンチレータと、
前記シンチレータの検出されたルミネセンスを示す出力信号を提供するように構成された、ルミネセンス検出器と、
前記出力信号を受け取り、前記出力信号内のピークの特定に基づいて、ガンマ線から前記散乱中性子を区別するように構成されたプロセッサと、
を備えている、掘削坑検層システム。
【請求項６】
前記出力信号内の前記ピークが、パルス波形弁別を用いて特定される、請求項５に記載の掘削坑検層システム。
【請求項７】
前記出力信号内の前記ピークが、弁別器領域を定義することによって特定される、請求項５に記載の掘削坑検層システム。
【請求項８】
前記出力信号内の前記ピークが、パルス波高弁別を用いて特定される、請求項５に記載の掘削坑検層システム。
【請求項９】
前記アルミノフルオリドホストが、ＬｉＣＡＦである、請求項５に記載の掘削坑検層システム。
【請求項１０】
前記アルミノフルオリドホストが、活性ドーパントをドープされている、請求項９に記載の掘削坑検層システム。
【請求項１１】
前記アルミノフルオリドホストが、希土類材料をドープされている、請求項１０に記載の掘削坑検層システム。
【請求項１２】
前記アルミノフルオリドホストが、ユーロピウムをドープされている、請求項５に記載の掘削坑検層システム。
【請求項１３】
前記アルミノフルオリドホストが、セリウムをドープされている、請求項５に記載の掘削坑検層システム。
【請求項１４】
前記散乱中性子が、熱および熱外中性子である、請求項５に記載の掘削坑検層システム。
【請求項１５】
前記デバイスが、
中性子およびガンマ線との相互作用に応答してルミネセンスを放射するように構成された第１のシンチレータと、
ガンマ線との相互作用に応答してルミネセンスを放射するように構成された第２のシンチレータであって、少なくとも１つの応答パラメータが前記第１のシンチレータと異なる、第２のシンチレータと、
前記第１のシンチレータおよび前記第２のシンチレータの検出されたルミネセンスを示す出力信号を提供するように構成されたルミネセンス検出器と、
（１）前記出力信号を受け取り、前記少なくとも１つの応答パラメータを用いて前記第１のシンチレータによって発せられるルミネセンスと前記第２のシンチレータによって発せられるルミネセンスとを区別し、（２）前記第１のシンチレータによって発せられる前記ルミネセンスから前記第２のシンチレータによって発せられる前記ルミネセンスを減算して、前記第１のシンチレータの中性子応答を特定するように構成されたプロセッサと、
を備える、中性子検出のためのシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの応答パラメータが、前記ルミネセンスの波長または前記ルミネセンスの減衰時間のうちの少なくとも１つである、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第２のシンチレータのガンマ線応答が、ガンマ減算が効果的に行われるように、前記第１のシンチレータのガンマ線応答に類似している、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第２のシンチレータは中性子に応答しない、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１のシンチレータおよび前記第２のシンチレータのうちの少なくとも１つは、セリウムをドープしたアルミノフルオリドホスト材料を含み、前記第１のシンチレータおよび前記第２のシンチレータのうちの少なくとも１つは、ユーロピウムをドープしたアルミノフルオリドホスト材料を含んでいる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２のシンチレータは、前記第１のシンチレータによる中性子相互作用から遮蔽されている、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、油田用途における地層の放射線評価に関する。より具体的には、本開示は、シンチレーションを介した中性子検出に使用するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの一般的な坑内（ｄｏｗｎｈｏｌｅ）用途は、熱または熱外中性子の検出を頼りにしている。１つの用途は、中性子間隙間率であり、「トリプルコンボ」として知られているものの１つで、いずれの検層器具一連に対して標準である。坑内器具はそれゆえに、よく中性子源ならびにいくつかの熱および熱外中性子検出器を含んでいる。
【０００３】
中性子の生成に使用されるソースの強度は、コストと安全性に関する問題（例えば、材料の活性化）のため制限される。さらに、化学的ソースは政府の規制によってサイズが制限されており、とりわけ油田用途において、電子的中性子源の利用は、信頼性と温度管理によって制限されている。制限された中性子源強度を補うために、油田用途（例えば、坑内）のための中性子検出器への共通した要求は非常に効果的である。油田計測器具またはゾンデ内の空間は制限されており、検出器の容器もサイズが制限されており（用途に依存し、およそ、直径１３−７６ｍｍ、長さ１３−２００ｍｍ）、そのことは、効率要求を適用させることをより困難にさせる。
【０００４】
油田用途における別の複雑さは、中性子測定器具が絶えず移動することである。そのような用途では、内部処理またはデータの取得から遅滞なく即座に信号が記録されなければならない。パルス中性子源を採用するあるタイプの測定に関しては、検出器は特に早くなければならない。そのような測定例は、中性子信号減衰が１マイクロ秒と同等の分解能を有する何十マイクロ秒の時間スケールで測定される「シグマ」である。それゆえに、そのような検出器へのさらなる要求は、マイクロ秒の範囲内といった、かなり短い時間減衰である。さらに、検出器は、衝撃、振動、高圧力、そして約−４０℃〜約２００℃の温度範囲の厳しい掘削坑の環境に耐えなければならない。上で述べられたような要求の数は、中性子検出器に利用できるわずかな選択のみを伝統的に残している。
【発明の概要】
【０００５】
この概要は、詳細な説明において以下でさらに詳しく説明される概念の選択を紹介するために提供される。この概要は、特許請求の範囲に記載の主題の主要なまたは本質的な特徴を特定することを意図されるものでもないし、特許請求の範囲に記載の主題の範囲を限定に役立てるのに使用されることを意図されるものでもない。
【０００６】
