闪烁检测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及闪烁检测器，特别地涉及具有很低氧含量的闪烁检测器。
【背景技术】
[0002]闪烁检测器已在各种工业应用中使用，如在石油和天然气工业中用于测井。典型地，这样的检测器具有由有效用于检测伽玛射线的活化碘化钠材料制造的闪烁晶体。一般而言，闪烁晶体封闭在包括窗口的管或壳体中，所述窗口允许辐射诱导闪烁光传到闪烁器壳体之外以便由诸如光电倍增管的光感测装置测量。光电倍增管将从闪烁器发射的光子转化成电脉冲，所述电脉冲由关联的电子器件成形和数字化，其可以记录为计数并且传输到分析设备。关于测井应用，检测伽玛射线的能力使得当伽玛射线从典型地围绕油气储层的页岩的天然发生的放射性同位素发射时能够分析岩层。
[0003]闪烁检测器的期望性质包括高分辨率、高亮度和耐受机械和热负荷的鲁棒设计，同时提供高质量气密密封以将检测器的敏感内部与严酷操作环境隔离。在该后一方面，使用闪烁检测器的通常做法是随钻测量(MWD)。对于MWD应用，检测器应当耐用，也就是说，它应当具有高耐冲击性并且能够耐受高温，同时保持合理使用寿命的性能规范。
[0004]已知稀土卤化物具有改善的闪烁性质，如分辨率和亮度。然而，这样的材料难以整合到足够耐用以耐受严酷环境和高温的检测器中。
[0005]因而，仍然需要改进的闪烁检测器，特别是包含稀土卤化物或其它现有技术的闪烁材料的闪烁检测器，其可以耐受工业应用的严苛。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例提供一种能够耐受严酷操作环境的改进闪烁检测器。如本文中所述，可以通过将与闪烁器接触的02和/或水蒸气的量减小到远低于在现有技术中出现的水平来延长在高温下操作的卤化物闪烁检测器的使用寿命。根据本发明的实施例的闪烁检测器包括在密封壳体中的卤化物闪烁器，所述密封壳体具有氧含量不大于大约lOOppb的气氛；以及在所述密封壳体内的所述气氛中的氧清除剂。
[0007]前面已相当宽泛地概括本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解接下来的本发明的详细描述。将在下文中描述另外的特征和优点。本领域的技术人员应当领会所公开的概念和具体实施例可以容易地作为修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构的基础被使用。本领域的技术人员也应当认识到这样的等效构造不脱离如附带的权利要求中所述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0008]通过参考附图可以更好地理解本公开，以及本领域的技术人员显而易见的它的许多特征和优点。
[0009]图1是根据本发明的实施例的闪烁器包装的简化示意图。
[0010]图2示出根据本发明的实施例的辐射检测器100。
[0011]图3是图2的闪烁器壳体的横截面。
[0012]图4是根据本发明的实施例的闪烁器壳体的照片。
[0013]图5是显示在175°C下随着小时变化的三个闪烁检测器的归一化光输出的绘图。
[0014]图6是显示在175°C下随着小时变化的三个闪烁检测器的能量分辨率的绘图。
[0015]附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各图中示出的每个相同或近似相同部件由相似的数字表示。为了清楚起见，并非可在每个图中标记每个部件。
【具体实施方式】
[0016]本发明的实施例提供改进的闪烁检测器，其能够耐受严酷的操作环境和高温，同时保持合理使用寿命的性能。如本文中所述，可以通过将与闪烁器接触的02和/或水蒸气的量减小到远低于在现有技术中出现的水平来延长在高温下操作的卤化物闪烁检测器的使用寿命。
[0017]考虑到闪烁器的性能，两个重要参数是光输出和能量分辨率。光输出是有多少闪烁光子传输到闪烁器之外到达光电倍增器的量度，而能量分辨率是从一个闪烁脉冲到另一个的光输出的均匀性如何的量度。
[0018]—些闪烁材料(尤其是卤化物或稀土卤化物，如LaBr3)在高温下与氧(或水蒸气)反应。氧化通过将闪烁材料的表面变为更暗的颜色使闪烁器退化。这降低光输出，原因是更暗的表面吸收光。发射光也更不均匀，这恶化能量分辨率。闪烁材料的氧化在更高的温度下增加。因此，对于在高温环境中的操作，如石油测井，其中操作温度通常为大约175°C或更高，当暴露于氧和/或水蒸气时闪烁材料的退化特别成问题。如果在加热检测器之前可以从闪烁器壳体去除残余02和/或Η 20，则可以防止氧化反应。
