SGS自然伽马能谱探头

530SGS自然伽马能谱探头

使用及维护保养北京环鼎科技有限责任公司总体技术部SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第1页!前言一、530测井仪器放射性测井串概述二、放射性测井放射性测井包括自然伽马测井、自然伽马能谱测井、中子测井、密度测井。大家知道，地层中各种天然放射性同位素在衰变中放出三种射线，即：α射线（氦核）、β射线（电子）和γ射线（电磁辐射），由于前两种的穿透能力很弱，很难从较深的地层中透出，也很难进入坚实的测井仪探测器。只有γ射线具有较强的穿透力，使得距离井壁20～30厘米的射线对探测器仍能产生贡献。

三、自然伽马测井天然放射性测井或自然伽马测井在某种意义上说主要是测量地层中的放射性的量。自然伽马测井仅需要一个放射性探测器，通过计数进入探测器的部分伽马射线进行测量。虽然地层中各种天然放射性同位素发射α、β、γ射线，只有γ射线能穿透相当距离，通过地层和仪器外壳进入探测器。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第2页!SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第3页!

量转换效率高，因而它是所有实用的闪烁体中能量分辨率最好的一种，对137Cs的662Kevγ射线分辨率可达5~6%；密度大，这有利于测量高能量的电子和γ射线；制造相对容易，可以做成各种形状和大小的晶体，最常见的是园柱形，尺寸有大有小。碘化钠晶体的最大缺点是容易潮解，吸收空气中的水份发黄变质而不能使用，因此必须装在密闭的盒子内。通常是放在铝套中，有一面是透明性很好的光学玻璃，它与晶体之间加一点硅油，铝外套与晶体之间填进干燥的氧化镁反射层，使晶体向四面八方发出的光被反射后大部分透过玻璃进入光电倍增管，因此可以提高光的收集系数。通常，射线是通过铝窗（或铍窗）入射。封装的外壳还可以对晶体起机械保护作用。五、光电倍增管主要有光阴极、电子光学输入系统、二次发射倍增系统和阳极组成的光电倍增管放入抽真空的玻璃筒内，做成真空电子器件。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第4页!

六、伽马射线与物质的相互作用伽马射线与物质的原子在一次碰撞中能损失其大部或全部能量，伽马射线束在通过物质时，其强度按指数规律衰减。伽马射线与物质的作用主要是光电效应、康普顿效应和电子对效应。

光电效应：当一个能量为hv的伽马量子（光子）进入一个原子并消失，这时就产生了光电效应，并发射一个高速电子。这个电子能量为hv-E，或是光子能量减去电子的结合能。当伽马射线的能量低于大约150Kev时，光电效应在三个过程中占最主要的地位。

康普顿散射：一个能量为hv的伽马量子（光子）进入原子，以减低的能量hv١散发出去,并打出一个反冲电子，这个过程就是康普顿散射。电子对效应：一个能量为hv的伽马量子（光子）进入核的范围并消失，发射一个电子对，这个过程叫做电子对的产生。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第5页!在地层中的各种放射性发射的伽马射线，都要经受地层本身的散射和吸收，因而在地层中任何一个观查点上都看不到伽马射线的初始谱，而是能量分布已经变化了的伽马谱。地层与自身发射的伽马射线发生康谱顿效应，使很大一部分能量较高的光子转变为能量较低的光子，形成能量从零到Er初始能量的连续谱，高能段光子数减少，而低能段光子数增加，并使分立的谱线变成连续的能谱图，峰值压低而坪区抬高。光电效应不改变初始谱的能量组成，对谱的基本形态影响不大。伽马射线能量在400Mev~3Mev的范围内，可以认为光电效应基本不改变初始谱的能量成分。但在0~400Kev的低能段，当地层的等效原子序数Z增加时，低能光子将发生强烈的光电吸收，使光子数量减少。电子对效应使能量大于1.02Mev的光子减少，0.51Mev光子增加。地层等效原子序数Z较小，Er不太大时，电子对效应对地层伽马射线的自吸收贡献可不于考虑。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第6页!安全注意事项

放射性

仪器刻度时，使用SGS-Y放射源刻度器，注意遵守放射源使用规则。

晶体活化

如果仪器偶然的靠近放射源（特别是中子源）存放或运输，晶体将被活化。这种活化表现为高的本底计数率。这将使仪器不能正常工作。消除晶体的活化可能需要几个小时，要尽量避免该现象的发生。

晶体的易碎性。

仪器搬运晶体是一种贵重、易碎的元件，在仪器运输、操作使用过程中要特别注意，尽量减轻颠簸、碰撞。

电击危险

仪器工作时，光电倍增管使用上千伏高压，操作时应小心，谨防电击。

现场测井

防磨环的安装使用SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第7页!