この開示の説明のための実施形態は、掘削坑検層器具を対象とする。器具は、中性子源と、対象の地層から受け取られた散乱源中性子と相互作用するように配置されたシンチレータとを備えている。シンチレータは散乱中性子との相互作用に応答してルミネセンスを放射する。シンチレータはユーロピウムをドープされたアルミノフルオリドホスト材料を含んでいる。器具は、シンチレータの検出されたルミネセンスを示す出力信号を提供するルミネセンス検出器も備えている。様々な実施形態では、アルミノフルオリドホストがＬｉＣＡＦ材料である。
【０００７】
別の具体的な実施形態では、掘削坑検層システムは、中性子源と、対象の地層から受け取られた散乱源中性子と相互作用するように配置されたシンチレータとを備えている。シンチレータは散乱中性子との相互作用に応答してルミネセンスを放射する。シンチレータはアルミノフルオリドホスト材料を含んでいる。掘削坑検層器具は、シンチレータの検出されたルミネセンスを示す出力信号を提供するルミネセンス検出器も備えている。プロセッサは、出力信号を受け取り、出力信号内のピークの特定することに基づいてガンマ線から散乱中性子を区別する。いくつかの実施形態では、出力信号内のピークが、パルス波形弁別（ＰＳＤ）を用いて特定される。さらなるまたは代替の実施形態では、出力信号内のピークが、パルス波高弁別（ＰＨＤ）を用いて特定される。
【０００８】
別の具体的な実施形態では、中性子検出のためのシステムは、中性子およびガンマ線との相互作用に応答してルミネセンスを放射する第１のシンチレータを備えている。第２のシンチレータは、ガンマ線との相互作用に応答してルミネセンスを放射する。第２のシンチレータは、少なくとも１つの応答パラメータ（例えば、ルミネセンスの波長またはルミネセンスの減衰時間）が第１のシンチレータと異なる。ルミネセンス検出器は、第１のシンチレータおよび第２のシンチレータの検出されたルミネセンスを示す出力信号を提供する。プロセッサは、出力信号を受け取り、少なくとも１つの応答パラメータを用いて第１のシンチレータによって発せられるルミネセンスと第２のシンチレータによって発せられるルミネセンスとを区別する。プロセッサは、第１のシンチレータによって発せられるルミネセンスから第２のシンチレータによって発せられるルミネセンスを減算して、第１のシンチレータの中性子応答を特定する。
さらなる特徴および優位性は、添付図面と合わせて、以下の詳細な説明から容易に明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】部分断面図において、この開示の一実施形態に従うシンチレータに基づく中性子検出器を有して配設された坑井検層システムを示し、
【図２】部分断面図において、この開示の一実施形態に従うシンチレータに基づく中性子検出器を有して配設された坑井検層システムを示し、
【図３】部分断面図において、この開示の別の実施形態に従うシンチレータに基づく中性子検出器を有して配設された坑井検層システムを示し、
【図４Ａ】この開示の一実施形態に従う複合シンチレータに基づく中性子検出器を示す概略図であり、
【図４Ｂ】この開示の別の実施形態に従う複合シンチレータに基づく中性子検出器を示す概略図であり、
【図５】部分断面図において、この開示の別の実施形態に従う放射線遮蔽されたシンチレータに基づく中性子検出器を有する検層器具を示し、
【図６】部分断面図において、この開示の別の実施形態に従う光をシンチレータスラブから光子検出器へリダイレクトするための光ガイドを有する検層器具を示し、
【図７Ａ】この開示の一実施形態に従う、セリウムドープＬｉＣＡＦに基づく検出器から得られたパルス波高スペクトル（カウント／チャンネル対チャンネル）の対数プロットを示すとともに、関心領域（赤い線）でのスペクトルへのフィットおよび非中性子に関わるバックグラウンド（破線は、この実施形態で主に高エネルギーガンマ線による発生）の指数関数的近似を示し、
【図７Ｂ】この開示の一実施形態に従う、弁別器窓の領域内で図７Ａに示されるパルス波高スペクトル（カウント／チャンネル対チャンネル）の対数プロットを示すとともに、スペクトル形状およびバックグラウンド近似へのフィットを示し、
【図７Ｃ】この開示の一実施形態に従う、図７Ｂに示されたパルス波高スペクトルの線形プロットを示し、
【図８Ａ】この開示の一実施形態に従う、ユーロピウムドープＬｉＣＡＦに基づく検出器から得られたパルス波高スペクトル（カウント／チャンネル対チャンネル）の対数プロットおよび、弁別器窓の領域内でのスペクトル形状へのフィットを示し、
【図８Ｂ】この開示の一実施形態に従う、図８Ｂに示されたパルス波高スペクトルの線形プロットを示し、
【図９Ａ】シンチレータ材料とのガンマ線の相互作用に対する検出器の時間応答の概略プロットを示し、
【図９Ｂ】シンチレータ材料との中性子相互作用に対する検出器の時間応答の概略プロットを示し、
【図１０】この開示の一実施形態に従う、共通のＰＭＴ構成のために決定された種々のシンチレータ材料の例を比較した、相対パルス波高と温度とのプロットを示し、
【図１１】この開示のいくつかの実施形態に従う、予測される中性子捕獲効果と、種々のシンチレータ材料用のシンチレータの厚さとのプロットを示し、さらに、
【図１２】この開示の一実施形態に従う図１１に示される予測を得るために用いられた結晶シンチレータの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この開示の説明に役立つ実施形態は、坑内および他の油田用途での使用のための中性子検出器を対象とする。特に、中性子検出器は、少なくとも部分的にアルミノフルオリドホスト材料から形成されたシンチレータを備えている。この開示の具体的な実施形態では、アルミノフルオリドホスト材料は、「ＬｉＣＡＦ」またはＬｉＣａＡｌＦ６材料である。
【００１１】
坑内および油田用途に使用されている従来の中性子検出器は、ハロゲン化リチウム化合物（例えば、ＬｉＩ：Ｅｕ）およびシンチレーティングガラス（例えば、リチウムガラス）に基づくシンチレーション検出器である。従来のシンチレータに基づく検出器の不利点は、そのガンマ線に対する感度である。つまり、シンチレータ材料からの光出力が、その材料との中性子相互作用に基づくものか、その材料とのガンマ線相互作用に基づくものかを検出することが困難な場合がある。これがそうなるのは、シンチレータ材料の実際の密度および実効原子番号がその実用的密度よりもさらに高くなるためである。この現象は、中性子信号内にバックグラウンドノイズを生み出し、測定の統計的精度を著しく低減させる。この問題は、高温においてよりひどくなる。光出力および最も知られてシンチレータに基づく中性子検出器の分解能は、温度が上昇するに連れて、著しく低下する。
