NO318022B1 - Innretning for gammastralepavisning og maling - Google Patents

Description

INNRETNING FOR GAMMASTRÅLEPÅVISNING OG -MÅLING

Oppfinnelsen vedrører generelt en innretning for påvisning og måling av gammastråler, hvilken innretning er ment å oppdage nærvær av gammastråleemisjon og å gi en måling av emisjonsni-vået.

Oppfinnelsen er primært blitt utviklet for å tilveiebringe en måleinnretning eller -verktøy som kan benyttes til måling av gammastråleemisjonsnivået i et lag hvor det bores, dvs. å foreta overvåkning av gammastråling under boring, i hvilket tilfelle innretningen følger borekronen ganske nært - typisk er den plassert mellom 0,3 og 15 m over borekronen, avhengig av borestrengens oppbygning og nærvær eller fravær av en boremotor. Derfor må innretningen utformes slik at den er tilstrekkelig robust til å tåle de rådende forhold i et så vanskelig miljø, dvs. temperatur, trykk, vibrasjon og sjokkbelastninger. Ikke bare må innretningen være tilstrekkelig robust eller "hardfør" til å motstå disse forhold uten skade, men den må også være tilstrekkelig følsom, slik at den opp-dager og måler forholdsvis lave nivåer av gammastråleemisjon, mens den er utsatt for disse forhold.

Måling-under-boring {Measurement-While-Drilling, MWD) er en teknikk som benyttes under boring av olje og gassbrønner for å innhente data fra instrumenter plassert nær borehodet og overføre disse data til overflaten, som vist skjematisk på fig. 1. De viktigste problemene som må overvinnes, er å få instrumentene til å overleve i et ytterst uvennlig miljø

(temperatur, trykk, sjokk og vibrasjon) samt overføringen av data fra et sted som ofte ligger tusenvis av meter under jor-dens overflate.

Det finnes mange løsninger på overføringsproblemet. Den van-ligst brukte fremgangsmåte, vist skjematisk på fig. 1, er å ta i bruk en innretning 1 nær instrumentene 2, hvilken på en eller annen måte kan påvirke fallet i sirkulasjonstrykket i det vanlige borefluid som blir benyttet. De derav følgende forstyrrelser i fluidtrykket kan deretter påvises ved jord-overflaten ved hjelp av en egnet trykkomsetter 3. Ved å benytte et egnet kodeskjema, kan data overføres som trykkpulser eller variasjon i trykkpulser i fluidsøylen som strømmer opp til overflaten, og deretter for eksempel dekodes i et egnet datamaskinsystem 4. De grunnleggende teknikker er velkjent blant fagfolk flest på området.

Det finnes mange nyttige målinger som kan foretas, men de mest betydelige er vertikalhelningen og kompasskursen for borehullet som bores. Med kunnskap om dette kan hullet som blir boret, styres mot et spesifikt mål uten at boreprosessen må avbrytes for nedsenking av måleinstrumenter i brønnen.

En annen type målinger som blir utført, er forbundet med egenskapene i grunnfjellet som det bores i, og dets mulige hydrokarbonføring. Det kan også være nyttig å foreta tekniske målinger ved borekronen, for eksempel den anvendte belastning og rotasjonsmomentet.

En særlig nyttig måling som kan foretas i en MWD-teknikk, er målingen av nærværet, og nivået, av gammastråleemisjon fra forskjellige lag som borekronen styres igjennom, f.eks. lag av skifer, og sandstein, siden forskjellige lagtyper gir forutsigbare nivåer av gammastråleemisjon. Selv lag av samme materiale, men med forskjellige egenskaper, kan ha forskjellige, men forutsigbare, nivåer av gammastråleemisjon. Derfor er det kjent å tilveiebringe en detektor nede i hullet for måling av naturlig gammastråleemisjon, og et av formålene med denne måling er å foreta en utledning om fjelltype eller lag-type som bores, ved å se på den samlede gammastråleintensi-tet, eller på gammastrålingens spektralenergifordeling, i borehullet på detektorstedet. Et annet formål er å sammenholde rekkefølgen av fjellformasjoner med dem som allerede er blitt fastslått i et nærliggende borehull. Fig. 1 viser skjematisk en gammastråledetektor 5 som i dette tilfelle er montert ovenfor en boremotor eller annen bestanddel av borestrengen 6. Disse målingers grunnprinsipper og tolkningen av dem er blitt fastlagt for lenge siden og vil være velkjent blant fagfolk flest på området og trenger ikke beskrives i detalj i dette skrift.

Med tanke på de vanskelige driftsforhold legger dette begrensninger på valget av detektor som benyttes til overvåkning av emisjonen av gammastråling, og særlig innskrenkninge-ne påført av den rådende forholdsvis høye temperatur, slik at det er vanlig i slike gammastråledetektorer å benytte Geiger-Muller-røret, eller en uorganisk scintillator/fotomultipli-katorrørkombinasjon, hvor den siste blir sterkt foretrukket fordi den er mer følsom. På visse bruksområder er scintil-lasjons-detektorens evne til å skjelne energi også nyttig. Imidlertid har scintillator/fotomultiplikatorrør-kombinasjo-nen en tendens til driftsmessige forstyrrelser forårsaket av vibrasjon og sjokk.

