(57)【要約】【課題】  測定の正確さを最適にできるように校正ピークに対する所要の計数率を維持しつつ、コンプトン散乱事象を最小にするシンチレータを提供する。【解決手段】  放射線検出器のシンチレータ（１８）は、ほぼ円筒形のハウジング（５８）の内部に装着されたほぼ円筒形のシンチレーション要素と、シンチレーション要素の内部にほぼ封入されたガンマ線発生源（２２）とを含む。ガンマ線発生源（２２）は、反射エラストマースリーブにより支持される１つ以上のセシウムプラグ（２４、２６）を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ円筒形のハウジングの内部に装着されたほぼ円筒形のシンチレーション要素と、前記シンチレーション要素の内部にほぼ封入されたガンマ線発生源（２２）とを具備する放射線検出器（１０）のシンチレータ（１８）。
【請求項２】
前記シンチレーション要素に孔（２０）が形成されており、前記ガンマ線発生源（２２）は前記孔の内部に受け入れられている請求項１記載のシンチレータ。
【請求項３】
前記孔（２０）は盲孔である請求項２記載のシンチレータ。
【請求項４】
前記ガンマ線発生源（２２）は反射エラストマースリーブにより支持される１つ以上のセシウムプラグ（２４、２６）を具備する請求項１記載のシンチレータ。
【請求項５】
前記シンチレーション要素はヨウ化ナトリウムから形成されている請求項１記載のシンチレータ。
【請求項６】
前記孔（２０）は前記シンチレーション要素の長手方向軸に位置している請求項１記載のシンチレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油井検層において放射線を検出する装置に関し、特に、内部ガンマ線発生源を組み込んだシンチレーション結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
密度検層として知られている油井検層の１つの方法は検層ツールとしてガンマ線発生源を採用する。この発生源からのガンマ線放射は油井孔環境により散乱されて、より低いエネルギーのガンマ線を発生する。それらのガンマ線はツール内のシンチレーション（又は放射線）検出器（通常は、光電子増倍管に結合されたＮａＩ結晶要素）により検出され、油井孔環境の物理的特性、主に密度に関する情報を提供する。油井検層の用途で使用されるＮａＩは密封シールに封入されていなければならない。更に、結晶のハウジングは、油井の掘削において現れる極限的な温度と振動に十分に耐えるほど堅牢でなければならない。この種の検層においては、検出器を絶えず校正するために、小型の校正源をシンチレータにごく近接させて配置するのが有用である。このような状況の下でシンチレータに校正源を組み込む技法として知られている唯一の方法は、校正源をシンチレータの外側の、密封シールの内側又は外側のいずれかに配置するという方法である。しかし、この方法では、望ましくないエネルギーの後方散乱ガンマ線が検出されてしまう。また、高い確率をもって完全に吸収されるほど十分に遠い位置でシンチレータを貫通しないが、コンプトン散乱する確率はかなり大きいガンマ線光路が数多く存在する可能性があるため、幾何学的配置としても好ましくない。コンプトン散乱事象として知られるそれらの後方散乱され、部分的に吸収されるガンマ線は油井孔環境から散乱されるガンマ線と同じエネルギー範囲に現れるので、油井孔環境から散乱されるガンマ線を妨害する。
【特許文献１】特表２００１−５０３５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、コンプトン散乱によるスペクトルのこの部分を取り除かなければならない。その結果、所望の測定に大きな不確かさが生じる。従って、測定の正確さを最適にできるように校正ピークに対する所要の計数率を維持しつつ、コンプトン散乱事象を最小にすることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