普通的自然伽马测井方法是测量地层中所有的自然放射性造成的计数率。总计数率只是反映地层中全部放射性核素的总效应，而不能区别这些核素的种类，因此地层信息没有得到完全的应用。地层中同时含有铀系、钍系和钾的放射性同位素，在测定天然样品和测井时得到的都是铀、钍、钾的混和谱。如下图所示，图中所说的钍和铀是分别指钍和铀整个放射性系。图中2.62Mev伽马射线的钍锋，实际上是由钍的子体产物铊208发射的。同样，图中1.76Mev伽马射线的铀锋，实际上是由铀的子体产物铋204发射的。只要放射性系是处于平衡状态，这些伽马射线中任何一种的丰度分别与铀或钍的丰度成比例。图中1.46Mev伽马射线的钾锋就是放射性同位素钾40发射的自然辐射。钾有三种同位素组成，它们的质量数分别是39、40与41，相应丰度为93.08%、0.0119%、6.9%。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第8页!

如下图所示，钍（232Th）、铀（238U）、钾（40K）是不稳定的核素，具有自然放射性。在衰变过程中，它们或它们的子系产物能放射出特定能量的伽马射线。钍系和铀系的最终产物均为铅的稳定同伴素。通过测定这些特定伽马射线的强度和能量，就能确定地层中钍（Th）、铀（U）、钾（K）的含量。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第9页!应用的基本理论钍(Th)、铀(U)、钾(K)三种元素在地壳中的平均丰度为：232Th＝12ppm238U＝4ppm(39+40)K＝2％使用API为单位测量标准伽马射线的放射性强度可以用这三种元素的线性组合表示：GR＝α·Th+β·U+γ·K其中系数α、β、γ取决于探测仪器的下列参数：

—仪器的几何参数

—仪器的外壳尺寸

—晶体尺寸

—电路计数阈值等等钍(232Th)、铀(238U)、钾(K)的含量通过探测它们子核产生的伽马射线强度来确定，使用特征方程进行计算。带有闪烁晶体探测器的井下仪器探测的伽马谱线如下图：为了区分伽马射线的能量，仪器设有5个能谱窗口，以记录这些特征伽马射线。

SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第10页!我们利用碘化钠晶体与光电倍增管耦合组成的闪烁计数器去探测伽马射线。一旦伽马射线进入晶体，就可能发生几种相互作用，从而放射短促光线，由光电倍增管将其捕捉，转换成250ns的电脉冲。这个电脉冲的幅度与入射到晶体的伽马射线能量成正比。仪器的基本测量是基于把整个伽马能谱划分成五个能量窗口，分别对各窗口的每秒钟计数进行统计。五个能量窗口的划分为：W1200Kev～500KevW2500Kev～1100KevW31100Kev～1590KevW41590Kev～2000KevW52000Kev～3000Kev能量窗口由参考电压正比于伽马射线能量的比较器组成。随着温度的上升，晶体增益下降，光电倍增管的特性也将发生变化。而比较器参考电压是固定的，这样由于温度变化而引起的脉冲幅度变化将等效于伽马射线能量发生了移动。这时伽马射线将会进入错误的窗口，从而导致探测的失败，针对这种情况，仪器电路设置了两个内部相关的温度稳定控制系统。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第11页!自然伽马能谱仪器的组成及各部分的作用