【００１２】
ＬｉＣＡＦは、本明細書において説明されるように、現在使用されている代替の検出器を越える熱中性子に対する改善された応答を示す。出願人は、ＬｉＣＡＦ中性子検出器の出願に関連する独自の調査を行ったが、知られている限りにおいては、いずれにおいても行われていなかった。出願人の結果は、セリウムドープ（「Ｃｅ」）であれ、ユーロピウムドープ（「Ｅｕ」）であれ、またはいずれか他の適したアクチベータであれ、ＬｉＣＡＦがドープヨウ化リチウムまたはリチウムガラスのような利用できる代替品と同様に多くの温度劣化に悩まされることがないというドープＬｉＣＡＦの優位性を示した。
【００１３】
セリウムおよびユーロピウムは、本明細書において特定されている、ＬｉＣＡＦのための有望なドーパントであるが、そのことは、他の希土類元素といった他の活性物質が使用され得ることを制限することが意図されるものではない。例えば、ユーロピウムドープヨウ化リチウム（ＬｉＩ：Ｅｕ）に対するＬｉＣＡＦ材料の特定の優位性は、ＬｉＣＡＦ材料が非吸湿性であることであり、このことは、実装要件を著しく簡略化するものである。また、リチウムガラスに対する特定の優位性は、ＬｉＣＡＦ材料（少なくとも結晶の形態度）の成分はその化学量論における制御が良好であることであり、限られたサンプルごとに示すべきである。ＬｉＣＡＦ材料は、熱膨張といった制御が良好なパラメータも有している。あるＬｉＣＡＦ材料のヨウ化リチウムおよびリチウムガラスに対する別の優位性は、このＬｉＣＡＦ材料は、中性子およびガンマ線に対して著しく異なる検出器の応答を示すことであり、これにより、ガンマ線に起因するカウントを抑制するための特殊な電子機器と併用され得る（例えば、パルス波形弁別（ＰＳＤ）の使用）。
【００１４】
特に、ユーロピウムドープＬｉＣＡＦはリチウムガラスと比較して高い光出力を有しているため、ユーロピウムドープＬｉＣＡＦは優位性がある。油田用に準備された光増倍管に搭載されると、ユーロピウムドープＬｉＣＡＦは、リチウムガラスよりも、より大きなパルス波高を示す。ユーロピウムドープＬｉＣＡＦは、テストした−２５℃から２００℃までの温度範囲全体に対してこの優位性を維持している。高い光出力および結果として生じる大きなパルス波高は、ノイズ比に対する良好な信号を可能にする。さらに、ユーロピウムドープＬｉＣＡＦは、高エネルギー分解能を可能とし、実験はリチウムガラスと比較して分解能が好ましいことを示している。
【００１５】
上で説明されたように、この開示の説明に役立つ実施形態は、坑内および他の油田用途での使用のための中性子検出器を対象としている。特に、中性子検出器は、少なくとも部分的にアルミノフルオリドホスト材料で形成されたシンチレータを備えている。図１は、この開示の一実施形態に従うシンチレータに基づく中性子検出器を有して配置された坑井検層システム１００の断面図を示す。井掘削坑１０２は、地面１０４を貫くように示されている。井掘削坑１０２は、示されているように井の流体１０６で満たされ得る。検層システム１００の坑内部分５８は、細長く、流体密閉性で、中空の本体またはゾンデ６０を備えることができ、検層操作中は井掘削坑１０２に縦に通され、その中を通過する寸法とされている。
【００１６】
図１の実施形態では、少なくとも１つの放射線検出器８２が坑内６０内に提供され、中性子遮蔽材料８８によって中性子源８０から隔離されている。この説明に役立つ例では、地表機器１１２も備えている。例えば、地表機器１１２は、プロセッサ１１４，入出力デバイス１１６、およびデータストレージデバイス１１８を備えている。検出器８２は、熱中性子（例えば、約０．０２５ｅＶ）および熱外中性子（例えば、約１ｅＶと約１０ｋｅＶの間）のうちの少なくとも１つを検出するように構成されている。検出器８２は、あるエネルギー準位または範囲（例えば、熱および／または熱外中性子）の入射粒子（例えば、中性子）に衝突されたときに輝度を示す材料を含むシンチレータ８４を備えている。例えば、１つの実施形態では、シンチレータは、アルミノフルオリドホスト材料を含んでいる。この開示のより具体的な実施形態では、シンチレータは、ユーロピウムをドープされたＬｉＣＡＦ材料を含んでいる。セリウムまたはユーロピウムをドープされたＬｉＣＡＦ（例えば、ＬｉＣａＡｌＦ６）は、日本の株式会社トクヤマから購入することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、ＬｉＣＡＦは結晶の形で使用される。別の実施形態では、例えば、製造コストを低く保つために、ＬｉＣＡＦ材料は多結晶体の形で使用される。さらに別の実施形態では、ＬｉＣＡＦ材料はセラミックの形態で使用される。
【００１８】
シンチレータ８４は、シンチレータ８４が粒子に衝突されたことを示す応答（例えば、電気信号）を提供するように構成されているルミネセンス検出器８６と光通信を行うように配置されている。図１の説明される実施形態では、筒状のシンチレータ結晶８４は、細長い光電子増倍管（ＰＭＴ）８６に隣接して配置されている。ＰＭＴ８６は、その長さＬＤがゾンデ６０の開口ＷＴの幅によって制限されないように、軸方向に配向されている。
【００１９】
図２は、この開示の別の実施形態に従うシンチレータに基づく中性子検出器を有して配置された坑井検層システム２００の断面図を示す。井掘削坑１０２は、地面１０４を貫くように示されている。井掘削坑１０２は、井の流体１０６で満たされ得る。検層システム２００の坑内部分１０８は、細長く、流体密閉性で、中空の本体（例えば、ゾンデ）１１０を備えることができ、検層操作中は井掘削坑１０２に縦に通され、井掘削坑の中を通過する寸法とされている。本明細書において説明される例では、ワイヤラインとして一般的に知られている油田用途について言及する。本明細書において説明されるシンチレータに基づく中性子検出器の配列および／または方法のいずれかの使用は、「ワイヤライン」、「掘削時検層」として一般的に知られている技術のような様々な油田用途、および研究室分析を含む掘削坑サンプルの表面分析のいずれかでの使用のために考えられている。
【００２０】