Det finnes to spesifikke kilder til slike forstyrrelser, nemlig direkte emisjon av ikke-gammastråle-induserte fotoner fra scintillatormaterialet samt uønskede pulser generert i foto-multiplikatorrøret og tilknyttede elektroniske komponenter. Det er derfor meget viktig å pakke inn scintillatoren og fotomultiplikatorrøret på en måte som så langt som mulig svekker sjokkbelastning og vibrasjonsenergi overført til in-strumenthuset under vanlige boreoperasjoner.

En kjent fremgangsmåte for å beskytte en seintillatorenhet mot noen av skadevirkningene fra sjokk er å forspenne både krystallet og fotomultiplikatorrøret presset mot et optisk koplingsvindu. I en variant av denne fremgangsmåte, beskrevet i det amerikanske patent 4 900 937, er krystallet ikke så sterkt forspent mot vinduet og tillates å bevege seg bort fra dette under påvirkningen av sjokk; men denne fremgangsmåte er ufordelaktig ved at den periodisk bryter den optiske kopling. I foretrukne utførelser av den herværende oppfinnelse er, som det vil sees, et fotomultiplikatorrør fritt til å bevege seg med krystallet, men uten noen dertil knyttet forstyrrelse av den optiske kopling.

I amerikansk patent 2,902,603 er det beskrevet en fremgangsmåte for varmeisolering av en scintillasjonsdetektor til bruk nede i borehull. Patentet beskriver bruken av et fluid for å forbedre optisk kontakt mellom et scintillasjonskrystalls flate og et optisk flatt vindu og viser at hvis krystallet er laget med hul fasong, kan det sylindriske rom inne i dette også være fylt med fluid, idet det er tatt forholdsregler for å gi rom for fluidets termiske ekspansjon, som i den herværende oppfinnelse. I detektoren beskrevet i det amerikanske patent 2,902,603 er imidlertid scintillatoren ment å forbli i nær kontakt med det optiske vindu, og det er ikke tatt noen forholdsregler for at fluidet skal tjene som en del av et be-vegelsesdempningssystem. Oppfinnelsen beskrevet i ovennevnte patent søker å tilveiebringe varmebeskyttelse, men tar ingen spesielle forholdsregler for å beskytte mot sjokk og vibrasjon, og siden den oppfinnelse faktisk vedrører anvendelse av såkalt vaierlogging, hvor ett eller flere instrumenter blir senket ned i et borehull etter en kabel, er behovet for sjokk- og vibrasjonsbeskyttelse sterkt redusert sammenlignet med MWD-bruk.

Til opplysning påpekes det at ved gammastrålingspåvisnings-systemer av den type som er beskrevet i dette dokument, er behovet for varmebeskyttelse overvunnet ved utviklingen av scintillatorer, optiske omsettere og tilknyttet elektronikk som er i stand til å tåle de involverte høye temperaturer. Varmebeskyttelse er i alle tilfeller irrelevant ved MWD-bruk, fordi instrumentene kan bli værende i borehullet i mange da-ger; dette står i kontrast til vaieroperasjoner hvor instrumentene bare tilbringer en relativt kort tid i miljøet med den høye temperatur.

Det er en særlig fordel ved utførelsen av den herværende oppfinnelse at den tillater scintillatoren og den optiske omsetter å bevege seg sammen som en enhet innenfor deres eget hus. I mer tradisjonelle enheter utformet for MWD-miljøer blir

scintillatoren og den optiske omsetter begge holdt stivt mot et atskillende optisk vindu; dette er ufordelaktig ved at den optiske omsetter som har liten masse og er relativt skjør, må

holdes presset mot det optiske vindu. I den herværende oppfinnelse blir den optiske omsetter som har liten masse, båret på krystallet, og de to elementer får bevege seg som en enhet innenfor innretningens ytre hus. Den herværende oppfinnelse søker derfor å tilveiebringe en innretning for gammastrålepåvisning og -måling, hvilken innretning er særlig egnet til bruk som en føler i et MWD-verktøy (selv om det skal forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til slik bruk), og hvilken innretning har forbedret motstand mot vibrasjons- og/eller sjokkbelastninger for derved å minimere tapet av følsomhet og/eller nøyaktighet ved gammastrålepåvisning og -måling.

Ifølge én side ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en innretning for gammastrålepåvisning og -måling, hvilken innretning omfatter: et generelt langstrakt hus;

en scintillatormodul bevegbart montert i nevnte hus og innrettet til å reagere på nærvær av gammastråler i lokalmil-jøet hvor innretningen er plassert, hvilke stråler passerer gjennom husets vegg og inn i scintillatormodulen, idet nevnte modul har en optisk utgang for sending av et optisk signal etter omforming av de innkommende gammastråler inne i modulen; og

en optisk omsettermodul som også er bevegbart montert i huset og har en inngang innrettet til å motta lysutgangssignalet fra scintillatormodulen, idet nevnte omsettermodul er i stand til å omforme det momentane lysutgangssignalet til et elektrisk signal knyttet til gammastrålemålingen;

hvor scintillatormodulens utgang og omsettermodulens inngang er plassert med liten innbyrdes avstand og avgrenser et mellomrom seg imellom, hvilket skal fylles med et optisk fluid for å forbedre overføringen av det optiske signal til omsettermodulens inngang;

karakterisert ved at et huskammer er avgrenset i nevnte hus og står i forbindelse med nevnte mellomrom mellom scintillatormodulens utgang og nevnte omsettermoduls inngang, og ved at en strømningsbegrenser står forbindelse med nevnte kammer og/eller nevnte mellomrom og er innrettet til i bruk å begrense fluidstrømmen mellom kammeret og nevnte mellomrom i den hensikt å dempe bevegelse av den ene eller begge de nevnte moduler innenfor nevnte hus.

