Введение к работе
Актуальность темы. Основным метолом определения параметров рудных интервалов при разведке и эксплуатации урановых месторождений и при радиоэкологических исследованиях является метод опробовагия по гамма-излучению в An- и 2ті-гсометрни. Для детектирования гамма-излучения применяют сцинтилляционные монокристаллы различных типоразмеров. В этих условиях, при. проведении измерений, большое внимание должно уделяться вопросам обеспечения единства и достоверности измеряемых параметров.
В диссертации рассмотрены три класса задач прикладной радиометрии, объединенных единой методологией, решение котэрых методом математического моделирования приводит к новым результатам и существенно дополняет и улучшает результаты натурного моделирования.
1. В настоящее время единство измерений при гамма-каротаже и
гамма-опробовании урановых месторождений достигается путем
подбора толщины свинцового экрана в моиокрнсгалле из расчета,
чтобы пересчезНый коэффициент был равен 115*3 мкР/ч на 0.01%
равновесного урана. Чтобы обеспечить выполнение этого условия
необходимо, очевидно, потребовать чтобы эффективности детекторов в
режиме интегрального счета импульсов были-подобны.
Экспериментальное определение этих характеристик сопряжено-с большими техническими трудностями н большими затратами. Численный эксперимент методом Монте-Карло из-sa большого времени вычислений не з состоянии решить эту проблему за реальное врем?. Необходимо было разработать метод математического моделирований, который бы обладал большим быстродействием и решал поставленную задачу с погрешиэстью, не уступающей погрешности корректного эксперимента.
2. Применение цифровых регистраторов в радиометрии
позволило значительно увеличить скорость каротажа. В этом случае для
повышения устойчивости решения обратной задачи гамма-каротаткії
необходимо было уточнить форму сигнала над бесконечно тонким
пропласткои с учетом свойств детектора и геометрии измерений, и
подавить уровень статистических шумов с таким расчетом, чтобы
фильтрация не искажала форму полезного сигнала. Эту задачу, с учезом
всего многообразия влияющих факторов, можно решить только
метлами . математического . моделирования с большим быстродействием.
3. При радиоэкологических исследованиях дневной поверхности, вследствие се загрязнения техногенными радионуклидами, необходимо не только измерять поверхностную активность, но и оценивать "запас" радионуклидов в приповерхностном слое. Для этого- важно знать характер изменения спектра гамма-излучения при различном законе .распределения радионуклидов в этом слое. В полном объёме эту задачу можно решить только с помощью методов математического моделирования, обладающих большим быстродействием.
Все эти задачи объединяет наличие пространственной симметрии.
В результате выполненных исследований, автор разработал
быстродействующий метод математического моделирования и создал
пакет прикладных программ, который позволил решить перечисленные
выше задачи. .
Целью работы является разработка научных, основ, метода математического моделирования процессов переноса гамма-излучения в слоистых средах, применительно к задачам опробования по гамма-излучению для решения геологических и экологических задач.
Основные задачи исследований "
1. Разработка метода расчета гамма-полей в геометрии с
пространственной симметрией.
-
Разработка меюда для расчета интегральной- эффективности детекторов на основе сцинтилляциоиных монокристаллов различных типоразмеров.
-
Определения оптимальных параметров экранировки различных детекторов, обеспечивающих единство пересчетного коэффициента для гамма-каротажа.
-
Изучение зависимости спектра гамма-излучения от характера залегания источников техногенного происхождения типа Cs-137.
-
Разработка алгоритмов и программ оптимальной фильтрации данных гамма-каротажа, полученных при цифровой регистрации.
Методы исследований. Для решения поставленных задач автором разработаны два /метода моделирования гамма-полей. Методы объединяет общность подхода к решению, который основан на
' 5'
максимальном учете специфики пространственной симметрии. Разработанные методы позволяют быстро и с достаточной точностью решать практические задачи.
Научная новизна:
-
Создан метод расчета гамма-полей в геометрии с пространственной симметрией, который, обладает высоким быстродействием и предназначен для решения прикладных задач радиометрии и радиоэкологии.
-
Создан метод расчета иіггегральной эффективности детекторов гамма-излучения, отличающийся большим быстродействием и позволяющий учитывать осе основные конструктивные особенности детектора.
-
Впервые расчетным путем получены параметры экранировки детекторов гамма-квантов, обеспечивающих единство перссчетного коэффициента.
-
Доказана возможность определения характера распределения по глубине радиоцезия техногенного происхождения по особенностям измеренного на дневной поверхности спектра гамма-излучения,
-
Разработан алгоритм 'фильтрации данных радиометрического каротажа, не искажающий формы исходного сигнала и значительно повышающий устойчивость решения обратной задачи.