図２に示されるように、坑井１０２は、横断面が実質的に円形で、直径ＷＢを有している。説明に役立つ例では、ゾンデ１１０は、井掘削坑を容易に通過できるように、井掘削坑１０２のものよりも小さい直径で、実質的に円筒形である。他の実施形態では、ゾンデは非円筒形の形状を取ることができることは考えられる。少なくともいくつかの実施形態では、いくつかの井の流体１０６が、ゾンデ１１０の外表面と隣接する井掘削坑１０２の内壁の間に存在し得るように、これらの相対的な直径は存在する。説明に役立つ例でのゾンデ１１０の内部の中空は、実質的に円筒形で、内径ＷＴを有している。ゾンデ１１０の中空部分の形状および寸法は、その中に置かれる機器の物理的寸法制限を提供する。
【００２１】
井掘削坑１０２内の深さで配置されたとき、ゾンデ１１０は、地表での周囲条件Ｔ１、Ｐ１とは実質的に違いそうな局所的な周囲の温度Ｔ２および圧力Ｐ２に見舞われるだろう。例えば、井掘削坑１０２の温度は、深さおよび他の地質学的条件に応じて１００〜２００℃となり得る。同様に、周囲の圧力は、表面の値よりも大幅に上回り得る。そのような上昇した温度および圧力は、検層システム２００の坑内部分１０８をさらに制限する。
【００２２】
説明に役立つ例は、地表機器１１２も備えている。例えば、地表機器は、プロセッサ１１４、入出力デバイス１１６、およびデータストレージデバイス１１８を備えている。そのような地表機器１１２は、ゾンデ１１０によって提供される電気的測定値を処理および／または記録するのに使用され得る。井検層ケーブル１２０は、坑内部分１０８および地表機器１１２の間に接続されている。井検層ケーブル１２０は、掘削坑１０２内のゾンデ１１０を支持する滑車１２２を通っており、説明に役立つ例では、地表機器１２２とゾンデ１１０との電気信号のやりとりのための通信パスも提供する。井検層ケーブル１２０は、従来の外装ケーブルデザインとすることができ、ゾンデ１１０と地表機器１１２との間のそのような信号の送信のための１以上の導電体を有することができる。
【００２３】
図２の例では、ゾンデ１１０は、その下端にパルス中性子源１３０を含んでいる。中性子源１３０は、繰り返しパルスまたは本質的に単一エネルギー（例えば、１４ＭＥＶの中性子および毎秒１０＋８のオーダーで中性子を提供できる能力）のバーストを提供するためにパルスモードで操作され得る重水素−トリチウム加速管を備えることができる。パルス回路（示されていない）は電気的パルスを提供するが、ある幅（例えば、およそ１０マイクロ秒の持続）の中性子パルスを繰り返し放射するように中性子発生器１３０をもたらすために、後に説明される方法で時間が決められる。
【００２４】
坑内ゾンデ１１０内には、少なくとも１つのシンチレータに基づく放射線検出器１３２が提供されており、中性子遮蔽材料１３８によって中性子源１３０から隔離されている。遮蔽材料１３８は、中性子を器具外に散乱させるために構成されている。中性子遮蔽材料１３８は、タングステンのような高い原子番号で高密度な材料を含むことができる。さらなる、または代替の実施形態では、中性子遮蔽１３８は、ホウ素入りゴムのような高中性子断面積を有する材料を含むことができる。またさらなる説明に役立つ実施形態では、中性子遮蔽材料１３８は、中性子源１３０による直接の中性子の放射を効果的に減速し検出器１３２を遮蔽するために、パラフィンまたは炭化水素ポリマープラスチックのような高含水素材料を含むことができる。
【００２５】
図２には、１つの検出器１３２が示されているが、この開示の説明に役立つ実施形態は、複数の検出器１１０を備えている。１つの例では、中性子源１３０に関連してゾンデ１１０の同じ側に２つの検出器１３２が配置される。別の説明に役立つ実施形態では、第１の検出器１３２が中性子源１３０の上方に配置され、第２の検出器１３２が中性子源の下方に配置される。いくつかの実施形態では、検出器１３２は、源１３０から等間隔である。さらに説明に役立つ実施形態では、中性子源１３０は、ゾンデ１１０の上端に向けて設置されるが、いずれかの検出器１３２は、ゾンデの下端に向けて設置される。本明細書において説明されるいずれかの実施形態においては、中性子源１３０および検出器１３２の相対的位置は、単に例として意図して示されている。
【００２６】
検出器１３２は、図２に示されるように、熱中性子（例えば、約０．０２５ｅＶ）および熱外中性子（例えば、約１ｅＶから約１０ｋｅＶの間）のうちの少なくとも１つを検知するように構成されている。この検知器１３２は、あるエネルギー準位または範囲（例えば、熱および／または熱外中性子）の入射粒子（例えば、中性子）に衝突されたときに輝度を示す材料から作られたシンチレータ１３４を備えている。シンチレータ１３４は、シンチレータ１３４が粒子に衝突されたことを示す応答（例えば、電気信号）を提供するように構成されているルミネセンス検出器１３６と光通信を行うように配置されている。
【００２７】
そのような検出器１３２は、例えば、中性子相互作用（主として熱）に感度がある、アルミノフルオリドホスト材料（例えば、ＬｉＣＡＦ）を含むシンチレータ１３４を、光電子倍増管（ＰＭＴ）のような光子検出器１３６と併せて備えることができる。そのようなシンチレータ検出器１３２は、井掘削坑１０２の周囲の地層内にある中性子源１３０からの中性子の補獲によって生成される高エネルギーガンマ放射線にも感度があり得る。しかしながら、この開示の説明に役立つ実施形態では、シンチレータ材料とのガンマ線相互作用のパルス波形特性は、シンチレータ材料との中性子相互作用のパルス波形特性と区別され得る。
【００２８】
より詳しくは、検出器１３２は、検出器の感度がある（例えば、熱および／熱外中性子）対象とするエネルギー範囲でその時間分布内の１つの中性子事象によって生成される電子数を示す電気的パルス信号を提供する。検出器１３２からの電気信号は、増幅され得るかまたはさもなければ電子調整回路（例えば、増幅器、示されていない）内で調整され得るし、さもなければ、他の回路（例えば、多重検出器のためのマルチプレクシング・ミキシング回路、示されていない）によって操作され得る。調整された電気信号は、ケーブル１２０導電体を介してさらに地表電気回路（例えば、デマルチプレクシングまたはノンミキシング回路、示されていない）に供給され得る。出力信号は、検出器１３２近辺における対象中性子の集合を示すパルス信号を含む。この結果パルス信号は、例えば、プロセッサ１１４内でさらなる処理が行われ得る。そのような処理は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）技術、ソフトウェア、または、いくつかのＤＳＰおよびソフトウェアの組み合わせによって達成され得る。１つの特定の実施形態では、プロセッサ１１４は、以下でさらに説明されるように、パルス波形分別を使用して、中性子のパルス波形特性とガンマ線のパルス波形特性とを区別する。