Fortrinnsvis er innretningen helt fylt med nevnte optiske væske som kan være hvilket som helst optisk fluid av kjente merke benyttet i gammastråledetektorinnretninger. Derfor ut-fører det optiske fluid en dobbeltfunksjon; det forbedrer nemlig overføringen av det optiske signal fra scintillatormodulens utgang og til omsettermodulens inngang, men i tillegg utgjør det også dempningsmediet som påvirkes til å strømme innvendig i huset ved bevegelse av den ene eller begge moduler som et resultat av sjokk- eller vibrasjonsbelastning på-ført huset.

Fortrinnsvis er de to moduler, nemlig den optiske omsetter og scintillatoren, koplet stivt sammen for å avgrense et konstant mellomrom seg imellom, hvilket er fylt med det optiske fluid, og de kan derfor bevege seg som en enhet innenfor huset, omtrent på samme måte som et stempel glir inne i en sylinder.

Ytterligere fordeler ved å bruke et slikt fluid er at det kan velges fra en rekke tilgjengelige viskositeter, hvilket således gjør det mulig å kontrollere dempningsgraden ordentlig; at det kan utformes til å opprettholde en forholdsvis konstant viskositet ved ulike temperaturer; at det kan velges slik at det har en egnet brytningsindeks for optimalisering av den optiske kopling; at det smører dempningsmekanismen, og at det er elektrisk tregt, slik at forstyrrelser i den optiske detektors elektriske system unngås.

Fortrinnsvis er det anordnet fjærende middel inne i huset for å motvirke frem- og tilbakebevegelse av enheten, og dette middel kan eksempelvis omfatte fjæranordninger inne i huset, f.eks. trykkfjærer i hver ende av huset, men selvfølgelig kan mange andre typer fjærende forspenningsmidler være tilveiebrakt, slik som belger eller elastomerrørlokk.

Når, slik det blir foretrukket, hele husets indre er fylt med det optiske fluid (bortsett fra det innvendige rom i huset som er opptatt av de to moduler og tilknyttede komponenter), og det for å tilveiebringe kompensasjon for det optiske fluids termiske ekspansjon, idet dette utsettes for de temperaturer som råder der innretningen er i drift, er det fortrinnsvis montert et fluidekspansjonsstempel i husets ene ende, hvilket stempel kan gi etter på en tettende måte for å gi rom for det optiske fluids termiske ekspansjon. Denne funksjon kan alternativt tilveiebringes i form av en belg eller hvilken som helst annen innretning som greit kan gi plass til forandringer i det inneholdte fluids volum.

Strømningsbegrenseren som er benyttet i en innretning ifølge oppfinnelsen, kan ha hvilken som helst egnet form, og kan faktisk anordnes innvendig eller på utsiden av huset. For letthets skyld vil imidlertid strømningsbegrenseren være montert inne i huset og være anordnet til å befinne seg i fluidets vandringsbane, idet dette begrenses i sin bevegelse når det forflyttes ved modulen(e)s lineære bevegelse inne i huset.

I et særlig fordelaktig og forenklet arrangement er hver modul glidbart montert inne i huset på samme måte som et stempel som har én eller flere elastomerringer montert på sin ytre omkrets for derved å tilveiebringe en slags stempelbeve-gelse, men hver ring kan ha én eller flere utsparinger eller åpninger utformet i seg for å tillate begrenset fluidgjennom-strømning derigjennom, for derved å dempe den tilknyttede moduls bevegelse.

I en særlig foretrukken utførelse av oppfinnelsen er huskammeret (som står i forbindelse med fluidrommet mellom scintillatormodulen og omsettermodulen) utformet eller definert i huset ved å montere i det minste én (og fortrinnsvis begge) modul(er) med klaring på sidene inne i huset (for derved å definere huskammeret mellom den utvendige flate av modulen (e)s vegg og den innvendige flate av husets vegg).

Vanligvis vil huset ha et sirkelformet tverrsnitt, og hver modul vil også ha sirkelformet tverrsnitt, men med en mindre utvendig diameter enn husets innvendige diameter, slik at det avgrenses ringformede kamre mellom husets innervegg og hver moduls ytterflate, hvilke kamre vanligvis er fylt med det optiske fluid. Det optiske fluid og elastomerringene tilveiebringer derfor en støtdemping mot enhver tilbøyelighet modul-enheten måtte ha å til å bevege seg sideveis under drift som et resultat av vibrasjons- eller sjokkebelastninger påført huset.