実施例では、シンチレーション検出器又は放射線検出器は、チタン又はステンレス鋼のハウジングの内部に密封されるほぼ円筒形のＮａＩ結晶を含む。結晶又はシンチレータは光電子増倍管と係合し、それらの構成要素の間には、シンチレータからの光が光電子増倍管へ伝送されるように光窓が軸方向に配置されている。
【０００５】
シンチレータの本体の塊の内部に放射能（すなわち、ガンマ線）発生源を配置することにより、後方散乱と幾何学的配置の問題点の双方を最小限に抑えることができる。このように発生源を配置することにより、全てのガンマ線は、シンチレータから半径方向外側に配置された堅牢化構成要素から後方散乱する機会を得る前に、必然的にシンチレータを通過せざるを得ない。同様に、可能な全てのガンマ線光路はかなり大量のシンチレータ材料を通過しなければならない。このようにして、精密なピーク計数率が含まれる発生源の放射能レベルによりコントロールされる状態で、ピーク対コンプトン比を最大にすることができる。発生源を反射性にすることにより、シンチレータからの光収集に対するマイナスの効果を相殺することができる。
【０００６】
好ましい実施例では、軸方向に対称形であるシンチレータ（又は結晶）に、その軸に沿って、ガンマ線発生源よりわずかに大きい盲孔がシンチレータの長さの約半分の深さまでドリル加工により形成されている。ガンマ線発生源はシンチレータにあけられた孔とほぼ同じ大きさの型の中に挿入される。その後、型は反射性エラストマーで充満され、エラストマーが硬化すると、発生源の周囲に反射スリーブが形成される。次に、発生源及び反射スリーブを含むエラストマープラグが結晶に挿入され、結晶は、以下に更に詳細に説明するように、通常の方法に従って準備される。この実施例では、型は、結晶への挿入を容易にする複数の周囲方向に互いに離間して配置されたローブを有するスリーブを構成するような形状に形成されている。ローブの間の空間は後に同様のエラストマーで補充される。
【０００７】
ガンマ線発生源に材料を塗布するか、又は反射性を有する内面が適切に形成されている空洞の中へ発生源を落とし込むことによっても、ガンマ線発生源の反射性を実現できる。
【０００８】
実施例においては、盲孔はシンチレータの中心軸と整列されている。あるいは、軸を外れた入口を介して発生源をシンチレータに埋め込むか、又は後に互いに接着される２つのシンチレータの間に発生源を挟み込むことも可能である。ガンマ線発生源を挿入した後、検出器のシンチレータ要素に反射テープが巻き付けられる。テープを包囲するのはポリアミドラップと、例えば、特表２００１−５０３５０７号に開示されているアセンブリに類似する側壁軸方向拘束及びコンプライアンスアセンブリ（sidewall axial restraint and compliance assembly、ＳＡＲＣＡ）である。ＳＡＲＣＡは一般に内側材料層と、外側材料層とを含む。ＳＡＲＣＡの外側層はTeflon（登録商標）被覆されたステンレス鋼スリーブであっても良く、内側層はポリアミドスリーブであっても良い。Teflon（登録商標）被覆ステンレス鋼スリーブは、検出器の外側にTeflon（登録商標）被覆面を向けて配置される。組み立て済みのＳＡＲＣＡは、例えば、Kaptonテープの条片によりシンチレータ又は結晶の周囲の所定の場所に保持される。
【０００９】
その後、シンチレータアセンブリは円筒形のチタン又はステンレス鋼のシールド又はハウジングの内部の、シンチレータアセンブリとシールドとの間に半径方向に配置され、シンチレータアセンブリの周囲に互いに離間して配置された複数の板ばねが軸方向に延出している。シールドの一端部は圧縮板、軸方向ばね及び端部キャップにより閉鎖され、他端部には窓と、光カプラとが設けられている。その後、シールドは光電子増倍管（ＰＭＴ）に固着され、窓又は光カプラがシンチレータとＰＭＴとの間に軸方向に挟まれた状態になっている。
【００１０】
従って、１つの面においては、本発明は、ほぼ円筒形のハウジングの内部に装着されたほぼ円筒形の結晶要素と、結晶要素によりほぼ封入されたガンマ線発生源とを具備する放射線検出器のシンチレータに関する。
【００１１】