【００２９】
図３は、本開示のさらに別の実施形態に従い、シンチレータに基づく中性子検出器の配列を有して配設された井坑検層器具３００の断面図を示す。この代替の実施形態では、ゾンデ２１０の内部中空内に２つの異なる検出器２３２ａ、２３２ｂ（概して２３２）の配列が配置されている。それぞれの検出器２３２ａ、２３２ｂは同一とすることができ（例えば、ともにユーロピウムドープＬｉＣＡＦを使用する）、例えば、異なる位置で同様の中性子相互作用を測定することができる。あるいはまたはさらなる実施形態では、それぞれの検出器２３２ａ、２３２ｂは、異なり得る。検出器２３２は、中性子源２１０に関連して空間的に離れて配置されおり、エネルギー中性子バリアまたは遮蔽２３８によってそれから隔離されている。配列は、２以上の検出器２３２を備え得、そのような検出器は、いずれかの様々な配置（例えば、縦の器具の軸に沿って直線的に間隔をおいて、１つの共通軸について放射状に、いずれかの種々の検出器整列、およびそれらの組み合わせ）で配置されるかまたはさもなければ配向され得ると考えられる。
【００３０】
この説明の役に立つ例では、地表装置２２２は、入出力デバイス２１８およびストレージデバイス２１６を備えている。プロセッサ２１４は、検出器２３２と地表装置２２２との間で電気的に通信するが、ゾンデ２１０に対し内部にあるように示されている。１以上のプロセッサ２１４、入出力デバイス２１８、およびストレージデバイス２１６の種々の構成が、井坑検層システムの配設を実施するのに優位となるように、坑内、地表、または坑内と地表の間に分けて提供され得ることは想定される。
【００３１】
説明に役立つ例を続けると、それぞれの検知器２３２ａ、２３２ｂは、同一とすることができ（例えば、ともにユーロピウムドープＬｉＣＡＦを使用する）、例えば、異なる位置で同様の中性子相互作用を測定することができる。あるいはまたはさらに、それぞれの検出器２３２ａ、２３２ｂは、異なるものとすることができる。例えば、一方の検出器はシンチレータ材料２３４ａ（例えば、ユーロピウムドープＬｉＣＡＦ）を含むことができ、他方は、異なるシンチレータ材料２３４ｂ（例えば、セリウムドープＬｉＣＡＦ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、第２のシンチレータは、シンチレータで発せられるルミネセンスの波長および／またはシンチレータで発せられるルミネセンスの減衰時間のような、少なくとも１つの応答パラメータが第１のシンチレータと異なる。ルミネセンス検出器は、第１のシンチレータおよび第２のシンチレータの検出されたルミネセンスを示す出力信号を提供する。プロセッサは、出力信号を受け取り、少なくとも１つの応答パラメータを用いて第１のシンチレータによって発せられるルミネセンスと第２のシンチレータによって発せられるルミネセンスとを区別する。
【００３２】
いくつかの実施形態では、検出器２３２のうちの少なくとも１つをエネルギー中性子検出器で構成することが有利であり得る。２つの検出器が示されているが、より多数の検出器が、例えば、軸的に異なる位置で分配され、放射状に配向され、または軸的、放射状のバリエーションの組み合わせで提供されることは想定される。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ＬｉＣＡＦシンチレータに基づく中性子検出器は、少なくとも２つの異なるドーパントを含んでいる。いくつかの実施形態では、２つの異なるドープ材料の温度応答が似ているので、そのような多重ドーパントシンチレータを有利に使用し得る。一例として、一方のスラブが中性子放射に対して感度があり、他方のスラブが主としてガンマ線放射に対して感度があるように、少なくとも２つの検出器材料のスラブが、背中合わせ（または、隣り合わせ）の配置で構成され得る。１つの実施形態では、１つのスラブの６Ｌｉを高くすることによって、中性子に対する異なる感度が達成される。いくつかの実施形態では、他のスラブは普通のリチウム濃度で使用されるか、または他のスラブは、７Ｌｉを高められる。別の実施形態では、スラブは同様の６Ｌｉを有し得るが、一方のスラブは他方によって熱中性子から効果的に遮蔽され得る。いくつかの実施形態では、両方の検出器スラブからのルミネセンスは、１つの光子検出器（例えば、光電子倍増管（ＰＭＴ））によって読み取られるが、そのことは上で説明したように双検出器よりもコスト的に優位である。そのような実施形態の１つでは、例えば、一方のスラブをセリウムドープＬｉＣＡＦで作り、他方をユーロピウムドープＬｉＣＡＦから作ることによって、２つのスラブからの信号が区別され得る。スラブから来る信号の異なる減衰時間を区別するのにコンピュータプロセッサが使用され得る。
【００３４】
図４Ａを参照すると、複合シンチレータに基づく中性子検出器のような実施形態のための概略図が示されている。説明に役立つ例では、それぞれ厚さＴ２を有する第１のシンチレータスラブ２５４ａは、それぞれ厚さＴ１を有する第２の異なるシンチレータスラブ２４５ｂと隣接して配置されている。説明に役立つ実施形態では、シンチレータスラブは、平面的な表面に沿って隣接して配置された実質的に平面的（断面で示されている）である。説明に役立つ例では、２つの材料は、密着して示されているが、接着剤、保護材等のような間隙材料を含ませ得ることは想定される。ＰＭＴ２５６のような、光（すなわち光子）検出器は、２つの異なるシンチレータスラブ２４５ａおよび２４５ｂ（概して２５４）に関連して、１以上のシンチレータ２５４に衝突する中性子への応答を提供するために配置される。説明に役立つ実施形態では、ＰＭＴ２５６は第２のシンチレータスラブ２４５ｂの１つの平面に向けて配置され、第２のシンチレータスラブ２５４ｂの反対の面は隣接する第１のシンチレータスラブ２５４ａの平面に向けている。別の実施形態では、図４Ｂに示されるように、シンチレータスラブ２４５は、光子検出器２５６に隣り合わせに取り付けられる。この方法では、いくつかのシンチレータ材料において観察され得る光吸収効果は、ＰＭＴへの光の伝達に影響しないであろう。さらに、スラブ２５４ａおよび２５４ｂが同じホスト材料で作られ、その厚さが等しい場合は、ガンマ線応答は実質的に一致するだろう。実質的に一致する応答は、ガンマ線応答の減算を手助けする。