Når, ifølge en foretrukken bruk av oppfinnelsen, innretningen er innbygd i et verktøy som er en del av borestrengen mens boringen finner sted, kan innretningen ha egnede elektroniske moduler i tillegg for lagring av opplysninger om målt gammastråling, og også for overføring av slike opplysninger som er kodet på egnet måte, til senderen nede i hullet og derfra etter behov til egnet overvåkningsutstyr på overflaten. Gjennom disse midler kan den naturlige gammastråling, som utgår fra den type lag som bores, overvåkes regelmessig sammen med end-ringer i slik strålings beskaffenhet. Disse opplysninger kan brukes til å fatte beslutninger forbundet med boreprosessen. For eksempel kan opplysningene benyttes til å sammenholde rekkefølgen i de formasjoner som det bores i, med dem som allerede er blitt fastslått i et nærliggende borehull.

Ifølge en ytterligere side ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en innretning for gammastrålepåvisning og -måling, hvilken innretning omfatter

et generelt langstrakt hus;

en scintillatormodul montert for lineær frem- og tilbakebevegelse i nevnte hus og innrettet til å reagere på nærvær av gammastråler i lokalmiljøet hvor innretningen er plassert, hvilke stråler passerer gjennom husets vegg og inn i scintillatormodulen, idet nevnte modul har en optisk utgang for sending av et optisk signal etter at de innkommende gammastråler er blitt omformet inne i modulen; og

en optisk omsettermodul som også er montert for lineær frem- og tilbakebevegelse i huset, og som har en inngang innrettet til å motta det optiske utgangssignal fra scintillatormodulen, idet nevnte omsettermodul er i stand til å omforme det momentane optiske utgangssignal til en gammastrålemåling;

hvor scintillatormodulens optiske utgang og omsettermodulens inngang er plasser med liten innbyrdes avstand og avgrenser et mellomrom seg imellom, hvilket skal fylles med et optisk fluid, eller et gjennomsiktig elastomerisk koplingsmedium med egnet brytningsindeks for å forbedre overføringen av

det optiske signal til omsettermodulens inngang;

idet innretningen er karakterisert ved at

1. modulene er koplet stivt sammen som en enhet for felles lineær frem- og tilbakebevegelse i nevnte hus; 2. fjærende middel er montert i huset for -å motvirke nevnte enhets lineære frem- og tilbakebevegelse; 3. et trykkammer er avgrenset i nevnte hus for å inneholde et flytende dempningsmedium som utsettes for trykkpåvirkning ved nevnte enhets frem- og tilbakebevegelse; og 4. en strømningsbegrenser står i forbindelse med nevnte trykkammer, direkte eller indirekte, for å begrense dempningsmediets strømning gjennom begrenseren ved nevnte enhets frem- og tilbakebevegelse og således dempe enhetens frem- og tilbakebevegelse.

I en innretning ifølge den ytterligere side av oppfinnelsen er fortrinnsvis mellomrommet mellom modulene fylt med en egnet elastomer, og resten av enheten er fylt med fluid som virker som det flytende dempningsmedium. Gjennom dette middel kan det optiske koplingsmediums egenskaper velges å være uav-hengige av dempningsfluidets egenskaper. Dette kan være fordelaktig i noen tilfeller, for eksempel dersom det er nødven-dig å velge en egenskap for koplingsmediet, slik som dets brytningsindeks, hvilken ikke er forenlig med det valgte dempningsfluids egenskaper.

En ytterligere side ved oppfinnelsen er at innretningen an-vendes i et boreverktøy for gammastrålepåvisning og -måling. En innretning ifølge den ene eller andre av sidene ved oppfinnelsen er særlig egnet til bruk som en føler i et såkalt MWD-verktøy, hvor innretningen blir utsatt for vibrasjons- og sjokkbelastninger mens borekronen er i virksomhet, og strøm-ningsbegrenseren tilveiebringer en forsinkelse i strømmen av fluid i bevegelse, for derved å dempe frem- og tilbakebevegelsen av komponentene i huset.

Ved egnet utforming av komponentene og deres innbyrdes arrangement inne i huset, og med tanke på en typisk art vibrasjons- og sjokkbelastning som kan bli påført i praksis, vil det være mulig å velge systemets parametere, for eksempel dempningsfluidets viskositet og klaringene i monterings-ringene, slik at de innvendige komponenters oscillering kan holdes innenfor forhåndsbestemte grenser, for derved å begrense påføringen av eventuelle uønskede krefter på scintillatormodulens og den optiske omsettermoduls innvendige komponenter.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå, kun som eksempler, bli detaljert beskrevet med henvisning til de medfølgen-de tegninger, hvor

Fig. 1 (som vist til ovenfor) er en skjematisk fremstilling som viser et typisk anvendelsesoppsett for en gammastråledetektor og måleinnretning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et forstørret oppriss av en foretrukken utførelse av gammastråledetektor og måleinnretning ifølge oppfinnelsen og viser de innvendige komponenter mer detaljert. Fig. 3 viser, til sammenligningsformål, hvordan en detektor-enhet typisk er montert i kjente installasjoner i et eksternt hus for å beskytte den og dens tilhørende elektronikk mot trykket i borehullet. Fig. 4a er et frontriss av en utforming av en fluiddemp-ningsring som kan benyttes til å montere én eller flere komponenter glidbart i huset, og til å forsinke slik(e) kompo-nent (er) s bevegelse.

Fig. 4b er et tverrsnitt etter A-A på fig. 4a; og

Fig. 5A og 5B viser to alternative fremgangsmåter for monte-ring av en optisk omsetter i huset.

