Пристрій для керованої свердловинної генерації іонізуючого випромінювання без використання радіоактивних ізотопів хімічних елементів

Реферат: Пристрій для керованої свердловинної генерації іонізуючого випромінювання (12) містить щонайменше термоелектронний емітер (11), розміщений у першій кінцевій частині (7а) електрично ізольованого вакуумного контейнера (9), і лептонну мішень (6), розміщену в другій кінцевій частині (7b) електрично ізольованого вакуумного контейнера (9). Термоелектронний емітер (11) підключений до ряду послідовно сполучених елементів збільшення негативного електричного потенціалу (141, 142, 143, 144), причому кожний з зазначених елементів збільшення електричного потенціалу (141, 142, 143, 144) виконаний з можливістю збільшення прикладеного потенціалу постійного струму (V0, V1, V1+2,…V1+2+3) шляхом перетворення прикладеної напруги збудження (VAC) і передачі збільшеного негативного електричного потенціалу постійного струму (V1, V1+2,…,V1+2+3+4), а також напруги збудження (VAC) до наступного елемента ряду послідовно сполучених елементів (141, 142, 143, 144, 5), а іонізуюче випромінювання (12) перевищує 200 кеВ, при цьому основна частина спектрального розподілу знаходиться в межах комптонівського діапазону довжин хвиль. UA 105244 C2 (12) UA 105244 C2 UA 105244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки, до якої належить винахід Запропоновано пристрій для керованої свердловинної генерації іонізуючого випромінювання, що включає, щонайменше, термоелектронний емітер, розміщений у першій кінцевій частині електрично ізольованого вакуумного контейнера, і лептонну мішень, розміщену в другій кінцевій частині електрично ізольованого вакуумного контейнера. Термоелектронний емітер підключений до ряду послідовно сполучених елементів збільшення негативного електричного потенціалу, причому кожний з зазначених елементів збільшення електричного потенціалу виконаний з можливістю збільшення прикладеного потенціалу постійного струму шляхом перетворення прикладеної напруги збудження і передачі збільшеного електричного потенціалу постійного струму, а також напруги збудження до наступного елемента ряду послідовно сполучених елементів, а іонізуюче випромінювання перевищує 200 кеВ, при цьому основна частина спектрального розподілу знаходиться в межах комптонівського діапазону довжин хвиль. Рівень техніки У даний час радіоактивні ізотопи широко використовуються під час каротажу свердловин і збору свердловинних даних. У відомому рівні техніки не було можливості використовувати нерадіоактивні системи, здатні генерувати енергію фотонів, необхідну для заміни енергії, випромінюваної традиційними радіоактивними ізотопами, які застосовуються під час каротажних робіт у стволах свердловин і тому подібне, іншими словами, пристрій, що забезпечує рентгенівське і гамма-випромінювання більше 200 кеВ і розміщуваний у корпусі діаметром менше 4 дюймів (101 мм). На сьогоднішній день типовий максимальний діаметр корпусів для розміщення каротажної апаратури складає порядку 3 5/8 дюйма (92 мм). Випромінювальна здатність і, отже, інтенсивність випромінювання ізотопів є функцією періоду їх радіоактивного піврозпаду. Щоб зменшити час, необхідний для реєстрації достовірної кількості виявлених вторинних фотонів, ізотоп повинен мати відповідний короткий період піврозпаду, при цьому необхідно використовувати як можна більшу кількість матеріалу для підвищення віддачі. Це ускладнює співвідношення між економічністю і безпекою; чим більше часу потребують каротажні роботи, тим більші витрати, пов'язані з інфраструктурою (такі як час використання бурової установки), і (або) виробничі втрати; при цьому чим коротший час каротажних робіт, тим більший ризик, пов'язаний з використовуваними ізотопами, і тим ширші запобіжні засоби необхідно вживати під час роботи з ізотопами. Розкриття винаходу Задачею даного винаходу є усунення або, щонайменше, зменшення недоліків відомого рівня техніки, або, щонайменше, пропозиція корисної альтернативи відомому рівню техніки. Ця мета досягається за рахунок ознак, які надані у нижченаведеному описі і формулі винаходу, що додається. Здатність емітувати випромінювання великої енергії у формі рентгенівського і гаммавипромінювання «на вимогу» у стволі свердловини і тому подібне без використання високорадіоактивних ізотопів хімічних елементів дасть великі переваги в нафтогазовій галузі при густинному каротажі, каротажі в процесі буріння, свердловинних