【００３５】
いくつかの実施形態では、１以上のＬｉＣＡＦ検出器スラブ２４５は、第１のスラブ２４５ａ内で中性子の大部分を阻止できるに十分な厚さを有することができる。１つの具体的な実施形態では、９５％の６ＬｉリッチのＬｉＣＡＦに関しては、厚さは、３〜６ｍｍの範囲とすることができる。別の具体的な実施形態では、２つのＬｉＣＡＦ検出器スラブは、第１のスラブ２４５ａが地層に面するように配向され、地層からの放射線が第１のスラブを通って横切ることによって第２のスラブに達するように、他のスラブ２４５ｂが第１のスラブの後ろに配置される。第１のスラブ２４５ａに中性子が入ると、中性子は、ＬｉＣＡＦ材料内のリチウムと反応し、結果としてエネルギー荷電粒子が放出される。スラブ内への中性子の浸入深さおよび荷電粒子の相互作用領域は、狭く、実質的に第１のスラブ２４５ａ内に含まれる。一方、ガンマ線は、相対的に高い可能性で、両方のスラブ内でエネルギーを放出する。様々な実施形態では、第１のスラブ２４５ａの厚さは、大部分の（および少なくともいくつかの実施形態では、本質的に全ての）中性子が第１のスラブ２４５ａで阻止されるのに十分に厚い。この方法では、第２のスラブが第１のスラブによって中性子から効果的に遮蔽されているので、第１のスラブ２４５ａは、主として中性子信号を検出し、一方第２のスラブ２４５ｂは、主としてガンマ線を検出する。さらなる、または代替の実施形態では、スラブ２４５ｂは普通のリチウム成分を有することができ、またはスラブは６Ｌｉを枯渇させてもよく、ゆえに、中性子相互作用に対する感度がはるかに低くなってもよい。いくつかの実施形態では、スラブ２５４ｂは、中性子吸収材料の薄い層によってさらに覆われてもよく、それにより、スラブに関してガンマ感度はそれほど変えずに中性子感度を下げることもできる。
【００３６】
第１のスラブ２４５ａ内での放射線事象は、その後のドーパントの移動を伴うシンチレータ結晶の励起、ならびに第１のスラブ（例えば、ＬｉＣＡＦ：Ｃｅ）の材料に典型的な強度および時間減衰を有する光の放射を引き起こす。第２のスラブ内での放射線事象も、同様に光放射を引き起こすが、強度および時間減衰は、第２のスラブ（例えば、ＬｉＣＡＦ：Ｅｕ）に典型的である。放射の減衰時間が十分に違えば、コンピュータプロセッサは、第１のスラブ２４５ａおよび第２のスラブ２４５ｂの２つのスペクトルを区別するためのパルス波形弁別（ＰＳＤ）を適用できる。この方法では、いくつかの実施形態は、１つだけの光子検出器（例えば、ＰＭＴ）で発された２つのパルス波高スペクトルを都合良く有する。パルス波高スペクトルは、（短いカウントで）数えられたパルスの数対パルスのパルス波高のヒストグラムである。容易に保存し得る個々のスペクトルを作成するために、パルス波高はマルチチャンネルアナライザ（ＭＣＡ）によってパルス波高チャンネルまたは簡単にチャンネルと呼ばれるインターバルに分類される。検層用途では、ある深さで測定される結果としての個々のスペクトル（カウント対チャンネル）は、深さ（または深さインデックス）でタグを付けた配列の形式で典型的に保存される。１つのスペクトルは、中性子へのかなりの感度を示し、２番目は中性子への感度がない（または限られた）ガンマスペクトルを示す。様々な実施形態では、ガンマスペクトルを測定するデバイスは、効果的なガンマ減算が行われ得る中性子に高感度なデバイスに十分に近く配列される。「配列される」の語は、この技術において頻繁に使用される。２つのデバイスが配列されることは、デバイスが同様の地層区分の深さおよび同様の地層の量を感知することを意味する。スペクトルの減算は、実時間でおよび／または処理後に行われる。スペクトルの減算は、与えられた深さでシンチレータスラブ２４５ａに関連してスペクトルを取り、そして同じ深さの検出器スラブ２４５ｂに関連するスペクトルを減算することによって行われる。ある実施形態では、データに関する統計的分散を減らすために、この技術で知られている、スペクトル配列のさらなる深さ平均が適用され得る。スラブの応答のさらなる特性評価は、既知の掘削坑の環境で行われ得、補正因子は、減算前の１つまたは両方のスペクトルに適用され得る。補正因子は環境依存性を有し得、ゆえに環境パラメータの関数とし得る。その因子は、ソースおよび／または水素インデックス、密度および岩石学といった地層パラメータからの中性子出力のようなパラメータの関数とすることができる。他のパラメータも適用し得る。具体的な実施では、使用されるスラブおよび材料の設計は、それぞれのスラブに関する全スペクトルの補正が５％未満となるように行う。
【００３７】
さらなる遮蔽は、ガンマ線からの複合検出器の遮蔽に適用され得る。様々な実施形態では、遮蔽は、鉛のような密度の高い材料とされ得、形状は遮蔽が検出器スラブの間、圧力容器および／またはさらにはスラブの側部を囲むようにし得る。別のデザインでは、複合検出器全体がガンマ遮蔽でカプセル化することができる。
【００３８】
図５は、この開示の一実施形態に従う、放射線遮蔽されたシンチレータに基づく中性子検出器を有する検層器具の断面を示している。坑内検層器具４００は、エネルギー中性子遮蔽３３８によって隔離された中性子源３３０および中性子検出器３３２を備えるゾンデ３１０を備えている。検出器３３２は、順番に、地層に面するように（例えば、器具の縦の軸に関連して横に）配置された少なくとも１つのシンチレータ材料３３４（例えば、ＬｉＣＡＦ）を含んでいる。図５の説明に役立つ例では、１つの面を横の地層３５０に向けて（例えば、中心軸から放射方向に向けて）実質的に平面的な検出器３３４（スラブ）が配置されている。ＰＭＴ３３６のような光子検出器が、平面的シンチレータ３３４の反対面に隣接して配置され、さもなければ、地層から向かう中性子との相互作用によってシンチレータ３３４内に誘発された光子を検出するために構成される。示されているように、概して細長いＰＭＴ３３６はその縦の軸をゾンデ３１０の縦軸に対し横にして配置されている。例えば、ＰＭＴ３３６は、ゾンデ３１０の直径に沿って整列される。油田ゾンデで一般的に利用できる空間の制限に従い、利用できる空間に合った寸法のコンパクトなＰＭＴが選択される。環境条件に耐えることができる半導体デバイスのような他のコンパクトな光子検出器の範囲で、そのようなデバイスを本明細書で説明されるシンチレータのいずれかと組み合わせて使用し得る。そのような半導体デバイスはフォトダイオードおよびアバランシェフォトダイオードを備えている。