自然伽马仪器由能谱探头和电路两部分组成，如下页框图所示。能谱探头的功能是将从地层中入射的自然伽马射线转换成与其强度和能量成正比的电信号。自然伽马能谱探头由伽马射线探测器（碘化钠晶体和光电倍增管耦合组成）。自然伽马能谱电路由两部分组成：在探头中有高压电源模块和前置放大器；在NEC中有GPD-01A板、GPD-01B板、A2板的U8、U9及A1板的部分电路。仪器的探测器由碘化钠晶体与光电倍增管耦合组成。一旦伽马射线进入晶体，就可能发生几种相互作用，从而放射短促光线，由光电倍增管将其捕捉，转换成250ns的电脉冲。这个电脉冲的幅度与入射到晶体的伽马射线能量成正比。高压电源模块是为光电倍增管提供高压用的一个部件，其中包括一块方波震荡电路板，一个高压倍增鼓，一块高压输出幅度控制调整电路板。前置放大器将光电倍增管输出的电脉冲进行幅度和功率放大，然后作为探头信号输出。GPD-01A板由控制信号产生器和幅度分析器（I）两部分组成。GPD-01B板由6.6V标准直流信号、REF5.5V参考信号及放大器（I）、放大器（II）组成。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第12页!SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第13页!

然后Q2、Q3交替地饱和和截止。当Q3饱和时，L8上产生一上正下负其大小正比于（E+12）的电压；当Q2饱和时，L8上产生一下正上负其大小正比于（E+12）的电压。因此当Q2、Q3交替地饱和和截止时，在L8上就得到了幅度正比于（E+12）的方波。

NSS-004是一个负反馈的控制电路。运算放大器U1的3为同相输入端，2为反相输入端。有三个信号加到U1同相输入端3：个信号是+12V电压经电阻R3到U1的同相输入端3；第二个信号是光电倍增管上的负高压经R7到U1的同相输入端3；第三个信号是线路一A1板的指令控制信号HVC经R4到到U1的同相输入端3。这三个信号控制晶体管Q1的射极输出电压的大小，从而调整高压，以保持光电倍增管的放大倍数不变。由NSS-002、NSS-003、NSS-004组成的高压电源电路是一个负反馈控制系统，故V3=V2，由于V2=0，所以V3=0。这样，就可以导出光电倍增管上负高压-HV与高压控制信号HVC的关系式。

根据弥尔曼定理有：HV/60000+HVC/681+(1.78/(14.7+1.78))*12/((1.78*14.7/(1.78+14.7))+56.2)=0

解得：-HV=1340+88HVC

通常线路1的A1板给出的HVC在-4V-6V之间调整高压。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第14页!

能谱核脉冲成形放大电路板GDP-01B：此电路板由四部分构成：即由放大器（I）、放大器（II）、6.6V直流标准信号电路和REF5.5V参考信号电路。U1、U2构成放大器（I），U3、U4构成放大器（Ⅱ）。U5、Q1构成6.6V直流标准电源，产生6.6V的参考电压作为比较器的门坎电平，用来控制脉冲幅度分析器（I）。U6、U7、Q2构成REF5.5V参考信号（C22上的电压）产生电路，U6为加法器，这个参考电压是可控制的，控制量是SPECTRUMCONTROL（这个信号是由车间刻度的搜谱来确定）。6.6V直流标准电源与SPECTRUMCONTROL信号一起产生REF5.5V参考信号，为脉冲幅度分析器（Ⅱ）提供参考电压，其输入输出关系为：VC22

=(10/12)*6.6+(10/89)*SPECTRUMCONTROL=5.5+SPECTRUMCONTROL/9SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第15页!

能谱信号鉴别控制电路板GDP-01A：

这部分电路由控制信号产生器和幅度分析器（I）两部分构成。

U1、U2、U3三组比较器组成幅度分析器（I），这三组比较器的输出控制NEC的A1板产生N1Amt和N2Am信号。

U4、U5、U6、U7等组成控制信号产生器。

U7B和U7A均为单稳态电路。当A1板来的200Kev的信号送到U5C时，U5C的输出作为U7B的触发信号，U7B的5端的输出信号作为U7A的触发信号。U7B的5端与12端的信号是反相的，U7A的13端与4端的信号是反相的，这样U7A的13端输出通过U6的4端产生读脉冲READ（正脉冲）信号，同样，U7A的4端输出送到U5A，再经U6的15端输出信号LRESET（电路复位）作为脉冲幅度分析器（I）的复位信号，U7B的12端输出送到U5B，再经U6的2端输出信号SRESET（能谱复位）作为脉冲幅度分析器（Ⅱ）的复位信号。

