光電倍增管選擇及使用

光電倍增管選擇及使用光電倍增管選擇及使用摘要：放射性測井項目是地層評價主要測井方法，隨著該方法廣泛應(yīng)用，對光電倍增管的需求也成倍地增加。核測井儀器研制和維修人員應(yīng)了解光電倍增管的特性、指標(biāo)參數(shù)和應(yīng)用要求等，因此必須掌握如何合理地選擇及正確使用光電倍增管，該文對相關(guān)工作人員的工作會有很大的幫助，也是十分必要的。關(guān)鍵詞：光電倍增管坪區(qū)光照靈敏度高溫光電倍增管采用Sb、K、Na等高溫雙堿陰極材料。該陰極材料老化后能穩(wěn)定工作在攝氏175°C甚至200°C的環(huán)境溫度下。倍增極材料采用銅鈹合金，其特點是溫度性能好，在攝氏400°C時二次發(fā)射系數(shù)穩(wěn)定。核測井對高溫光電倍增管的最基本的要求是光電倍增管自身在工作點處的計數(shù)率要穩(wěn)定，不因井下高溫和高壓條件而變化，盡量使測得的計數(shù)率變化能唯一反映地層性質(zhì)的變化。1坪特性當(dāng)輻射強(qiáng)度一定時，其計數(shù)率隨著光電倍增管的高壓的變化而變化，但繼續(xù)增加高壓會使計數(shù)率迅速增加，我們把這種特性稱為閃爍計數(shù)器的“坪特性”。閃爍晶體計數(shù)器的“坪”不是光電倍增管固有的特性，而是在一定條件下所具有的特性。光電倍增管輸出信號及噪聲幅度隨著加在光電倍增管上的電壓的變化而變化。只有在一定電壓范圍內(nèi)，光電倍增管輸出信號幅度大于儀器甄別閾，而噪聲幅度又小于甄別閾時才產(chǎn)生“計數(shù)坪”。這種坪與脈沖幅度分布、射線能量、晶體、光電倍增管的性能、儀器的放大倍數(shù)甄別閾及其應(yīng)用條件等因素有關(guān)。為了表征閃爍計數(shù)器的坪特性，通常采用“坪長”、“坪斜”兩個參數(shù)。以VA和VB分別表示坪兩端處的電壓，以NA和NB分別表示在該電壓下的計數(shù)率，則：表示坪斜。式中，為坪區(qū)內(nèi)的平均計數(shù)率。2“坪”與脈沖幅度分布的關(guān)系高壓坪曲線是在一定甄別閾US下改變高壓而測得的。它只記錄閃爍計數(shù)器輸出脈沖幅度大于US的脈沖，實際上是對整個幅度分布譜進(jìn)行積分計算的。隨著高壓增加，大于US的脈沖數(shù)也要增加。很顯然坪曲線與脈沖幅度分布有關(guān)。如果脈沖幅度分布只有一種或幾種幅度的脈沖，小幅度脈沖是噪聲的貢獻(xiàn)，大幅度與小幅度之間計數(shù)很少，這時無論是計數(shù)率隨甄別閾的變化，還是計數(shù)率隨高壓的變化，都可得到一段坪區(qū)。低計數(shù)區(qū)的計數(shù)多（光峰比少），坪斜就大些。如果各種幅度的脈沖都有，那么計數(shù)率隨甄別閾減小而增加，不出現(xiàn)坪臺。不同輻射類型和不同輻射能量使輸出脈沖幅度（輻射能譜）不同，其信噪比也不同，所以坪曲線也不同。即使輻射能量相同，由于管子性能（峰谷比、分辨率）不同，其脈沖幅度也不一樣，坪曲線也不相同。坪與管子性能的關(guān)系從理論分析可知，管子性能不同，其坪曲線也不相同。下面著重討論光電倍增管的陰極光照靈敏度、陽極光照靈敏度（增益）、噪聲及溫度與坪曲線的關(guān)系問題。陰極光照靈敏度核測井中的NaI（Tl）晶體的發(fā)光光譜處于光譜區(qū)。管子的陰極光照靈敏度高，其光電轉(zhuǎn)換效率也高，所以管子的陰極光照靈敏度的大小能反映坪特性的好壞。