Det vises nå til tegningene hvor en gammastråledetektor- og måleinnretning ifølge oppfinnelsen er betegnet generelt med henvisningstall 10, hvilken innretning er særlig egnet til bruk som et MWD-verktøy. Det skal imidlertid forstås at innretningen 10 ikke er begrenset til slik bruk, og visselig kan benyttes i andre miljøer hvor forbedret motstand mot vibrasjons- og/eller sjokkbelastninger er ønskelig, for derved å minimere tap i følsomhet og/eller nøyaktighet ved påvisning og måling av gammastråling.

Innretningen 10 omfatter et generelt langstrakt hus 11 med sirkelformet tverrsnitt, hvilket hus 11 er i stand til å bygges inn i en borestreng for derved nært å kunne følge borekronen, og slik at det kan foreta påvisning og måling av gammastråling mens borekronen er i virksomhet. Typisk kan innretningen 10 være plassert mellom 0,3 og 15 m over borekronen, idet det særskilte arrangement er avhengig av kravene til den såkalte bunnhullsstreng av borestrengen. Det er å forstå at ved boring etter hydrokarboner i gassform eller flytende form skjer boringen av borehullet gjennom suksessive lag av ulike fjelltyper, f.eks. sandstein og skifer, og innretningen 10 vil bli utsatt både for forholdsvis høy temperatur og også bli påført betydelig vibrasjonsenergi, og for tilfeldige sjokkbelastninger under boreprosessen.

Det vises til fig. 3 som viser et kjent arrangement for å tilveiebringe beskyttelse mot det meget høye trykk som kan finnes i et borehull, idet en detektor 1 og dens tilhørende elektronikkrets 2 (Fig. 1) monteres i en utvendig trykksylin-der 30. Siden de beskyttende trykkhus er begrenset i diameter av boreutstyrets begrensninger, er det nødvendig å utforme innretningen 10 til å være passe hardfør for derved å opprettholde den ønskede grad av følsomhet og nøyaktighet ved gammastrålepåvisning og -måling, og å tilveiebringe tilstrekkelig beskyttelse mot det utvendige sjokk og vibrasjon som oppstår ved at instrumentet er så nær borekronen.

Det vises til fig. 2 hvor en scintillatormodul 12 er bevegbart montert i huset 11 via en bærer 24 og er anordnet til å reagere på nærvær av gammastråler i lokalmiljøet hvor innretningen er plassert, hvilke gammastråler passerer gjennom husets 11 vegg 13 og inn i scintillatormodulen 12. Gammastrå-lene forårsaker da at det genereres et optisk signal av scintillatormaterialet, hvilket signal sendes som et optisk utgangssignal gjennom en optisk utgang 14 i modulen 12.

En optisk omsettermodul 15 er også bevegbart montert i huset 11 via en bærer 26 og har en inngang 16 anordnet til å motta det optiske utgangssignal fra scintillatormodulen 12 og er i stand til å omforme det momentane optiske utgangssignal til en gammastrålemåling.

Det kan sees av Fig. 2 at utgangen 14 og inngangen 16 er plassert med liten innbyrdes avstand, men avgrenser dog et mellomrom 17 seg imellom. Bærerne 24 og 26 fester de ytre ender av henholdsvis scintillatoren og den optiske omsetter til fjærende elementer 18 og 19. En midtre bærer 25 er bear-beidet på en slik måte at den opprettholder den fikserte at-skillelse mellom scintillatoren og den optiske omsetter, hvorved mellomrommet 17 dannes, hvilket er ment å være fylt med et optisk fluid for å forbedre overføringen av det optiske signal fra utgangen 14 til inngangen 16.

Alternativt kan bærerne 25 og 26 erstattes av bærerne vist som 27 og 28 på fig. 5. I denne utforming er mellomrommet 17 avgrenset som ovenfor beskrevet, men bærerne 27 og 28 er i inngrep med hverandre, hvorved de danner en hel metallskjerm rundt den optiske omsetter og øker den tilgjengelige mekanis-ke støtte. Valget av egnet bærekonstruksjon er avhengig av detaljer ved den optiske omsetters oppbygning.

Det optiske fluid kan være hvilket som helst egnet fluid som er kjent til bruk ved kopling av scintillatorer til optiske omsettere, for eksempel det optiske fluid laget av Dow Corning og solgt under varebetegnelsen Dow Corning 200 fluid, eller et egnet hydrokarbonfluid.

Det er kjent å benytte silikonfluid for å kople et fotomuli-tiplikatorrør til et krystall for eksempel som beskrevet i skriftet "Improvement of Time Resolution in a TOF PET System with the use of BaF2 Crystals" (Forbedring i tidsoppløsningen i et TOF-PET-system ved bruk av BaF2-krystaller) av K. Ishii, S. Watanuki og H. Orihara, offentliggjort i Nuclear Instru-ments and Methods in Physics Research (Nukleærinstrumenter og fremgangsmåter i forskning innen fysikk) A253, side 128 - 134, og det er også kjent å bruke et hydrokarbonfluid, for eksempel som beskrevet i skriftet "Large Volume, High Effi-ciency Scintillation Detectors Using Multiple Nal(Tl) Crystal Pieces" (Store, høyeffektive scintillasjonsdetektorer som be-nytter mange biter Nal(Tl)-krystall) av G. J. Fishman og D. M. Walter, offentliggjort i Nuclear Indstruments and Methods 107 (1973) side 357 - 360.