вимірюваннях у процесі буріння і реєстрації параметрів свердловинних операцій. Далі у тексті використовується термін «лептон». Термін походить від грецького слова λεπτόν, що означає «маленький» або «тонкий». У фізиці частинка називається лептоном, якщо вона має спін 1/2 і не сприймає енергію хвиль колірного спектра. Лептони утворюють сімейство елементарних частинок. Відомі 12 типів лептонів, 3 з яких є матеріальними частинками (електрон, мюон і тау-лептон), 3 є нейтрино, і 6 - їх відповідні античастинки. Всі відомі заряджені лептони мають одиничний негативний або позитивний електричний заряд (залежно від того, чи є вони частинками або античастинками), при цьому всі нейтрино і антинейтрино електрично нейтральні. У цілому, кількість лептонів одного типу (електронів і електронних нейтрино; мюонів і мюонних нейтрино; таонів і тау-нейтрино) при взаємодії частинок залишається тією самою. Це явище відоме як «збереження лептонного числа». Існуючі заходи контролю, логістики, поводження і безпеки, які пов'язані з радіоактивними ізотопами в нафтогазовій галузі, обумовлюють високі витрати, при цьому система, яка не потребує використання радіоактивних ізотопів хімічних елементів, але може створювати еквівалентне випромінювання «на вимогу», виключає необхідність у багатьох витратах на контроль і логістику, пов'язаних з поводженням з ізотопами. Унаслідок введення більш строгих правил контролю відносно зберігання, використання і переміщення високорадіоактивних ізотопів хімічних елементів, викликаного вживанням заходів із запобігання тероризму, різко зросли витрати, що відносяться до безпеки і логістики, які пов'язані з багатьма тисячами ізотопних матеріалів, щодня використовуваних у галузі. 1 UA 105244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У винаході пропонуються пристрій і спосіб, що дозволяють створювати рентгенівське і гамма-випромінювання зі складовими спектра в межах комптонівського діапазону довжин хвиль і виходом випромінювання назовні за рахунок прискорення лептонів між двома електродами з високими електричними потенціалами протилежної полярності, при цьому регульований потенціал кожного електрода підтримується системою ступенів збільшення електричного потенціалу, виконаних з можливістю одержання і регулювання дуже високої напруги (понад 100 000 В) в електрично заземленому корпусі краще циліндричної форми з поперечним розміром не менше 4 дюймів (101 мм). Відповідно, потужність на виході системи набагато більша за потужність гамма-випромінюючих ізотопів, що приводить до значного зменшення часу, необхідного для реєстрації достатнього об'єму даних під час каротажних робіт, завдяки чому зменшуються як витрата часу, так і витрати. У системі не використовуються високорадіоактивні ізотопи, що усуває необхідність в процедурах контролю, поводження і забезпечення безпеки, пов'язаних з радіоактивними ізотопами. Пристрій обладнаний компонентами, виконаними з можливістю генерування, за необхідності, іонізуючого випромінювання у присвердловинному просторі без використання високорадіоактивних ізотопів хімічних елементів, наприклад, таких як кобальт-60 або цезій-137. Пристрій включає наступні основні компоненти: - модульну систему для одержання і регулювання високих електричних потенціалів, як позитивних, так і негативних, із заземленим корпусом краще циліндричної форми з відносно невеликим діаметром; - систему підтримки електричного розділення високих електричних потенціалів і землі, яка включає геометричні елементи регулювання збудження, герметизуючі газоподібні електроізоляційні матеріали і опорні геометричні елементи, що перешкоджають витоку; - систему, яка використовує електричне поле, утворене біполярними електричними потенціалами, для прискорення лептонів у напрямі лептонної мішені; - геометрію мішені і лептонного потоку, яка приводить до утворення іонізуючого випромінювання у формі радіального випромінювання, осесиметричного відносно поздовжньої осі пристрою. Конкретніше, даний винахід належить до пристрою для керованої свердловинної генерації іонізуючого випромінювання, який відрізняється тим, що він включає: - щонайменше, термоелектронний емітер, розміщений у першій кінцевій частині електрично ізольованого вакуумного контейнера; і - лептонну мішень, розміщену в другій кінцевій частині електрично ізольованого вакуумного контейнера; - термоелектронний емітер, підключений до ряду послідовно сполучених елементів збільшення негативного електричного