[0019]授予Menge等人、名称为“闪烁检测器和制造方法(Scintillat1n Detector andMethod of Making)”、转让给本申请的受让人并且通过引用完整地合并于此的美国专利N0.7，820，974教导在具有不大于0.1到lOppm的02含量的惰性气氛中组装检测器。然而申请人已发现即使使用Menge的方法和教导，闪烁检测器的过早失效仍然由02和!120存在于闪烁器壳体的内部而产生。申请人已发现该情况的原因是双重的:首先，很难保证闪烁器壳体内的气氛实际上具有在期望范围内的02和H20水平；并且第二，即使那些很少量的02和H20仍然足够高从而当在高温下操作时导致闪烁检测器的过早失效。
[0020]因此，本发明的优选实施例利用在密封闪烁器壳体之前放置在闪烁器壳体内的氧吸收/清除材料以进一步降低壳体内的02水平。图1是根据本发明的实施例的闪烁检测器100的简化示意图。在图1中，为了清楚起见闪烁器壳体102显示为透明的。闪烁器104放置在壳体102内使得它朝着在壳体的前面的蓝宝石窗口 106定向。在壳体102内在闪烁器104的端部和端帽108之间存在小空间(当安装时)。一定量的氧吸收丸或珠101优选地放置在壳体内部的该空间内。
[0021]氧吸收剂(有时称为氧清除剂)是能够从周围气氛吸收氧或与氧反应的材料。用于本发明的实施例的优选的氧吸收剂包括俘获氧分子而不生成H20或也会退化闪烁材料的其它气体的化合物。优选的氧吸收剂在更高温度(高达?250°C)下也是稳定的。一种这样的氧吸收剂可以是通过氧化为铜(II)氧化物(CuO)从气氛去除氧的铜(I)氧化物(Cu20)。类似于氧吸收材料的其它材料包括Pd、ZnO、N1和/或A1203。在一些实施例中，氧吸收剂可以呈氧吸收化合物的多个珠的形式加入闪烁器外壳的内部。合适的氧吸收化合物以珠/丸形式在商业上可获得，例如来自德克萨斯州休斯敦市的Research Catalysts公司的商品名 BASF R0-20 (Pd 在 A1203上)、RO-25 (Pd 在 A1 203上)、R3-11 (CuO 和 Mg-Si)、R3-11G (CuO和 Mg-Si)、Cu-0226S (CuO 在 A1203上)、N1-3288 (Ni 在支撑物上)、和 RCI 133T (CuO、ZnO、和A1203)。在其它实施例中，氧吸收剂可以呈任何其它形式，例如包括袋、粉末、一个或多个丸、薄片、片剂或囊的形式。
[0022]可以加入闪烁器外壳的内部的氧吸收剂的量将典型地受到可用空间限制，但是熟练技术人员将认识到不同于加入太少的确定缺点，加入太多没有多少缺点。优选地呈上述的任何形式的氧吸收剂的量将为10克或更少、5克或更少、2克或更少、1克或更少、0.5克或更少、0.1克或更少、或0.01克或更少。在一些实施例中，氧吸收剂的量将为0.01克至10克、0.01克至1克、1克至2克、2至5克、或5至10克。
[0023]在优选实施例中，密封闪烁器壳体内的氧含量(在氧含量已由氧吸收剂降低之后)将不大于lOOppb。在某些其它实施例中，壳体内的氧含量甚至更小，例如不大于大约90ppb、不大于大约50ppb、不大于大约30ppb、甚至不大于大约lOppb。组装气氛可以具有在大约 lOppb 到 lOOppb 之间、lOppb 到 50ppb 之间、30ppb 到 50ppb 之间、甚至 lppb 到 lOppb之间的范围内的氧含量。
[0024]类似地，密封闪烁器壳体内的气氛也优选地具有不大于大约150ppb的水蒸气含量。例如，在一个实施例中，密封闪烁器壳体内的气氛具有不大于大约50ppb、不大于大约30ppb、甚至不大于大约lOppb的水蒸气含量。根据某个实施例，密封工作箱具有在大约lOppb到lOOppb之间的范围内的水蒸气含量。在一些实施例中，H20含量可以使用用作02吸收剂的相同化合物降低。在其它实施例中，可以使用独立的H20吸收剂或干燥剂。
[0025]图2示出根据本发明的实施例的辐射检测器100。如图所示，辐射检测器包括光传感器110，光管103，和闪烁器壳体105。如上所述，闪烁器壳体105可以包括布置在反射器109内并且大致由其围绕的闪烁器107和减震构件111。闪烁器107、反射器109和减震构件111容纳在壳体113内，所述壳体113包括在壳体113的一个端部处的窗口 115。如下面更详细地所述，在密封壳体之前，氧吸收材料也放置在壳体的后部，在闪烁器之后。
[0026]进一步参考图2，光传感器110可以是能够光谱检测和分辨的装置，如光电倍增管或其它检测装置。由闪烁晶体107发射的光子透射通过闪烁器壳体105的窗口 115，通过光管103，到达光传感器110。在本领域中应当理解，光传感器110提供被检测光子的计数，所述计数提供关于由闪烁晶体检测到的辐射的数据。光传感器110可以容纳在由能够耐受和保护光传感器110的电子器件的材料