I den illustrerte utførelse, det vises igjen til fig. 2, er hver av modulene 12, 15 montert med sideveis klaring inne i huset 11 og definerer derved et respektivt huskammer 12a, 15a henholdsvis mellom den utvendige flate av de respektive moduler og den innvendige flate av husets 11 sylindervegg 13, og hvert av disse ringformede kamre 12a, 15a står i forbindelse med mellomrommet 17 avgrenset mellom utgangen 14 og inngangen 16. Det er imidlertid et minimumskrav ved oppfinnelsen at i det minste én av modulene 12, 15 er montert med sideveis klaring inne i huset 11, for derved å definere et huskammer som står i forbindelse med mellomrommet 17.

Det er imidlertid å forstå at monteringen av én (eller begge) modul(er) med sideveis klaring inne i huset er et foretrukket middel for å tilveiebringe et nødvendig "huskammer" som skal stå i forbindelse med mellomrommet 17. For eksempel kunne huskammeret være definert i en vegg i huset eller i et sepa-rat kammer montert på huset, forutsatt at det hadde egnet fluidforbindelse med kammeret 17.

Ifølge en fordelaktig videreføring er huset (11) på virkningsfull måte innbygd i boreverktøyets trykkhus, dvs. i trykksylinderen på fig. 3. Dette gir den fordel at den totale ytre diameter blir ytterligere redusert, noe som er nyttig under visse omstendigheter.

Gitt at det er forbindelse mellom kamrene 12a, 15a og mellomrommet 17, vil ved fylling av mellomrommet 17 med optisk fluid, fluidet også fylle det innvendige rom i huset 11 som ikke opptas av modulene 12 og 15 og tilknyttede komponenter, og det er derfor et fluid mellom kamrene 12a og 15a og inne i mellomrommet 17.

Av praktiske grunner er det gunstig å tømme enheten for luft før den fylles med fluid, og tømmingen kan utføres ved å bruke en adapter forbundet med en avtapnings- og påfyllings-åpning 29. På den illustrerte utførelse er avtapnings- og på-fyllingsåpningen 29 innbygd i fluidekspansjonsstemplet, men den kan selvfølgelig være montert på hvilket som helst annet gunstig sted på enheten. Etter at riktig mengde er påfylt, stenges åpningen 29 og tettes med en avtapningsskrue 30.

Modulene 12 og 15 er koplet stivt sammen for å danne en enhet som opprettholder en konstant aksial avstand mellom utgangen 14 og inngangen 16, hvilken definerer mellomrommet 17, og enheten dannet av modulene 12 og 15 som er satt sammen, er i stand til lineær frem- og tilbakebevegelse inne i huset 11 slik som et stempels glidende frem- og tilbakebevegelse inne i en sylinder. På grunn av at husets 11 indre er fylt med optisk fluid, vil imidlertid frem- og tilbakebevegelsen av enheten bestående av modul 12 og 15 utøve en slags pumpevirk-ning på fluidet, noe som vil bevirke en frem- og tilbakestrøm av optisk fluid også inne i huset 11. Det er imidlertid i innretningen tilveiebrakt en strømningsbegrenser som står i forbindelse med i det minste ett av kamrene 12a, 15a og/eller med mellomrommet 17 og er innrettet til å begrense fluid-strømmen disse imellom i den hensikt å dempe den oscillerende frem- og tilbakebevegelse av den samlede modulenhet.

Fjærende middel er også tilveiebrakt inne i huset 11 for å

motstå lineær frem- og tilbakebevegelse av den samlede enhet og omfatter i den illustrerte utførelse trykkfjærer 18 og 19 som utøver forspenningskrefter på de ytre ender av henholdsvis modul 12 og 15. Fjærene 18, 19 tillater lineær frem- og tilbakebevegelse av den samlede enhet, men tilveiebringer progressivt økende motstand mot bevegelse i enhver aksial

retning i huset 11. Trykkfjærene 18 og 19 er bare et eksempel på fjærende middel som kan tilveiebringes for å motstå lineær frem- og tilbakebevegelse av den samlede enhet. Andre anordninger kan være tilveiebrakt, innbefattet belg eller elasto-merpropper eller spunser.

For å tillate termisk ekspansjon av det optiske fluid, når innretningen 10 utsettes for stedfestet forholdsvis høy temperatur, er det i husets 11 ene ende glidbart montert et fluidekspansjonsstempel 20 som kan beveges på tettende måte, for å tillate ekspansjon av det optiske fluid. Det er å bemerke at stemplet 20 selv ikke behøver å bli holdt igjen, siden enhver tilbøyelighet stempelflaten måtte ha til å bevege seg bort fra det inneholdte fluid, blir motvirket av det atmosfæ-riske trykk på stemplets åpne flate. Andre anordninger kan tilveiebringes, slik som en fleksibel belg.

Når husets 11 indre er helt fylt med det optiske fluid, ut-øver dette fluidet en dobbeltfunksjon ved at det tjener både som et middel til å forbedre overføringen av det optiske signal fra utgang 14 til inngang 16, og dessuten tjener som et hydraulisk dempningsmedium omtrent på samme måte som en tele-skopisk hydraulisk demper.