потенціалу; - кожний з зазначених елементів збільшення електричного потенціалу виконаний з можливістю збільшення прикладеного потенціалу постійного струму шляхом перетворення прикладеної напруги збудження і передачі підвищеного електричного потенціалу постійного струму, а також напруги збудження до наступного елемента ряду послідовно сполучених елементів; - іонізуюче випромінювання перевищує 200 кеВ, при цьому основна частина спектрального розподілу знаходиться в межах комптонівського діапазону довжин хвиль. Вакуумним контейнером може бути електровакуумна трубка. Це забезпечує значне зменшення опору випромінюванню вакуумного контейнера. Лептонна мішень може мати осесиметричну форму. Це покращує розподіл випромінювання у всіх напрямках відносно пристрою. Лептонна мішень може мати конічну форму. Перевага такої форми полягає в тому, що випадкове розсіювання термоелектронної емісії приводить до рівномірного розподілу випромінювання за всією окружністю пристрою. Лептонна мішень може бути по суті виконана з матеріалу, сплаву або композита, що належить до групи, яка складається з вольфраму, танталу, гафнію, титану, молібдену, міді, а також будь-якого нерадіоактивного ізотопу елемента з атомним номером вище 55. Це забезпечує вищу вихідну потужність у відповідній частині спектра випромінювання. Лептонна мішень може бути підключена до ряду послідовно сполучених елементів збільшення позитивного електричного потенціалу, при цьому кожний з зазначених елементів збільшення позитивного електричного потенціалу виконаний з можливістю збільшення прикладеного потенціалу постійного струму шляхом перетворення прикладеної високочастотної напруги збудження і передачі підвищеного позитивного електричного потенціалу постійного 2 UA 105244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 струму, а також напруги збудження до наступного елемента ряду послідовно сполучених елементів. Це забезпечує покращене регулювання геометрії поля напруги. Напругою збудження може бути напруга змінного струму частотою близько 60 Гц. При цьому задана енергія може генеруватися при більш низькій необхідній потужності струмонесучих компонентів. Фільтр для збільшення жорсткості спектра може бути встановлений з метою виключення частини випромінювання малої енергії з іонізуючого випромінювання, яке генерується. При цьому фільтрація видаляє шуми з вихідного випромінювання. Фільтр для збільшення жорсткості спектра може бути виконаний з матеріалу, сплаву або композита, що належить до групи, яка складається з міді, родію, цирконію, срібла і алюмінію. При цьому може генеруватися випромінювання в потрібній області спектра. На лептонній мішені може бути розміщений захисний екран з одним або декількома отворами, виконаними з можливістю створення випромінювання, керованого за напрямом. Таким чином, якщо бажано, можна керувати напрямом випромінювання. Пристрій може мати корпус, який виконаний з можливістю герметизації за допомогою електроізоляційної речовини в газоподібній формі. Це забезпечує зниження ризику іскріння і утворення дугового електричного розряду. Електроізоляційною речовиною може бути гексафторид сірки. Гексафторид сірки має дуже хороші ізоляційні властивості. Корпус може мати поперечний розмір, який не перевищує 101 мм (4 дюйма). Унаслідок цього, пристрій цілком придатний для всіх умов проведення внутрішньосвердловинного каротажу. Кожний елемент збільшення електричного потенціалу може включати засоби, що дозволяють прикладати вхідний потенціал, рівний його власному вхідному потенціалу, до наступного елемента збільшення електричного потенціалу. Короткий опис креслень Нижче описаний приклад кращого варіанта здійснення винаходу, який ілюструється за допомогою креслень, що додаються. На Фіг. 1 показані поздовжній розріз першого, двополярного прикладу здійснення пристрою згідно з даним винаходом, де термоелектронний емітер і лептонна мішень підключені до відповідного ряду елементів збільшення електричного потенціалу, а також графік, що представляє електричний потенціал для кожного ступеня ряду елементів збільшення потенціалу. На Фіг. 2а показаний типовий спектр випромінювання ізотопу цезій-137. На Фіг. 2b показаний типовий вихідний сигнал пристрою згідно з даним винаходом, коли електричний потенціал -350 000 В прикладений до термоелектронного емітера, а електричний потенціал +350 000 В прикладений до лептонної мішені. На Фіг. 2c показаний результат застосування такої ж комбінації елементів, як