6.2. Свойства горных пород при взаимодействии с нейтронами.

Связь ме­ж­­ду составом горных пород и нейтронными полями выражает­ся через сече­ния элементарных процессов взаимодействия нейтронов с веществом. В соотве­т­ствии с характером процесса распространения ней­тронов в вещес­тве нейт­ронные параметры горных пород делят на две группы: парамет­ры замед­ления и параметры термализации (когда нейтрон замедляется до теплово­го). Наиболее трудно установить связь между составом пород и замедляю­щими свойствами, так как диффе­ренциальные сечения неупру­гого и упру­го­го рассеяния нейтро­нов, определяющие процесс замедления, имеют сложные угло­вые и энергетические зависимос­ти. Каждый из пере­чи­с­ленных параметров, взятый в отдельности, не дает полной характе­рис­тики нейтрон­ного поля заданного источника в среде определенного соста­ва. Необходимо рассматривать пара­метры в их совокупности. Такими син­тетическими характери­стиками горных пород являются возраст τ_S (или длина замедления L), время замедления t_З (на стадии замедления) и длина диффузии L_d, коэффициент диффузии D и время жизни ней­трона τ (на стадии термализации).

Длина замедления L. Для конкретного источника нейтронов длина замедления зависит от плотности и вещественного состава горной породы. Поскольку зависимость от плотности очевидна (1/L = N_Aρσ/A, где N_A – чис­ло Авогадро, σ – полное сечение, ρ – плотность, A – атомный вес), то в качестве параметра, характеризующего нейтронные свойства замедли­теля определенного состава, рассматривают массовую длину замедле­ния: Y = ρL (г/см²).

Длина замедления нейтро­нов для вмещающих пород в зав­исимости от влажности пород при энергии нейтронов 1,5 эВ.

Обычно длину заме­дления рассчитывают для энергии, со­ответст­ву­ю­щей основному резонансу индия (Е =1,46 эВ). На рисунке при­ведены резуль­таты расчета дли­ны замедления для некото­рых типичных горных пород. Анализ этих данных пока­зы­вает, что длина замедления слабо зави­сит от изменения изо­топного состава пород, но существенно меняется при повы­шении водородсодержания (влажности). Особенно резкие изменения ρL наблюдаются в области малых значений влажности (W < 5%). При W > 10% длина замедления меняется слабо.

Длина замедления существенно зависит от начальной энер­гии ней­т­ро­­нов, для всех горных пород эта зависи­мость одинакова: длина замедле­ния растет с увеличением энергии Е_о.

Зависимость длины замедления нейтронов различной энергии от коэф­фициента пористости пород (поры заполнены водой).

Следует учесть, что L меняется в связи с изме­нением влажности W и плотности ρ влажной породы. Ана­лиз численных результатов показал, что при к_п > 0,1 (W > 5 %) поли­энер­гетические источники можно заме­нить экви­валентными моноэнергети­чес­кими. Так, для Ро-Be- и Ra-Ве источников эне­р­гия эквивалентного моноэнергетического источника ле­жит в интервале 3,5 - 4,0 Мэв. Отме­тим, что длины замедления Ро - Be- и Ra – Ве источ­ников практически не отличаются друг от друга, особенно в области небольших влагосодержаний.

Среднее время замедления. Время замедления t₃ пропорционально дли­не свободного про­бега L. Следовательно, характер зависимости t₃ от изотоп­ного состава горных пород аналогичен рассмотренному для L. В частности, и здесь обобщенным параметром является произ­ведение плотности на время замедления. Для сухого песчаника ρt₃ = 205 мксек_*г/см³, для воды ρt₃ = 1,03 мксек_*г/см₃. Таким образом, время замедления, в основном, определяется водородсодержанием горных пород.