Når de ringformede kamre 12a, 15a er fylt med det optiske fluid, tilveiebringer dette videre også en støtdempning mot relativ sideveis forskyvning av modulene 12 og 15 når vibrasjonsenergi, eller sjokkbelastninger, blir påført huset 11, slik at dette forårsaker relativ tversgående forflytning av modulene 12 og 15.

I én utførelse av en første side av oppfinnelsen utøver det optiske fluid den dobbeltfunksjon at det forbedrer overfø-ringen av det optiske signal generert av scintillatormodulen 12, så vel som at det danner et flytende trykkmedium i en dempningsanordning. I en utførelse innenfor en ytterligere side ved oppfinnelsen er imidlertid det optiske fluid, eller i dettes sted et egnet elastomerisk optisk koplingsmedium, anbrakt bare i mellomrommet 17 definert mellom utgangen 14 og inngangen 16, og et ytterligere flytende medium kan fylle resten av det innvendige rom avgrenset inne i huset 11. Videre forblir modulene 12 og 15 tett sammenkoplet som en stiv samlet enhet med det optiske fluid eller elastomeriske koplingsmateriale anbrakt kun i mellomrommet 17. Det flytende trykkoverførende medium blir påvirket til å utføre frem- og tilbakegående strømningsbevegelse inne i huset 11, og begrenseren (anordnet inne i eller utenpå huset 11) tjener til å begrense det flytende trykkmediums strømningshastighet under lineær frem- og tilbakebevegelse av den samlede enhet av modulene 12 og 15.

Hvilken som helst begrensningsanordning kan tilveiebringes, og i den illustrerte utførelse er begrenseren kun som et eksempel dannet av én eller flere utvendige tetninger montert på den utvendige omkrets av modulene 12 og 15, hvilke tetninger på virkningsfull måte gjør det mulig for modulene 12 og 15 å utøve en slags stempelglidebevegelse inne i huset 11. En tetning 21 er vist ved modulens 12 aksialt ytre ende, og tetninger 22 og 23 er tilveiebrakt på henholdsvis aksialt indre og aksialt ytre ende av modul 15. For å tilveiebringe en strupevirkning på det trykkoverførende medium, er hver pakning 21, 22, 23 utformet med utsparinger eller gjennom-strømningsåpninger som utøver en forsinkelsesfunksjon på flu-idstrømmen gjennom utsparingene eller åpningene for derved å dempe de oscillerende bevegelser av den samlede enhet av modul 12 og 15. Som eksempel er det vist en mulig utforming av ringen 21 på fig. 3. I denne utforming er fluidbegrenserne tilveiebrakt gjennom innsnittene vist på frontrisset, mens tilleggsbeskyttelse mot sideveis sjokk er tilveiebrakt ved den i tverrsnitt viste rings skrånende tverrsnitt.

Mange andre forskjellige strømningsbegrenseranordninger kan tilveiebringes utvendig eller innvendig i huset 11.

Hvilken som helst egnet scintillator kan tilveiebringes, kjøpt som en hyllevarekomponent, for å danne modulen 12. På lignende måte kan hvilket som helst hyllevarefotomulitiplika-torrør benyttes for å danne den optiske omsettermodul 15. Leverandører slik som Bicron leverer krystaller i pakker som allerede er gjort hardføre ved å bruke teknikker som dem beskrevet i amerikanske patenter 4,383,175 og 4,764,677. Ved ytterligere å beskytte en slik krystallpakke mot sjokk og vibrasjon som omtalt i den herværende oppfinnelse, kan dens totale motstand mot sjokk og vibrasjon økes betydelig. På lignende måte leverer produsenter av fotomultiplikatorrør, slik som Thorn-EMI og Hammamatsu, hardføre utgaver av sine produkter, og fordelene med slike innretninger kan igjen økes vesentlig gjennom denne oppfinnelse.

De foretrukne materialer inkorporert i scintillatormodulen 12 for å omdanne gammastråler til fotoner, omfatter uorganisk scintillatormateriale eller organisk scintillatormateriale. Eksempler på uorganiske scintillatormaterialer er thalliumdo-pet natriumjodid, og natriumdopet cesiumjodid, men det er å forstå at hvilket som helst egnet scintillatormateriale, innbefattet scintillatorer inneholdende væske, hvilke egner seg for de temperaturer innretningen skal brukes ved, kan benyttes .

Claims (12)

1. En innretning for gammastrålepåvisning og -måling, hvilken innretning omfatter et generelt langstrakt hus (11); en seintillatormodul (12) bevegbart montert i nevnte hus (11) og innrettet til å reagere på nærvær av gammastråler i lokalmiljøet hvor innretningen er plassert, hvilke stråler passerer gjennom husets (11) vegg (13) og inn i scintillatormodulen (12), idet nevnte modul har en optisk utgang (14) for sending av et optisk signal etter at de innkommende gammastråler er blitt omformet inne i modulen; og en optisk omsettermodul (15) som også er bevegbart montert i huset (11) og har en inngang (16) innrettet til å motta det optiske utgangssignal fra scintillatormodulen (12), idet nevnte omsettermodul (15) er i stand til å omforme det momentane optiske utgangssignal til et elektrisk utgangssignal tilsvarende den innkommende gammastrålings energi og strøm som påvist i scintillatormodulen (12); hvor scintillatormodulens (12) optiske utgang (14) og omsettermodulens (15) inngang (16) er plassert med liten innbyrdes avstand og avgrenser et mellomrom (17) seg imellom, hvilket skal fylles med et optisk fluid for å forbedre overføringen av det optiske signal til omsettermodulens (15) inngang (16); karakterisert ved at et huskammer (12a, 15a) er definert i nevnte hus (11) og står i forbindelse med nevnte mellomrom (17) mellom scintillatormodulens (12) utgang (14) og nevnte omsettermoduls (15) inngang (16), og ved at en strømningsbegrenser står i forbindelse med nevnte kammer (12a, 15a) og/eller nevnte mellomrom (17) og i bruk er anordnet til å begrense fluidstrømmen mellom kammeret og nevnte mellomrom i den hensikt å dempe bevegelse av den ene eller begge moduler inne i huset.