на Фіг. 2b, у разі використання спектрального фільтра з чистої міді. На Фіг. 2d показаний ефект спектрального фільтра, виконаного з композита, що складається з міді, родію і цирконію. На Фіг. 3, в більшому масштабі, ніж на Фіг. 1, показана секція поздовжнього розрізу варіанта пристрою згідно з даним винаходом, при цьому навколо лептонної мішені розміщений захисний екран з отвором, що створює кероване за напрямом випромінювання. На Фіг. 4 показаний поздовжній розріз другого, однополярного прикладу здійснення пристрою згідно з даним винаходом, в якому термоелектронний емітер підключений до ряду елементів збільшення електричного потенціалу і генерує випромінювання у радіальному напрямі відносно заземленої конічної лептонної мішені у заземленому вакуумному контейнері. На Фіг. 5 показаний поздовжній розріз третього, триполярного прикладу здійснення пристрою згідно з даним винаходом, в якому термоелектронний емітер підключений до ряду елементів збільшення електричного потенціалу і генерує випромінювання в осьовому напрямі відносно заземленої конічної лептонної мішені у заземленому вакуумному контейнері. Здійснення винаходу На малюнках позиційне позначення 1 відноситься до герметичного циліндричного корпусу із зовнішнім діаметром, що не перевищує 4 дюймів (101 мм). Корпус 1 осесиметричний відносно поздовжньої осі і виконаний з можливістю електричного заземлення. Корпус 1 краще виконаний з можливістю герметизації за допомогою електроізоляційної речовини 15 в газоподібній формі, в якості якої в одному з варіантів здійснення застосовується гексафторид сірки. Термоелектронний емітер 11 і лептонна мішень 6 розміщені в циліндричному вакуумному контейнері 9, який обладнаний двома електроізоляційними ковпачками 7a, 7b, що утворюють 3 UA 105244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 закриті кінцеві частини електровакуумної трубки 7c, електрично сполученої з охоплюючим корпусом 1, унаслідок чого зазначений контейнер 9 утворює електрично заземлену опорну конструкцію, а також трубку, що фокусує електричне поле. У кращому варіанті здійснення винаходу ніяка детекторна система, що сприяє збору даних в ході каротажних робіт, не включена до складу пристрою, але, за необхідності, екрановані фотонні детектори, такі як детекторні системи на основі йодиду натрію або йодиду цезію, або детектор(и) будь-якого іншого типу можуть бути розміщені по периметру циліндричного вакуумного контейнера 9, поміщеного в межах зовнішнього діаметра заземленого циліндричного корпусу 1, без будь-якої дії високопотенційного поля на електронні системи детекторів. У кращому варіанті здійснення лептони 8 формуються за допомогою термоелектронного емітера 11, проте, окрім цього, можна застосовувати також радіохвильовий метод і метод холодного катода. Теплий стан і високий негативний електричний потенціал термоелектронного емітера 11 відносно заземленого корпусу 1 підтримуються за допомогою системи, що складається з двох або декількох елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141-n, (на малюнках показана система з чотирьох елементів 141-4). Первинний підвищувальний елемент 141, що забезпечує перше збільшення потенціалу в межах системи послідовно сполучених елементів, одержує електроживлення від електричного регулятора 2, який живиться напругою постійного або змінного струму, як правило, в діапазоні від 3 до 400 В, що подається від дистанційного джерела живлення (не показане). Регулятор 2 видає напругу збудження змінного струму VAC при частоті вище 60 Гц, краще, не менше 65 кГц, при цьому елементи збільшення негативного електричного потенціалу 141-144 виконані таким чином, що система котушок трансформатора на кожному ступені використовується для збільшення негативного потенціалу δV1, δV1+2, δV1+2+3, δV1+2+3+4 змінного струму відносно потенціалу заземлення охоплювального корпусу 1 так, щоб ряд елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 збільшував електричний потенціал до загального рівня, що перевищує -100 000 В. Кожний з елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 розміщений по центру і підтримується усередині електрично заземленого корпусу 1 осесиметричною опорною конструкцією 3, виконаною з матеріалу або композита, що має високий діелектричний опір і хорошу теплопровідність. У кращому варіанті здійснення винаходу застосовується суміш поліакрилефірефіркетону і нітриду бору, проте може використовуватися будь-який матеріал з високим діелектричним