別の面においては、本発明は、ほぼ円筒形のハウジングの内部に装着されたほぼ円筒形の結晶要素と、ハウジングの内部の、結晶要素とハウジングとの間に半径方向に配置された半径方向及び軸方向支持アセンブリとを具備し、結晶要素がガンマ線発生源を封入しているシンチレータアセンブリに関する。
【００１２】
更に別の面においては、本発明は、孔が形成された円筒形シンチレータ本体と、シンチレータ本体の内部に封入されたガンマ線発生源要素とを具備する油井検層ガンマ線検出器ツールのシンチレータに関する。
【００１３】
次に、添付の図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、図１を参照すると、例えば、油井検層ツールで使用するためのシンチレーション検出器又は放射線検出器１０は、一般に、シンチレータアセンブリ１２と、光電子増倍管（略してＰＭＴ）１４とを含み、光電子増倍管１４は、シンチレータアセンブリ１２との間に配置された光カプラ又は光窓１６、１７と軸方向に整列して互いに結合される。これは当該技術で良く知られている従来通りの配列である。図１に示す特定の配列は単なる例示を目的としており、以下にその詳細を更に説明する。本発明はシンチレータ１８及びその内部へのガンマ線発生源２２の組み込みに関する。そこで図２を参照すると、シンチレータ１８は機械で加工された円筒形の結晶要素、好ましくはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）結晶である。結晶要素として適する他の組成にはアントラセン、酸化ビスマスゲルマニウム（ＢＧＯ）、酸化セリウム（ＣｅＩ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、オルトケイ酸ガドリニウム（ＧＳＯ）、オルトケイ酸ルテニウム（ＬＳＯ）及びその他の同様の物質がある。シンチレータ又は結晶１８は油井の孔からの放射線を受け取り、その放射線を光インパルスに変換し、光インパルスを光電子増倍管１４へ伝送する。
【００１５】
本発明の一実施例によれば、シンチレータ又は結晶１８は約２インチの長さを有し、結晶の中心軸に沿って、その一端部に盲孔２０が設けられている。孔２０は結晶の長さの約半分の深さ（すなわち、約１インチ）までドリル加工で形成されていても良く、ガンマ線発生源２２を受け入れる。図５に最も明瞭に示されているように、ガンマ線発生源２２は一対の市販のセシウムプラグ２４、２６を背中合わせの配列で具備する。それらのプラグは結晶中の盲孔２０とほぼ同じ大きさの型（図示せず）の中に挿入される。型には反射エラストマー材料（例えば、Sylgard）が充満され、エラストマー材料は後に硬化される。これにより、ガンマ線発生源を完全に封入する反射エラストマースリーブ２８が形成される。その後、スリーブ２８は封入されたプラグ２４、２６と共に盲孔２０の中に挿入される。この実施例では、型は図３及び図４に最も明瞭に示されるような円形ではない形状を呈するように構成されている。詳細には、型は反射スリーブの主な長さ部分に沿って４つの細長いリブ又はローブ３２を形成するような形状を有する。これにより、それらのローブはローブの間に、スリーブの周囲に沿って９０°の間隔で対応する細長い溝又は空間３０を形成する。挿入中に孔２０のＩＤと係合するスリーブの表面積を小さくすることにより、圧縮摩擦が減少し、挿入が容易になることが理解されるであろう。挿入後、スリーブと孔のＩＤとの間、すなわち、空間３０の領域に残っている空間には同様のエラストマー材料が補充され、エラストマー材料は、プラグ２４、２６が完全にスリーブ２８の内部に封入されるように孔２０の開いた端部をも密閉する。この他の挿入構成も本発明の範囲内に含まれることは理解されるであろう。例えば、プラグ２４、２６の数と配列、並びにスリーブ２８の直径及び長さの寸法を変更しても良い。結晶要素の孔への挿入を容易にする他のスリーブ形状を提供するために、型の構成を変化させても良い。また、孔２０をドリルで貫通孔として開け、ガンマ線発生源の挿入後に孔の両端部にエラストマー材料を補充しても良いことも理解されるであろう。