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如果探测到一个能量介于40-60kev的伽马射线，则电路中相应的脉冲信号幅度介于比较器U3的门坎电平和U2的门坎电平之间，此时U1和U2的输出仍然保持高电平，但U3的输出T14变为低电平，低电平信号T14送到A1板。如图，低电平的T14信号送到了U10的6端，U10的4端变成了高电平。由于此时U9的3端为高电平，所以当读脉冲READ（正脉冲）来到时，U11B的6端就得到一个负脉冲，在N1Am能窗中产生一正脉冲。之后，电路复位脉冲（负脉冲）LRESET到来到时，由U10构成的RS触发器被复位，为下一次计数作好准备。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第17页!

同样，U6、U7、Q2构成脉冲幅度分析器（Ⅱ）的参考电压REF5.5V产生电路,U6的反相输入端输入了两信号，一个是6.6V的直流标准电压，另一个是来自NEC的SPECTRUMCONTROL电压，SPECTRUMCONTROL电压与仪器的搜谱有关，当谱搜完成后这个电压就固定了，在这两个信号的控制下，在Q2输出5.5V-7V的参考电压，控制脉冲幅度分析器（Ⅱ）的如下九个能窗：W1：200Kev-500KevW2：500Kev-1100KevW3：1100Kev-1590KeW4：1590Kev-2000KevW5：2000Kev-3000KevN1K：1365Kev-1460KevN2K：1460Kev-1590KevN1Th：2515Kev-2610KevN2Th：2610Kev-2740KevSGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第18页!SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第19页!SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第20页!SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第21页!自然伽马能谱仪器的稳谱

低能区的稳谱

在NaI(TL)晶体端面嵌入241Am放射源就是用来实现稳谱的。如下图所示，此放射源发射出的伽马射线能量为60Kev。由于探测器的能量分辨率有限，因此尽管输入到探测器的伽马射线能量均为60Kev，但探测器输出的脉冲幅度并不是一个恒定的值，而是围绕着某一平均值涨落起伏。由此可见，60Kev的伽马射线有时落入能窗40～60Kev（N1Am），有时落入能窗60～80Kev（N2Am），图中所示曲线为一对称曲线，因此，如果光电倍增管放大倍数正常，那么60Kev的伽马射线落入能窗N1Am和N2Am的几率是相等的，即（N1Am-N2Am）/（N1Am+N2Am）=0，也就是：N1Am=N2Am参考源稳谱电路由NSS-004及NEC上GPD-01A的幅度分析器（I）逻辑单元、NEC上的HVC回路控制电路单元等组成。镅锋（N1Am、N2Am）的两个信号经地面计算机处理后，变成了“高压状态”信号，此信号在NEC中经A/D转换后变成了高压控制信号HVC，去控制光电倍增管的高压。

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搜谱过程如下：使用GSR-Y刻度器，内装一种矿物(Monazite)发射Th谱伽马射线，用此Th峰作为谱信号能量窗口标定的基本校准峰。在电路设计上考虑可稍稍改变谱信号窗口阈值，而不改变谱的总幅度，使窗口阈值与其理论能级准确匹配。在Th峰两侧设置对称窗口，窗口基准电压可不受谱位置的限制而改变。方法是改变谱误差控制电压值，这是一个名为＂PCSL＂(ProgrammableConstantSlowLoop)的计算机控制指令，通过计算机键盘改变以Kev为单位的这个常量，有效的窗口电压阈值也改变了相应的数值。PCSL的范围是-256Kev～+256Kev。

钍锋（N1Th、N2Th）的两个信号经地面计算机处理后，变成了“能谱误差”信号，此信号在NEC中经A/D转换后变成了SPECTRUMCONTROL信号，与6.6V标准信号一起产生了REF5.5V参考信号，即改改变着幅度分析器（II）的参考电平。