опором. Осесиметрична опорна конструкція 3 виконана таким чином, що відстань, яку повинна буде покрити електрична енергія опорної конструкції при розповсюдженні уздовж конструкції або крізь матеріал опорної конструкції 3 від елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 до заземленого охоплювального корпусу 1, набагато більша, ніж фізична відстань за радіусом між елементами збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 і корпусом 1, щоб перешкоджати утворенню дугового електричного розряду або іскріння між провідниками, що мають велику різницю напруги. Для безперервної підтримки розподілу електричного потенціалу по поверхні елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 з метою запобігання можливих збурень, здатних призвести до іскріння або утворення дугового електричного розряду, на зовнішній поверхні кожного з елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141– 144 розміщений циліндричний регулятор збудження 4, що забезпечує, щоб радіальний потенціал між кожним з елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 і охоплювальним корпусом 1 залишався постійним за всією осьовою довжиною елемента збільшення негативного електричного потенціалу 141–144, утворюючи таким чином однорідне поле, направлене до землі незалежно від електричного потенціалу δV1, δV1+2, δV1+2+3, δV1+2+3+4 конкретного елемента збільшення негативного електричного потенціалу 141–144. Замість того, щоб використовувати лише один одноступінчатий елемент збільшення негативного електричного потенціалу, застосування багатоступінчатих елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 забезпечує можливість зменшення загального електричного потенціалу на кінці кожного ступеня до мінімального регульованого потенціалу ступеня (див. графік різниці потенціалів на Фіг. 1), унаслідок чого різниця потенціалів між компонентами або на компонентах в межах кожного ступеня не приводить до іскріння або утворення дугового електричного розряду через короткі проміжки, використовувані зазвичай в електричних ланцюгах. Вихідну потужність електричного регулятора 2 можна збільшувати або зменшувати, регулюючи тим самим величину вихідного сигналу елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144. Проте до об'єму даного винаходу може входити будь-яка 4 UA 105244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 конструкція, завдяки якій кожний ступінь системи включатиме пристрої для збільшення загального створюваного потенціалу. Наприклад, у такій системі може використовуватися помножувач напруги на основі діодів/конденсаторів, що належить до півхвильових помножувачів за схемою Грейнахера/Війяра. Збуджувач 5 термоелектронного емітера випрямляє змінний струм високого потенціалу з метою подачі випрямленого струму високої напруги на термоелектронний емітер 11. Таким чином, забезпечується струм збудження термоелектронного емітера 11 і збереження на термоелектронному емітері 11 різниці електричних потенціалів, що перевищує -100 000 В. Оскільки диференціал напруги змінного струму залишається незмінним на кожному ступені системи послідовно сполучених елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144, змінюється тільки постійна складова струму. У кращому варіанті здійснення кожна трансформаторна котушка буде виконана так, що третинна обмотка, що має число витків, рівне числу витків у первинній обмотці, індуктивно зв'язана таким чином, що відмова компонента будь-якого ступеня не приведе до відмови виходу при формуванні високих потенціалів у системі послідовно сполучених елементів, оскільки змінна складова струму передаватиметься через наступний елемент збільшення негативного електричного потенціалу 14 незалежно від того, чи був підвищений рівень напруги постійного струму. Збуджувач 5 термоелектронного емітера може одержувати електроживлення від випрямленої змінної складової струму з виходу елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144. Збуджувач 5 термоелектронного емітера і збуджувач 2a негативного електричного регулятора взаємодіють безпровідним способом, що забезпечує можливість перевірки виходу елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 без підключення проводів вимірювальної апаратури між двома збуджувачами 2a, 5. У кращому варіанті здійснення використовується радіозв'язок, при цьому антена розміщується на збуджувачі 5 термоелектронного емітера і на збуджувачі 2a негативного електричного регулятора, але за наявності лінії