【００１６】
更に、ガンマ線発生源２２はシンチレータ１８内部に軸を外れた位置にある孔により封入されても良いし、あるいは後に互いに接着される一対のシンチレータの間に挟まれていても良いことが理解されるであろう。ガンマ線発生源２２をシンチレータ内部に封入するその他の適切な構成は本発明の範囲内に含まれる。例えば、ガンマ線発生源２２を反射エラストマースリーブ内部に封入するのではなく、プラグ２４、２６及び／又はスリーブ２８に反射材料を塗布することが可能であろうし、あるいは盲孔２０に反射材料を貼り付けることも可能であろう。
【００１７】
再び図１を参照すると、シンチレータ又は結晶１８に反射Teflon（登録商標）テープ３４が巻き付けられていても良い。その後、結晶１８の円筒形部分の周囲に薄いポリアミド層３６を巻き付け、１／４“のKaptonテープ３８の条片により固着する。シンチレータの背面に反射ディスク４０が配置されても良い。ＳＡＲＣＡアセンブリ４２は外面がTeflon（登録商標）で被覆された外側ステンレス鋼スリーブ４４と、内側ポリアミドスリーブとを含んでも良い。ＳＡＲＣＡの詳細については、特表２００１−５０３５０７号を参照。
【００１８】
本発明の一実施例に従った最終的な組み立ては、好ましくは光カプラとシンチレータ結晶の前面との間にシリコン油を入れて、光カプラ１６をシンチレータ結晶１８の前端部に位置決めすることを含む。結晶の反対側の、すなわち、後方の端部においては、圧縮板５２、軸方向ばね５４及び端部キャップ５６と共に、追加の反射ディスク４６、４８及び５０をディスク４０に隣接させて配置する。その後、このアセンブリをチタニウム又はステンレス鋼のシールド５８の内部に、軸方向に延出する複数の半径方向ばね６０のアレイがシンチレータアセンブリ１２とシールド５８との間に位置するように配置する。端部キャップ５６をシールド５８の一端部に溶接し、これにより、上記の構成要素の全てがシールドの内部に保持されることになる。光電子増倍管１４への従来の方法による装着を容易にするために、シールド５８の前端部にはねじ山が形成されており、この後、検出器は油井検層ツールハウジング（図示せず）の中に配置されれば良い。
【００１９】
上述の検出器が適切なツール「パッケージ」内に配置された後、特定の大きさの検出器に関するピーク対コンプトン比は０．５９であると判定されたが、これは同じ大きさの検出器に関して現在の外部照射方法により実現可能である０．４０を超えている。
【００２０】
以上説明した検出器アセンブリは単なる例示を目的としていることが理解されるであろう。ガンマ線発生源２２を組み込んだ結晶１８は説明したアセンブリにおける使用に限定されず、他の様々な検出器構成で使用されて良い。
【００２１】
本発明を現時点で最も実用的で好ましい実施例であると考えられるものに関連して説明したが、本発明は開示された実施例に限定されてはならず、特許請求の範囲に示される図中符号は本発明の範囲を狭めるのではなく、本発明の理解を容易にすることが意図されていると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるシンチレータを組み込んだ放射線検出器の展開図。
【図２】ガンマ線発生源を挿入する前の本発明によるシンチレータの横断面図。
【図３】図２に示すシンチレータに挿入するための封入ガンマ線発生源の斜視図。
【図４】図３の線４−４に沿った横断面図。
【図５】図４の線５−５に沿った横断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１０…放射線検出器、１２…シンチレータアセンブリ、１４…光電子増倍管、１８…シンチレータ、２０…孔、２２…ガンマ線発生源、２４、２６…セシウムプラグ、２８…反射エラストマープラグ、５８…シールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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