【００３９】
上で説明されたように、エネルギー中性子遮蔽３３８は、中性子源３３０から向けられる中性子から検出器を保護またはさもなければ遮蔽する。同様に、平面的シンチレータ３３４の面の地層３５０に向けての配置は、掘削坑からよりもむしろ地層３５０からの中性子の優先的検出を提供する。いくつかの実施形態では、非優先的中性子からシンチレータ３３４および／またはＰＭＴ３３６を遮蔽するさらなる中性子遮蔽３４０が提供され得る。図５の説明に役立つ例では、そのような中性子遮蔽３４０（断面で示されている）は、検出器３３２の後部および側部に沿って提供されている。そのような遮蔽材料は、非優先的中性子を遮蔽またはさもなければ阻止する（すなわち、散乱および／または吸収する）ために、適切な構成で、いずれかの適切な材料とすることができる。一般的に使用されている中性子遮蔽材料は、エポキシマトリックス材料中のＢ４Ｃである。そのような構成で、検出器３３２は、ある試料容量（例えば、地層３５０）からの中性子検出を最大にするために構成される。いくつかの実施形態では、検出器３３２の外側本体に沿って、ゾンデ３１０の内壁に沿って、またはそれらのいくつかの組み合わせで、そのようなさらなる放射遮蔽が提供され得る。
【００４０】
それぞれの上の例では、ＰＭＴ検出器１３６、２３６、３３６は、ゾンデ１１０、２１０、３１０に関連して横断面内に構成されており、この意味では、利用できる容積の寸法制限を受ける。相対的に短いか、さもなければ小型のＰＭＴがゾンデ１１０、２１０、３１０の直径にフィットするように選択され得る。いくつかの用途では、ゾンデの縦軸に沿ってＰＭＴを構成することによって、少なくともいくつかの寸法要求を緩和することは有利となり得る。
【００４１】
図６は、ゾンデの縦軸に沿うＰＭＴを用いて構成された検層器具５００の断面を示している。図６では、中性子検出器４３２は、ゾンデ４１０の縦軸に、平行にまたはさもなければ一致する細長い光子検出器（例えば、ＰＭＴ４３６）を備えている。検出器４３２は、前の例におけるような横に面する平面的な（スラブ）シンチレータ４３４を備えている。そのような横の配列は、上で説明したような同様の利点を提供する。横方向に平面的なシンチレータ４３４から軸方向のＰＭＴ４３６の入力に向けたルミネセンスの少なくとも重要な部分を方向変換する、１つの光学的路方向変換素子４３５も示されている。例えば、光学的路方向変換素子４３５は、１つ以上の光導波路、プリズム、光ファイバ等を備えている。
【００４２】
坑内検層器具は、本明細書において説明されるいずれかの様々な素子および機能並びにそれらの等価物と組み合わせることができる。例えば、多重検出器は、１つ以上の軸に方向変換された検出器（例えば、４３２）、横向きの検出器（例えば、１３２、２３２、３２３）、平面的シンチレータがゾンデ１１０、２１０、３１０、４１０（示されていない）の横断面内にある軸方向の検出器、および１つ以上のそのような検出器のいずれかの組み合わせを備えることができる。同様に、図６を参照して示されるように、さらなる遮蔽を備える１つ以上の検出器を備えることができる。ガンマ線に抗するさらなる遮蔽は、地層側からまたは検出器全体を密封することによって適用され得る。
【００４３】
この開示の説明に役立つ実施形態は、中性子検出器から受け取られた出力信号を処理するプロセッサまたは特殊な電子機器も対象としている。この開示の様々な実施形態に従って、中性子検出器は、アルミノフルオリドホスト材料（例えば、ユーロピウムをドープされたＬｉＣＡＦ）からなるシンチレータ材料を含む。中性子検出器から受け取られた出力信号は、シンチレータ材料と相互作用する中性子およびガンマ線を示している。様々な実施形態では、コンピュータプロセッサは、図１および図２に示されるプロセッサ１１４である。コンピュータプロセッサは、出力信号内のピークを特定することによってガンマ線から散乱中性子を区別するようにプログラムされる。様々な実施形態では、出力信号内のピークは、パルス波形弁別を使用して特定されるが、それは、以下に置いてさらに説明される。さらなるまたは代替の実施形態では、出力信号内のピークは、パルス波高弁別を使用して特定されるが、それは、以下においてもさらに説明される。
【００４４】
図７Ａは、セリウムをドープされたＬｉＣＡＦシンチレータの一実施形態から得られたパルス波高スペクトル５００の代表的なプロットを示している。スペクトルは、室温でＡｍＢｅ源を用いて水槽内測定された。中性子ピーク５０２は、チャンネル４００で出現し、望ましい中性子検出を示している。中性子ピーク５０２は、主にバックグランドのガンマ放射からの結果である、スペクトル５０４の概して下り傾斜のベースライン部分から伸びている。プロットは、中性子ピーク５０２の領域においてガンマ放射スペクトル５０６の近似も示している。そのような近似は、中性子ピーク５０２のそれぞれの端部におけるそれぞれのカウントに代表されるデータ点およびこれらのデータ点を通してフィットされた指数曲線から算出され得る。
【００４５】
この開示の説明に役立つ実施形態は、中性子相互作用とガンマ線相互作用とを区別するために種々のパルス波高を使用することを対象としている。特に、パルス波高弁別（ＰＨＤ）がＬｉＣＡＦ材料で中性子相互作用とガンマ線相互作用とを区別するのに使用される。この目的のために、パルス波高スペクトルのプロットの範囲で弁別器領域が定義される。図７Ｂは、図７Ａに示されたパルス波高スペクトルの代表的なプロットのための弁別器領域である。１つの弁別器領域は、相対ピーク５０２を含むスペクトルの領域として定義される。弁別器領域は、相対ピーク内での相互作用に結果を限定することによって得られ得る。例えば、図７Ａでは、結果は、３００と５２５の間のチャンネルに限られている。図７Ｃは、図７Ｂに示されたパルス波高スペクトルの線形プロット示している。
【００４６】
全ピークカウント（例えば、Ｃ１）は、中性子相互作用の現れとして使用される。中性子相互作用は、全ピークカウント（例えば、Ｃ１）から推定されるガンマ放射スペクトル（例えば、Ｃ２）に起因するカウントの部分を減算するによって、ガンマ放射相互作用から分離され得る。ガンマ放射スペクトル（例えば、Ｃ２）に起因するカウントの部分は、相対ピーク５０２の領域内でガンマ放射スペクトル５０６の指数関数フィットを使用して推定される。中性子相互作用に起因するカウントの部分は、約チャンネル５２５でピークカウント値の△Ｃとして示されている。コンピュータプロセッサまたは他の特殊な電子機器は、上で説明したパルス波高弁別に基づいて中性子相互作用とガンマ線相互作用を区別するようにプログラムされ得る。いくつかの実施形態では、プログラムされたプロセッサが、中性子ピークの発現以下でさらに低い閾を適用し、ゆえに、中性子相互作用を低エネルギーガンマバックグラウンド相互作用から区別する。