прямої видимості за рахунок юстирування оптичних вікон або апертур ряду елементів збільшення негативного електричного потенціалу 141–144 може також використовуватися лазер. Таким же чином виконана система послідовно сполучених елементів збільшення позитивного потенціалу 171–174, що виконують функції, аналогічні елементам збільшення негативного потенціалу 141–144. Вони розміщені так, що вихід системи підключений до лептонної мішені 6 через збуджувач 16 лептонної мішені, щоб кожний ступінь поступово підвищував потенціал для створення високого позитивного електричного потенціалу δV1+2+3+4 на виході системи послідовно сполучених елементів збільшення позитивного потенціалу 171– 174. Збуджувач 16 лептонної мішені випрямляє позитивний змінний струм з виходу елементів збільшення позитивного потенціалу 171–174 для підтримання на лептонній мішені 6 різниці електричних потенціалів, що перевищує + 100 000 В. Збуджувач 16 лептонної мішені і збуджувач 2b позитивного електричного регулятора взаємодіють безпровідним способом, що забезпечує можливість перевірки виходу елементів збільшення позитивного електричного потенціалу 171–174 без підключення проводів вимірювальної апаратури між двома збуджувачами 2b, 16. У кращому варіанті здійснення використовується радіозв'язок, при цьому антена розміщується на збуджувачі 16 лептонної мішені і на збуджувачі 2b позитивного електричного регулятора, але за наявності лінії прямої видимості за рахунок юстирування оптичних вікон або апертур ряду елементів збільшення позитивного електричного потенціалу 171–174 може також використовуватися лазер. Лептони 8, які прискорюються в сильному дипольному електричному полі, створеному високим негативним потенціалом термоелектронного емітера 11 і високим позитивним потенціалом лептонної мішені 6, проносяться неослабленими через вакуум 10 контейнера 9 і стикаються з лептонною мішенню 6 на високій швидкості. Кінетична енергія лептонів 8, яка зростає за рахунок прискорення в електричному полі, яке генерується між термоелектронним емітером 11 і лептонною мішенню 6, виділяється у вигляді іонізуючого випромінювання 12 після зіткнення з лептонною мішенню 6 унаслідок різкої втрати кінетичної енергії. Оскільки лептонна мішень 6 зберігає свій високий позитивний потенціал, лептони 8 за допомогою елементів збільшення позитивного потенціалу 17 переносяться електричним полем від лептонної мішені 6 до збуджувача 2b позитивного регулятора. У кращому варіанті здійснення лептонна мішень 6 є конічною конструкцією, виконаною з вольфраму, проте, крім будь-якого нерадіоактивного ізотопу елемента з високим атомним номером (вище 55), можуть також використовуватися сплави і композити з вольфраму, танталу, гафнію, титану, молібдену і міді. Лептонній мішені 6 може також бути надана осесиметрична 5 UA 105244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 форма, наприклад, циліндричного або кільцевого гіперболоїда, або будь-якої фігури, що забезпечує осьову симетрію. Характерна для лептонів 8 природна тенденція відхилятися під час прольоту між термоелектронним емітером 11 і лептонною мішенню 6 приводить до виникнення зони зіткнень лептонів 8 на лептонній мішені 6, що створює кільцеве поле навколо вершини конічного тіла. Результуюче первинне іонізуюче випромінювання 12, яке частково затіняється лептонною мішенню 6, як правило, розсівається, маючи розподіл, що нагадує сплюснутий сфероїд. Унаслідок цього, іонізуюче випромінювання 12 розповсюджується на всіх напрямках, зберігаючи осьову симетрію навколо поздовжньої осі пристрою, тим самим одночасно опромінюючи всі структури прилеглого пласта і ствола свердловини. Максимальна вихідна енергія іонізуючого випромінювання 12 прямо пропорційна різниці потенціалів між термоелектронним емітером 11 і лептонною мішенню 6. Якщо термоелектронний емітер 11 має потенціал -331 000 В і пов'язаний з лептонною мішенню 6 з потенціалом +331 000 В, то між термоелектронним емітером 11 і лептонною мішенню 6 буде одержана різниця потенціалів 662 000 еВ, яка забезпечує результуючу пікову енергію вихідного іонізуючого випромінювання 12 порядку 662 000 еВ, що відповідає первинній вихідній енергії цезію-137, який зазвичай використовується при густинному каротажі геологічного розрізу. Теплова енергія, створювана при взаємодії лептонів 8 з лептонною мішенню 6, відводиться до електрично заземленого охоплювального корпусу 1 за допомогою електронепровідної теплопровідної конструкції 13, що