陰極光照靈敏度高，起坪時計數(shù)變化快，坪出現(xiàn)較早。陽極光照靈敏度陽極光照靈敏度高的管子起坪早，結(jié)束也早，并且坪區(qū)比較窄。反之，陽極光照靈敏度較低的管子，起坪較晚，結(jié)束也晚，坪區(qū)比較寬。陽極光照靈敏度越低的管子坪越長，坪斜也小。這只能說明這種管子對電壓不敏感，并不是在所有情況下都能給出最穩(wěn)定的計數(shù)，更不能說這種管子最好。噪聲從坪曲線可知，坪的終端一般是光電倍增管的噪聲所致。因為過高的電壓會造成光子和離子反饋或?qū)е掳l(fā)射產(chǎn)生的噪聲迅速增加，甚至使管子不能工作，坪曲線上翹。噪聲大的管子，坪曲線就差。溫度通常光電倍增管的靈敏度隨工作環(huán)境的溫度升高而下降，使坪的始端計數(shù)率下降，坪前區(qū)往后移。同時光電倍增管的噪聲也隨溫度升高而急劇增加，使坪后區(qū)向前移。這兩種影響使閃爍計數(shù)器中的坪變窄，坪斜加大，相對坪長減小。由于溫度效應(yīng)與光電倍增管的材料和工藝有關(guān)，因而不同管子的高溫坪特性是不同的。坪與測量儀器參數(shù)的關(guān)系測量儀器參數(shù)主要是指儀器的放大倍數(shù)與甄別閾。甄別閾選得小，或放大倍數(shù)選得過大時，光電倍增管噪聲提早被記錄，坪長縮短。甄別閾選得過大或放大倍數(shù)選得過小時，使坪區(qū)往后移，往往使管子工作電壓過高，使高壓電源不能滿足它的要求，給實際工作帶來困難，所以儀器放大倍數(shù)和甄別閾必須根據(jù)測量儀器的實際條件和光電倍增管性能合理選擇。最佳工作條件的選擇用閃爍計數(shù)器作核輻射強(qiáng)度探測時，工作點選擇在坪區(qū)是非常重要的。若工作點選在坪區(qū)，當(dāng)各種因素引起儀器的增益、高壓、甄別閾等變化時，，可使總的計數(shù)率不受大的影響，保證儀器工作的穩(wěn)定性。也就是說，坪越長，相對坪長越大，允許增益、甄別閾的變化范圍就越大。另一方面由于管子老化、溫度等變化會引起管子性能的變化（表現(xiàn)為管子靈敏度下降、噪聲增加）。如工作點選在坪區(qū)，即使管子的工作溫度和性能有一定的變化，也能保證儀器長期工作比較穩(wěn)定。對于核測井（積分計數(shù)測量）而言，工作點的選擇應(yīng)該包括兩個方面：工作電壓和甄別閾。工作電壓選擇在坪區(qū)的哪一點視管子性能而定。工作電壓選得過低，計數(shù)率隨工作溫度升高而下降較為顯著。甄別閾的選擇既要考慮到能甄別掉噪聲，又要兼顧到計數(shù)的穩(wěn)定性。甄別閾選得過高，對甄別噪聲有利，但計數(shù)穩(wěn)定性受到影響；選得過低，噪聲幅度超過甄別閾而被記錄時，計數(shù)很不穩(wěn)定。不同的甄別閾其工作穩(wěn)定性不同，重復(fù)誤差也略有差別。結(jié)論合理選擇高溫光電倍增管的最佳工作參數(shù)，可保證光電倍增管工作的穩(wěn)定性，延長其使用壽命。目前，放射性測井在油田的勘探和開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用，核測井技術(shù)本身的不斷提高和更新?lián)Q代對核探測器，特別是對高溫光電倍增管提出了更高的要求，因此深入了解光電倍增管的性能，合理選擇和正確使用光電倍增管對核測井技術(shù)推廣應(yīng)用具有重要作用。參考文獻(xiàn)黃隆基.放射性測井原理.北京：石油工業(yè)出版社，1988現(xiàn)代測