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对于不同的PCSL值，函数的近似形式如右： 当FF＝0时，得到理想标准。但是由于统计误差的存在，对于确定标定值来说，这个标准是不可能的，所以当FF的绝对值小于0.1时，我们就认为此时的Th峰就被定在PCSL值上。对某一支自然伽马能谱探头当和对应的NEC配套做车间搜谱，这个PCSL值就是车间刻度的搜谱值。每次测井开始前用＂改变指令＂将PCSL值直接送入，就可以进行测前刻度和测井了。通常，PCSL的默认值是0Kev。基本校准值应该在-256～+256Kev之间，如果超出了这个范围很可能是探头有缺陷，仪器不能使用。 谱参考电压REF5.5V的调节范围是：5.5V～7V，对应PCSL的值是：-256Kev～+256Kev。对应PCSL的缺省值0Kev，REF5.5V应是6.5V左右。实际上这个过程就是我们的车间刻度过程。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第25页!能谱仪器检查依次连接遥测短节、能谱探头、NEC。给仪器供电后，双击“测井”命令下的“定时测井”选项，观测屏幕右侧状态区SGTS项显示为“cd****”，cd表示能谱仪器的高压已经稳住，****代表该仪器的具体高压值，不同仪器该值会有所差异。伽马能谱仪器采用硬件稳高压工作方式，即仪器在工作中自身电路产生高压控制指令控制仪器高压。。对于同一个NEC挂接同一个自然伽马能谱探头，车间刻度的能谱窗口值应该满足下表要求。PCSL谱搜索及车间刻度一支新的自然伽马能谱测井仪器投入使用前，首先要对仪器的PCSL值进行标定并进行车间刻度。能谱仪器做车间刻度时要求将仪器放置高于地面1.5米。

测量范围

单位

W1463--519CPSW2263--301CPSW338--46CPSW420.5--25.5CPSW537.5--46.5CPSSGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第26页!测前刻度测前刻度与车间刻度过程一样，只是少了伽马能谱坪搜索的过程。执行“测前刻度”，选择“自然伽马能谱测前刻度“菜单，完成“零测量”、“正测量”后，双击“刻度列表”，刻度计算结果的要求也与车间刻度比较，其中W1、W2、W3为要求值的5%，W4、W5为要求值的20%。测后刻度测井曲线测完后，执行“测后刻度”，以验证仪器工作的正确性，选择“自然伽马测后刻度“菜单，完成“零测量”、“正测量”后，双击“刻度列表”，在与测前刻度完全相同的环境下，刻度计算结果与测前刻度比较，其中W1、W2、W3为要求值的5%，W4、W5为要求值的20%。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第27页!

在我们感兴趣的地层里通常发现的天然放射性元素有钾和所谓钍系及铀系元素，后两者是由钍、铀开始的同它们的放射性子元素处于平衡状态的一个元素族。每个元素发射在上述元素或元素族中具有特征数量和能量的伽马射线。四、自然伽马射线探测器

对γ射线的探测有多种方法：电离室、盖革计数管、碘化钠晶体和半导体探测器等。目前常用的就是碘化钠晶体探测器。碘化钠晶体，它是透明的单晶体，有纯的和加铊的两种，化学符号为NaI和NaI(Tl),经常使用的是后者，在NaI中加入0.1~0.5%的铊时，发光的效率最好，可以达到12%，相对NaI晶体为230%。NaI(Tl)目前仍然是探测γ射线的最好闪烁体，原因如下：因为它含有高原子序数的元素碘，它可以制成大块，因而对γ射线的探测效率较高。例如Φ40*25mm的NaI(Tl)晶体，对于小于100Kev的γ射线探测效率近100%，而对于1MKev的γ射线效率约40%。原子序数（Z）大，光电效应占的比例也大，有利于能量测量；NaI(Tl)的能SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第28页!

光电倍增管的作用就是把闪烁体发出的微弱的光转变成电子，然后经过多次倍增变成一个可以记录的电脉冲信号，光电转换由光阴极来实现，当光子作用在光阴极上面时由于光电效应能产生电子来，倍增是由一系列倍增极所组成的倍增系统来完成的。当一个能量较高的快速电子作用在倍增极上时，倍增极上就会发射出许多个电子（即二次电子发射效应）。工作时从光阴极K到各种倍增极一直到阳极加上依次递增的电压。闪烁光落到光阴极上所产生的电子，经阴极电子光学系统加速和聚集后，打到个倍增极D1上，倍增极受到电子轰击后就发射出更多的电子，电子增加的倍数称为二次倍增系数，一般3~6倍，这些二次电子又被电场加速和聚集后，打到第二个倍增极D2上，再次得到倍增，这样不断的倍增下去（通常有8到13个倍增极），最后，被放大了许多倍的电子流就由阳极A数集。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第29页!当伽马射线穿过物质时，与物质的原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应，其总截面为三种效应截面之和。因每种效应对于吸收介质的原子序数和入射的伽马射线的能量都有一定的依赖关系，因而对于不同的吸收物质和能量区域，每种效应对总截面的贡献是不同的。由此看到：1）对于低能伽马射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势；2）对于中能伽马射线和原子序数低的吸收物质，康普顿效应占优势；3）对于高能伽马射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第30页!主要技术指标