геометрично і функціонально нагадує осесиметричні опорні конструкції 3, хоча, в кращому варіанті здійснення, використовується більш високий об'ємний відсоток нітриду бору з метою підвищення ефективності теплопередачі. Потенціали термоелектронного емітера 11 і лептонної мішені 6 можуть змінюватися окремо, цілеспрямовано або через відмови ступеня. Загальна різниця потенціалів між термоелектронним емітером 11 і лептонною мішенню 6 продовжує визначатися підсумовуванням двох потенціалів. У найкращому варіанті здійснення пристрій виконаний з подвійною полярністю згідно з даним описом, проте даний пристрій може також функціонувати у однополярному режимі, в якому лептонна мішень 6 має нульовий електричний потенціал завдяки приєднанню до циліндричного охоплювального корпусу 1, при цьому лептонна мішень 6 має таку конфігурацію, яка дозволяє направляти вихідне випромінювання по суті в осьовому або радіальному напрямі пристрою, як видно з Фіг. 4 і Фіг. 5. Щоб краще відтворювати вихідний спектр, зазвичай пов'язаний з ізотопами хімічних елементів, можна використовувати циліндричний фільтр 18 для збільшення жорсткості спектра, який охоплює радіальний вихід лептонної мішені 6 (див. Фіг. 3). У кращому варіанті здійснення використовується фільтр 18 для збільшення жорсткості спектра з міді і родію, проте може також застосовуватися будь-який матеріал, що фільтрує іонізуюче випромінювання або його композити, наприклад, мідь, родій, цирконій, срібло і алюміній. Фільтр 18 для збільшення жорсткості спектра має ефект виключення випромінювання малої енергії і характеристичних спектрів, пов'язаних з вихідним випромінюванням лептонної мішені 6, що підвищує середню енергію всього спектра випускання у напрямі більш високих фотонних енергій (див. графіки на Фіг. 2a-2d). Можна також застосовувати комбінацію з декількох фільтрів 18. У кращому варіанті здійснення фільтр 18 для збільшення жорсткості спектра можна розмістити так, щоб вводити і виводити його з зони випромінювання, впливаючи таким чином на фільтрацію спектра. Можна також застосовувати фіксований фільтр або комбінацію фіксованих фільтрів. Коли бажано одержати кероване за напрямом випромінювання з лептонної мішені 6, навколо виходу лептонної мішені 6 можна розмістити поворотний або фіксований циліндричний захисний екран 20 з одним або декількома отворами, що створює випромінювання 19, кероване за напрямом (див. Фіг. 3). Пристрій і спосіб дозволяють створювати іонізуюче випромінювання як функцію електричного потенціалу, який прикладається до системи. Відповідно, потужність на виході системи набагато більша ніж потужність, яка досягається при використанні ізотопів, що істотно скорочує час, необхідний для реєстрації достатнього об'єму даних під час каротажних робіт, завдяки чому зменшується загальна витрата часу і витрати. Оскільки вхідний потенціал системи можна змінювати, що дає можливість відповідного збільшення або зменшення енергії первинного випромінювання, одна і та ж система може замінити широкий спектр ізотопів хімічних елементів, кожний з яких має конкретне значення вихідної енергії фотонного випромінювання, просто регулюючи прикладену енергію відповідно до конкретних вимог до вихідного випромінювання. 6 UA 105244 C2 5 10 15 20 Модульна система збільшення електричного потенціалу дозволяє подавати на пристрій, що знаходиться у стволі свердловини, струм низької напруги, оскільки висока напруга, необхідна для генерації іонізуючого випромінювання, формується і регулюється усередині пристрою. У системі не використовуються радіоактивні ізотопи хімічних елементів, наприклад, такі як кобальт-60 або цезій-137, що усуває недоліки, пов'язані з контролем, логістикою, заходами з охорони довкілля і заходами безпеки під час роботи з радіоактивними ізотопами. Крім того, технологія внутрішньосвердловинних робіт вимагає розміщення радіоактивних ізотопів хімічних елементів в частині компоновки низу бурильної колони, що максимально полегшує їх витягання з бурильної колони у разі втрати компоновки низу бурильної колони при виконанні бурових робіт. З цієї причини доводиться поміщати ізотоп на висоті 50 метрів над бурильною головкою в точці, де бурильна колона приєднується до компоновки низу бурильної колони. Пристрій, який не містить радіоактивних речовин і, отже, може бути залишений у свердловині, немає необхідності розміщати з урахуванням можливості витягання. Відповідно, пристрій, що випускає випромінювання, і детекторну систему