2. En innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte mellomrom (17) og nevnte huskammer (12a, 15a) er fylt med nevnte optiske fluid.

3. En innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at scintillatormodulen (12) og den optiske omsettermodul (15) er koplet stivt sammen for å danne et konstant mellomrom (17) seg imellom, og at nevnte moduler (12, 15) er bevegbare som en enhet inne i huset.

4. En innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at den innbefatter fjærende middel (18, 19) anordnet inne i huset (11) for å motvirke frem- og tilbakebevegelse av nevnte enhet (12, 15).

5. En innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte fjærende middel omfatter fjæranordninger (18, 19) anordnet i hver ende av huset (11), hvilke utøver innadrettet forspenning, direkte eller indirekte, på hver sin av modulene (12, 15) i nevnte enhet.

6. En innretning ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at den innbefatter et fluidekspansjonsstempel montert for tettende bevegelse inne i nevnte hus (11) for å tilveiebringe kompensasjon for termisk ekspansjon av det optiske fluid som er i virksomhet.

7. En innretning ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at strømningsbe-grenseren er anordnet inne i huset (11).

8. En innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at hver modul (12, 15) er glidbart montert inne i huset (11) på en måte som et stempel og har i det minste én tetningsring (21, 22, 23) montert på sin utvendige omkrets for å tilveiebringe en slags stempelbe-vegelse, men hvor i det minste én av nevnte ringer har én eller flere utsparinger eller åpninger utformet i seg for å tillate begrenset fluidgjennomstrømning for derved å dempe modulenes (12, 15) bevegelse.

9. En innretning ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 8, karakterisert ved at i det minste én av de nevnte moduler (12, 15) er montert med sideveis klaring inne i nevnte hus (11) for å definere nevnte huskammer (12a, 15a).

10. En innretning ifølge krav 9, karakterisert ved at huset (11) har sirkelformet tverrsnitt, og hver modul (12, 15) har sirkelformet tverrsnitt med mindre diameter for å definere ringformede kamre (12a, 15a) mellom husets (11) innervegg (13) og hver moduls (12, 15) ytre flate, hvilke kamre (12a, 15a) er fylt med nevnte optiske fluid.

11. En innretning (10) for gammastrålepåvisning og -måling, hvilken innretning omfatter et generelt langstrakt hus (11); en scintillatormodul (12) montert for lineær frem-og tilbakebevegelse i nevnte hus (11) og innrettet til å reagere på nærvær av gammastråler i lokalmiljøet hvor innretningen (10) er plassert, hvilke stråler passerer gjennom husets (11) vegg (13) og inn i scintillatormodulen (12), idet nevnte modul har en optisk utgang (14) for sending av et optisk signal etter at de innkommende gammastråler er blitt omformet inne i modulen; og en optisk omsettermodul (15) som også er montert for lineær frem- og tilbakebevegelse i huset (11), og som har en inngang (16) innrettet til å motta det optiske utgangssignal fra scintillatormodulen (12), idet nevnte omsettermodul (15) er i stand til å omforme det momentane optiske utgangssignal til en gammastrålemåling; hvor scintillatormodulens (12) optiske utgang (14) og omsettermodulens (15) inngang (16) er plassert med liten innbyrdes avstand og avgrenser et mellomrom (17) seg imellom, hvilket skal fylles med et optisk fluid eller et elastomerisk optisk koplingsmedium for å forbedre overføringen av det optiske signal til omsettermodulens (15) inngang (16); karakterisert ved at a. modulene (12, 15) er koplet stivt sammen som en enhet for felles lineær frem- og tilbakebevegelse i nevnte hus (11); b. fjærende middel (18, 19) er montert i huset (11) for å motvirke nevnte enhets (12, 15) lineære frem- og tilbakebevegelse; c. et trykkammer (12a, 15a) er definert i nevnte hus (11) for å inneholde et flytende dempningsmedium som utsettes for trykkpåvirkning ved frem- og tilbakebevegelse av nevnte enhet (12, 15); og at d. en strømningsbegrenser står i forbindelse med nevnte trykkammer (12a, 15a), direkte eller indirekte, for å begrense dempningsmediets strøm gjennom begrenseren ved nevnte enhets (12, 15) frem- og tilbakebevegelse og derved dempe nevnte enhets frem- og tilbakebevegelse .

12. Anvendelse av en innretning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav 1-11 i et boreverktøy for gammastrålepåvisning og -måling.