工作温度：-25˚C～+150˚C最高耐压：100MPa测量范围：0～500API仪器分辨率（Cs137）：<12%(20˚C)<15%(150˚C)测速：450m/h纵向分辨率：500mm探测深度：300mm在TUK标准井的测量精度：Th1.5PPmU1.5PPmK0.1%(实验室环境、探测时间≥800S)用GSR-U刻度：+250Kev>PSCL>-250KevTPFF<0.1W1：491cps±28cpsW2：282cps±19cpsW3：42cps±4cpsW4：22.5cps±2.5cpsW5：42cps±4.5cpsSGR：162API±12API40～80Kev热离子噪声：＜250cps(20˚C～150˚C)高压稳定性：±2V(150˚C)SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第31页!

仪器简介及测井原理

530SGS自然伽马能谱探头是530快速测井平台系统中重要的测井仪器之一，可以测量地层地层中伽马总计数率和钍、铀、钾三种天然放射性元素含量。钍（Th）、铀（U）、钾（K）三种元素的含量占地层中放射性元素总量的99%以上，其它天然放射性元素只占不到1%，完全可以忽略不计。根据钍、铀、钾的地球化学性质，利用自然伽马能谱测井资料和其它有关资料结合，追踪这三种元素的存在规律，可以识别火成岩，区别岩相，确定黏土含量，帮助划分储集层。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第32页!井下仪器探测的伽马能谱

SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第33页!Th231、U238、K40放射的伽马射线

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高能区域有三个窗口：W3、W4、W5，以探测三个主要的能谱区。低能区域有两个能谱窗口：W1、W2。按照计数率计算，高能区的总计数率约占全能谱总计数的10%。为了减少统计起伏和适当的提高测井速度，必须利用低能区的计数来计算钍（Th）、铀（U）、钾（K）的含量，因此在低能区开了两个窗口。这是一个复杂的能谱图，探测器的分辨率决定着它形状的变化。为了识别各元素对总的伽马射线的贡献，在谱线上设置了五个窗口，分别对进入各个窗口的伽马射线进行累计，于是Th、U、K及伽马总量可用下列公式表示：232Th＝a1.w1+a2.W2+a3.W3+a4.W4+a5.W5238U＝b1.W1+b2.W2+b3.W3+b4.W4+b5.W5k＝c1.W1+c2.W2+c3.W3+c4.W4+c5.W5GR＝W1+W2+W3+W4+W5其中系数ai、bi、ci(i=1、2、3、4、5)由仪器参数决定，对已定型仪器的此系数为常数。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第35页!种稳定系统采用将2.7μCi的小放射源241Am紧贴晶体尾端放置，保持其放射的60Kev伽马射线为固定电压幅度，Am回路可以更正温度升高时出现的探测器综合增益上大的变化，它通过调节光电倍增管的高压来控制伽马能谱的移动。第二种稳定系统是利用来自地层中钾峰(1460Kev)和钍峰(2615Kev)的自然伽马射线来微调窗口门槛电压。仪器分别在241Am峰(60Kev)、K峰(1460Kev)、和钍峰(2615Kev)的两侧设置了稳谱窗口。稳谱窗口的设置如下：Am241峰下窗口(APLW)：40Kev～60KevAm241峰上窗口(APUW)：60Kev～80KevK峰下窗口(KPLW)：1365Kev～1460KevK峰上窗口(KPUW)：1460Kev～1590KevTh峰下窗口(TPLW)：2515Kev～2610KevTh峰上窗口(TPUW)：2610Kev～2740Kev在530-伽马能谱仪器中，钾峰稳谱窗口未被使用。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第36页!SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第37页!自然伽马能谱仪器电路分析如下图所示探头部分：探头由Am源、NaI晶体、光电倍增管组成。探头电路由NSS-001前置放大器、NSS-002、NSS-003振荡器和NSS-004四部分组成。NSS-001前置放大器由U1、U2两级放大器组成。NSS-002是由二极管CR1-CR10及C1-C10组成的倍压整流器，其作用是将振荡器输出的低压方波转变成高压直流信号。NSS-003振荡器是由Q1、Q2等组成。电路分析如下：当未接入直流电源时，线圈L3、L4上均无电压。接通直流电源时，L3、L4上均产生一个上正下负的电压，通过正反馈过程，有使Q3、Q2均饱和导通的趋势。但由于Q3、Q2不可能完全对称，其中必有一个导通的快一些。我们不妨假设Q3导通的快一些，则会有如下正反馈过程：VL4↑—→Vb3↑—→Vc3↓—→VL4↑↑—→Q3饱和—→Vb2↓—→Vc2↑—→VL3↓—→Q2截止Q3饱和后L4上的电压为E+12，此时L4上的电流从零开始线性增长。当L4上的电流接近Q3的最大饱和电流时，L4上电流就增长的缓慢起来，这样就会引起另一个正反馈过程，使得Q3截止，Q2饱和，即：IL4增长变慢—→VL4↓—→Vb3↓—→Vc3↑—→Vb3↓↓—→Q3截止IL4增长变慢—→VL4↓—→Vb2↑—→Vc2↓—→VL3↑—→Vb2↑↑—→Q1饱和SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第38页!SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第39页!SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第40页!