Основные защищаемые положения;
Разработан метод моделирования полей га^ма-излучения в условиях пространственной симметрии, отличающийся больший быстродействием, что позволило решит» ряд важны» производственных задач применительно к полевой радиометрии, гамма-каротажу и радиоэкологии. Метод использован для решения следующих задач: расчет интегральной эффективности детекторов гамма-излучения, определение форм гамма-аномалий при каротаже, определение коэффициентов для обратной задачи гаммз-каротажа, решение прямой задачи спектрометрического гамма-квротпжа и опробования.
» Проведено математическое моделирование шггсгральной эффективности детекторов на основе монокристаллов Naf{7T), C.d н
HUO различных размеров с целью определения оптимальных размеров свинцовых экранов., обеспечивающих единый пересчетный коэффициент 115 мкР/ч на 0,01% равновесного урана!
Разработан метод повышения .устойчивости решения одномерных обратных задал геофизики, основанный на предварительной фильтрации результатов измерений специальным итерационным фильтром. Фильтр отличается простотой реализации и практически не искажает форму полезного сигнала. Метод использован для решения обратной задачи гамма-каротажа и каротажа по методу мгновенных-нейтронов деления.
Практическая ценность и реализация работы
-
Применение математического моделирования для Определения параметров . свинцовых экранов позволило пракіически полностью отказаться от планируемых сложных и'дорогостоящих экспериментов. Полученные результаты направлены на обеспечение единства метрологического обеспечения, при практическом использовании сцинтилляционпых моиокрисішиюв различных типов и размеров в зависимости от решаемой геофизической задачи. Кроме того, эти исследования призваны обеспечить быстрое внедрение новых типов детекторов.
-
Разработанное проі-раммно-маїематичеекое обеспечение (ПМО) цифровых регисіраторов лая аппаратуры гамма-каротажа АГА-201 , КЕДР-1, КЕДР-2 («Коре») .и нейтронного каротажа АГА-101 «Импулье»(«Крунз») обеспечило повышение скорости каротажа и достоверность результатов интерпретации. Это достигнуто в результате предварительной фильтрации геофизических данных итерационным фильтром и уточнением формы гамма-аномалии над элементарными пропластками. ПМО входит в комплект аппаратуры и переданов Фонд алгоритмов и программ при ВИРГ-Рудгеофнзика (пакет программ «Дифференциальная интерпретация»).
-
Применительно к радиоэкологическим исследованиям дневной поверхности Проведен анализ спектров гамма-излучения от естественных радионуклидов и от (.'і-137 при различном хараісгере его распределения по глубине. Полученные оезультаты позволили сделать ряд полезных практических рекомендаций - в частности о получении информации о распределении радиоцезия по результатам измерений
спектра гамма-излучения в области фотопика и пика комптоновского рассеяния.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на
Четвертой технической конференции. МУиС НПО "Рудгеофизнка".
ч, Ленинград 1983г.,
Девятой ленинградской молодежной геологической конференции ВСЕГЕИ. Ленинград 1985г.,
Семинаре НТО "Горное": "Современные проблемы рудной геофизики". Ленинград 1987г.,
Семинаре по обмену опытом использования математических методов и ЭВМ в геологии". Москва 1989г.,
Всесоюзной научно-теоретической конференции "Проблемы и перспективы ядерно-геофизических методов в изучении разрезов скважин". Обнинск 1989г.
Публикации. Основные результаты опубликованы в 7 статьях и в 2 научно-исследовательских отчетах ВНИИ разведочной геофизики им.А.А.Логачева ВИРГ-?удгеофизика.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, четырех глав. Заключения, списка литературы, содержит, 116 страниц текста, включая 33 рисунка и 4 таблицы.
Личный вклад автора. В основу работы положены'результаты научно-
исследовательских работ, выполненных автором во ВНИИ разведочной
геофизики ВИРГ-Рудгеофизика им.А.А.Логачева (ранее
НПО"Рудгеофизика"), начиная с 1982 года. Все приведенные результаты по созданию, программно-математических методов получены лично автором, либо указаны ссылки на соавторов. В работе (без ссылок) также использованы полезные методические рекомендации научного руководителя, сотрудников института, работников полевых партий и экспедиций, чьи пожелания стимулировали' работу автора по развитию вычислительных методов и направляли ее в русло практики.
Диссертационная работа выполнена под научным руководством д.ф.-м.н. И.М.Хайковича, которому автор выражает глубокую благодарность. Автор выражает благодарность АС.Серых, Н.Л.Макарову, В.Н.Попову, В.А.Золотницкому, Т.Г.Брагинской, Б.Г.Сапожникопу, Л Н.Болотникову, Л.К.Соколову, Г.Г.Соколову за постоянное внимание и сотрудничество.