можна розміщати ближче до бурильної головки, наближаючи надходження сигналу зворотного зв'язку зі ствола свердловини до реального часу. Перевага регульованого джерела випромінювання також полягає в тому, що воно дозволяє виконувати різні каротажні роботи при різних рівнях енергії без необхідності витягувати його зі ствола свердловини для переналагоджування, що дає операторові можливість одержати більший об'єм даних за коротший проміжок часу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 1. Пристрій для керованої свердловинної генерації іонізуючого випромінювання (12), що перевищує 200 кеВ, з основною частиною спектрального розподілу, що знаходиться в межах комптонівського діапазону довжин хвиль, що містить щонайменше термоелектронний емітер (11), розміщений у першій кінцевій частині (7а) електрично ізольованого вакуумного контейнера (9), і лептонну мішень (6), розміщену в другій кінцевій частині (7b) електрично ізольованого вакуумного контейнера (9), який відрізняється тим, що термоелектронний емітер (11) підключений до ряду послідовно сполучених елементів збільшення негативного електричного потенціалу (141, 142, 143, 144), кожний з яких виконаний з можливістю збільшення прикладеного потенціалу постійного струму (V0, V1, V1+2, …, V1+2+3) шляхом перетворення прикладеної напруги збудження (VAC) і з можливістю передачі збільшеного негативного потенціалу постійного струму (V1, V1+2, …, V1+2+3+4), а також напруги збудження (VAC) до наступного елемента ряду зазначених послідовно сполучених елементів (142, 143, 144, 5). 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що вакуумним контейнером (9) є електровакуумна трубка. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що лептонна мішень (6) має вісесиметричну форму. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що лептонна мішень (6) має конічну форму. 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що лептонна мішень (6) по суті виконана з матеріалу, сплаву або композита, вибраного з групи, яка включає вольфрам, тантал, гафній, титан, молібден, мідь і будь-який нерадіоактивний ізотоп елемента з атомним номером вище 55. 6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що лептонна мішень (6) підключена до ряду послідовно сполучених елементів збільшення позитивного електричного потенціалу (17 1, 172, 173, 174), кожний з яких виконаний з можливістю збільшення прикладеного потенціалу постійного струму (V0, V1, V1+2, …, V1+2+3) шляхом перетворення високочастотної напруги збудження (Vac) і з можливістю передачі збільшеного позитивного потенціалу постійного струму (V1, V1+2, …, V1+2+3+4), а також напруги збудження (VAC) до наступного елемента ряду зазначених послідовно сполучених елементів (17 1, 172, 173, 174, 16). 7. Пристрій за п. 1 або 6, який відрізняється тим, що він виконаний таким чином, що напругою збудження (VAC) є високочастотна напруга змінного струму з частотою вище 60 Гц. 8. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що передбачено фільтр (18) для збільшення жорсткості спектра, виконаний з можливістю виключення частини випромінювання малої енергії з генерованого іонізуючого випромінювання (12). 9. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що фільтр (18) для збільшення жорсткості спектра виконаний з матеріалу, сплаву або композита, вибраного з групи, яка включає мідь, родій, цирконій, срібло і алюміній. 7 UA 105244 C2 5 10 10. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що лептонна мішень (6) забезпечена захисним екраном (20) з одним або більше отворами для створення керованого за напрямом випромінювання (19). 11. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що включає корпус (1), який виконаний з можливістю герметизації за допомогою електроізоляційної речовини (15) у газоподібній формі. 12. Пристрій за п. 11, який відрізняється тим, що електроізоляційною речовиною (15) є гексафторид сірки. 13. Пристрій за п. 11, який відрізняється тим, що корпус (1) має поперечний розмір, який не перевищує 101 мм. 14. Пристрій за п. 1 або 6, який відрізняється тим, що кожний елемент збільшення електричного потенціалу (141, 142, 143, 144; 171, 172, 173, 174) включає засоби для прикладення вхідного потенціалу, рівного його власному вхідному потенціалу, до наступного елемента збільшення електричного потенціалу (141, 142, 143, 144; 171, 172, 173, 174). 15 8 UA 105244 C2 9 UA 105244 C2 10 UA 105244 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11