【００４７】
図８Ａは、水槽内のＡｍＢｅ源も使用し、ユーロピウムをドープされた別のＬｉＣＡＦシンチレータから得られた同様の結果を示している。中性子ピーク５０２が、チャンネル５２０において出現し、望ましい中性子検出を示している。留意すべきは、中性子ピークが必ずしもガウス型ではないことである。ここでは、幅およびセントロイドの異なる２つのガウス関数に近似され得る。中性子ピーク５０２は、主にバックグランドのガンマ放射からの結果である、スペクトル５０４の概して下り傾斜のベースライン部分から伸びている。プロットは、中性子ピーク５０２の領域においてガンマ放射スペクトル５０６の指数曲線の形での近似も示している。図８Ｂは、図８Ｂに示されるパルス波高スペクトルの線形プロットを示している。
【００４８】
パルス波形弁別（ＰＳＤ）は、中性子に関連するおよびガンマに関連する相互作用の間で異なる時間減衰を有するシンチレータ材料（例えば、ヨウ化リチウムおよびリチウムガラス）と併用して実験室内で使用されてきた。発明者はこのアプローチは、ヨウ化リチウムおよびリチウムガラスのような知られた材料が油田用途に適していないため、いずれの油田用途にも適用されていないと認識している。
【００４９】
図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、中性子相互作用およびガンマ線相互作用は、ＬｉＣＡＦシンチレータとともにＰＳＤを使用して区別される。図９Ａは、代表的な検出器（例えば、ＬｉＣＡＦシンチレータ）のガンマ線相互作用に対する応答のプロットを示している。説明に役立つ例では、第１のパルス波形Ｐ１はガンマ線相互作用からの検出器出力として得られる。示されるように、応答は強いが、短命である。図９Ｂは、代表的な検出器（例えば、ＬｉＣＡＦシンチレータ）の中性子相互作用に対する応答のプロットを示している。例では、第２の波形Ｐ２は、中性子相互作用からの検出器出力として得られる。比較すると、中性子応答は、強くないが高い持続性を示す。その異なる応答の「形」は、２つのタイプの相互作用間を区別するのに使用され得る。
【００５０】
この目的を達成するため、応答の形が測定され、数値的に特定される。図９Ａおよび９Ｂに図示されているように、第１のパルスＰ１（例えばガンマ線応答）は、ピーク応答値Ａ１、および時間Ｔ１において特定の応答値Ａ２を有する。時間Ｔ１の範囲内では、パルスは、Σ１のプロット下の第１のそれぞれの面積、およびΣ２のプロット下の全面積を有している。同様に、第２のパルスＰ２（例えば、中性子応答）は、ピーク応答値Ａ１および時間Ｔ１において特定の応答値Ａ２を有する。時間Ｔ１の範囲内では、パルスは、Σ１のプロット下の第１のそれぞれの面積、およびΣ２のプロット下の全面積を有している。これらの数値は比較され得、検出された相互作用がガンマ線相互作用または中性子相互作用に対応するのかを推定するために使用され得る。そのような比較の１つは、簡単な比Ａ１／Ａ２とすることができ、比較的大きい比はガンマ線相互作用を表し、比較的小さい比は中性子相互作用を表す。別の例では、比較は、比Σ１／Σ２を使用してなされ、比較的大きい比はガンマ線相互作用を表し、比較的小さい比は中性子相互作用を表す。コンピュータプロセッサまたは特殊な電子機器は、上で説明されたパルス波形弁別に基づいて中性子相互作用とガンマ線相互作用を区別するためにプログラムされ得る。例えば、よく知られた信号処理技術は、多重に異なる検出器応答を別の方法で区別するために、検出器の出力信号に適用され得る。処理は、１つシンチレータスラブ、または同じ光子検出器上の２つ（またはそれ以上）のシンチレータスラブの組み合わせにおいて発生された信号とは無関係に適用され得る。
【００５１】
ＰＨＤおよびＰＳＤは、さらなる利点のために組み合わせられてもよい。例えば、ＰＳＤが上で説明されたような振幅比に基づいて使用される場合、ＰＨＤは考慮中の振幅の範囲を制限するのに有利となり得る。このことは、小さい信号または大きい信号間の比から系統的エラーを引き起こし得る人為的な行為を取り除く。さらに、ＰＳＤは計算能力を要求することもでき、それゆえにＰＨＤは正しいパルス波高の範囲でデータを予め選ぶことによってデータレートを下げるのに好都合であり得る。
【００５２】
図１０は、種々のシンチレータ材料における、温度に対する相対パルス波高のプロットを示している。３つの検出器のパルス波高は、室温で正規化された。ユーロピウムドープＬｉＣＡＦおよびセリウムドープＬｉＣＡＦに対する相対光出力は、リチウムガラスに対する相対光出力よりも優れている。図１０は、リチウムガラスと関連したＬｉＣＡＦのパルス波高が、−２５℃未満での低温度測定および２００℃までの高温度測定でともに増加していることを示している。これらの温度は、最も一般的な油田検層用途をカバーするものである。
【００５３】
図１１は、種々のシンチレータ材料におけるシンチレータの厚さに対する中性子捕獲のプロットを示している。プロットは、等しい体積の３Ｈｅガス（最も下の曲線１１０４）と比較した、種々のスラブ厚さ（最も上の曲線１１０２）における直径２５．４ｍｍ（１インチ）のＬｉＣａＡｌＦ６（９５％６Ｌｉリッチ）のスラブの熱中性子捕獲をモデル化することによって得られたものであった。図１２に示されている対応する配置は、右手側に設けられたソース１２０２および左手側に検出器１２０４である。検出器は、直径（ｄ）および厚さ（Ｌ）を備えている。厚さ３ｍｍのＬｉＣＡＦスラブは、９０％を越える中性子の阻止に十分である。
【００５４】
いくつかの実施形態が上で詳細に説明されたが、この開示の範囲を実質的に逸脱しない範囲で、多くの変更が可能であることを、当業者は容易に理解するだろう。したがって、そのような変更は全てこの開示の範囲に当然含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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