具体电路分析如下：

由GDP-01B板产生的6.6V的标准电压经电阻R2、R7、R12、R17等分压，得到高低不同的直流电压，这些电压分别是0.8V、1.0V、1.2V，相当于40Kev、60Kev、80kev的能量级，为三个比较器提供门坎电平，当电路中没有脉冲时，由于三个比较器的反相输入端比同相输入端的电压低，因此比较器U1、U2、U3的输出T12、T13、T14均为高电平。（如图，假如送到了线路1的A1板由U8、U9、U10构成的三个RS触发器，这时三个RS触发器的4端输出均为低电平，此时U11的9端和6端均为高电平）

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如果探测到一个能量介于60-80kev的伽马射线，则电路中相应的脉冲信号幅度介于比较器U2的门坎电平和U1的门坎电平之间，此时U1的输出T12保持为高电平，U2和U3的输出T13和T14保持为低电平，两个低电平信号T13和T14送到A1板，如图，低电平信号送到了U9和U10的6端，U9和U10的4端变成了高电平。由于此时U8的3端也为高电平，所以当读脉冲READ（正脉冲）来到时，U11A的9端就得到一个负脉冲，在N2Am能窗中产生一正脉冲。之后，电路复位脉冲LRESET到来到时，U9、U10被复位，为下一次计数作好准备。通过以上分析，我们得出如下结论：如果探测到一个能量介于40-60kev的伽马射线，则在N1Am窗中有一正脉冲；同样，如果探测到一个能量介于60-80kev的伽马射线，则在N2Am窗中有一正脉冲。这样就实现了对伽马射线按能量的分窗记录。

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自然伽马能谱测井仪不但要测出伽马射线的强度，而且要探测出伽马射线的能量。能谱仪器就是通过对光电倍增管输出的脉冲幅度的分析来实现对伽马射线能量的分析。由于井下温度变化范围很大，而光电倍增管的放大倍数会随温度的变化而生变化，因此要采取一定的措施控制光电倍增管的放大倍数来稳谱。如果光电倍增管的放大倍数变化了，上式就不能成立。当式不成立时，NEC的A1板输出的高压控制信号就要改变。我们知道，光电倍增管的高压与高压控制信号之间的关系为：

-HV=1340+88HVC

此时仪器通过调节高压控制信号来调节光电倍增管的高压HV来使光电倍增管的放大倍数向相反的方向变化，从而使光电倍增管的放大倍数恒定，达到稳谱目的。SGS自然伽马能谱探头共52页，您现在浏览的是第47页!

高能区的稳谱自然伽马能谱