光电倍增管选择及使用

光电倍增管选择及使用光电倍增管选择及使用摘要：放射性测井项目是地层评价主要测井方法，随着该方法广泛应用，对光电倍增管的需求也成倍地增加。核测井仪器研制和维修人员应了解光电倍增管的特性、指标参数和应用要求等，因此必须掌握如何合理地选择及正确使用光电倍增管，该文对相关工作人员的工作会有很大的帮助，也是十分必要的。关键词：光电倍增管坪区光照灵敏度高温光电倍增管采用Sb、K、Na等高温双碱阴极材料。该阴极材料老化后能稳定工作在摄氏175°C甚至200°C的环境温度下。倍增极材料采用铜铍合金，其特点是温度性能好，在摄氏400°C时二次发射系数稳定。核测井对高温光电倍增管的最基本的要求是光电倍增管自身在工作点处的计数率要稳定，不因井下高温和高压条件而变化，尽量使测得的计数率变化能唯一反映地层性质的变化。1坪特性当辐射强度一定时，其计数率随着光电倍增管的高压的变化而变化，但继续增加高压会使计数率迅速增加，我们把这种特性称为闪烁计数器的“坪特性”。闪烁晶体计数器的“坪”不是光电倍增管固有的特性，而是在一定条件下所具有的特性。光电倍增管输出信号及噪声幅度随着加在光电倍增管上的电压的变化而变化。只有在一定电压范围内，光电倍增管输出信号幅度大于仪器甄别阈，而噪声幅度又小于甄别阈时才产生“计数坪”。这种坪与脉冲幅度分布、射线能量、晶体、光电倍增管的性能、仪器的放大倍数甄别阈及其应用条件等因素有关。为了表征闪烁计数器的坪特性，通常采用“坪长”、“坪斜”两个参数。以VA和VB分别表示坪两端处的电压，以NA和NB分别表示在该电压下的计数率，则：表示坪斜。式中，为坪区内的平均计数率。2“坪”与脉冲幅度分布的关系高压坪曲线是在一定甄别阈US下改变高压而测得的。它只记录闪烁计数器输出脉冲幅度大于US的脉冲，实际上是对整个幅度分布谱进行积分计算的。随着高压增加，大于US的脉冲数也要增加。很显然坪曲线与脉冲幅度分布有关。如果脉冲幅度分布只有一种或几种幅度的脉冲，小幅度脉冲是噪声的贡献，大幅度与小幅度之间计数很少，这时无论是计数率随甄别阈的变化，还是计数率随高压的变化，都可得到一段坪区。低计数区的计数多（光峰比少），坪斜就大些。如果各种幅度的脉冲都有，那么计数率随甄别阈减小而增加，不出现坪台。不同辐射类型和不同辐射能量使输出脉冲幅度（辐射能谱）不同，其信噪比也不同，所以坪曲线也不同。即使辐射能量相同，由于管子性能（峰谷比、分辨率）不同，其脉冲幅度也不一样，坪曲线也不相同。坪与管子性能的关系从理论分析可知，管子性能不同，其坪曲线也不相同。下面着重讨论光电倍增管的阴极光照灵敏度、阳极光照灵敏度（增益）、噪声及温度与坪曲线的关系问题。阴极光照灵敏度核测井中的NaI（Tl）晶体的发光光谱处于光谱区。管子的阴极光照灵敏度高，其光电转换效率也高，所以管子的阴极光照灵敏度的大小能反映坪特性的好坏。阴极光照灵敏度高，起坪时计数变化快，坪出现较早。阳极光照灵敏度阳极光照灵敏度高的管子起坪早，结束也早，并且坪区比较窄。反之，阳极光照灵敏度较低的管子，起坪较晚，结束也晚，坪区比较宽。阳极光照灵敏度越低的管子坪越长，坪斜也小。这只能说明这种管子对电压不敏感，并不是在所有情况下都能给出最稳定的计数，更不能说这种管子最好。噪声从坪曲线可知，坪的终端一般是光电倍增管的噪声所致。因为过高的电压会造成光子和离子反馈或导致发射产生的噪声迅速增加，甚至使管子不能工作，坪曲线上翘。噪声大的管子，坪曲线就差。温度通常光电倍增管的灵敏度随工作环境的温度升高而下降，使坪的始端计数率下降，坪前区往后移。同时光电倍增管的噪声也随温度升高而急剧增加，使坪后区向前移。这两种影响使闪烁计数器中的坪变窄，坪斜加大，相对坪长减小。由于温度效应与光电倍增管的材料和工艺有关，因而不同管子的高温坪特性是不同的。坪与测量仪器参数的关系测量仪器参数主要是指仪器的放大倍数与甄别阈。甄别阈选得小，或放大倍数选得过大时，光电倍增管噪声提早被记录，坪长缩短。甄别阈选得过大或放大倍数选得过小时，使坪区往后移，往往使管子工作电压过高，使高压电源不能满足它的要求，给实际工作带来困难，所以仪器放大倍数和甄别阈必须根据测量仪器的实际条件和光电倍增管性能合理选择。最佳工作条件的选择用闪烁计数器作核辐射强度探测时，工作点选择在坪区是非常重要的。若工作点选在坪区，当各种因素引起仪器的增益、高压、甄别阈等变化时，，可使总的计数率不受大的影响，保证仪器工作的稳定性。也就是说，坪越长，相对坪长越大，允许增益、甄别阈的变化范围就越大。另一方面由于管子老化、温度等变化会引起管子性能的变化（表现为管子灵敏度下降、噪声增加）。如工作点选在坪区，即使管子的工作温度和性能有一定的变化，也能保证仪器长期工作比较稳定。对于核测井（积分计数测量）而言，工作点的选择应该包括两个方面：工作电压和甄别阈。工作电压选择在坪区的哪一点视管子性能而定。工作电压选得过低，计数率随工作温度升高而下降较为显著。甄别阈的选择既要考虑到能甄别掉噪声，又要兼顾到计数的稳定性。甄别阈选得过高，对甄别噪声有利，但计数稳定性受到影响；选得过低，噪声幅度超过甄别阈而被记录时，计数很不稳定。不同的甄别阈其工作稳定性不同，重复误差也略有差别。结论合理选择高温光电倍增管的最佳工作参数，可保证光电倍增管工作的稳定性，延长其使用寿命。目前，放射性测井在油田的勘探和开发中发挥着越来越重要的作用，核测井技术本身的不断提高和更新换代对核探测器，特别是对高温光电倍增管提出了更高的要求，因此深入了解光电倍增管的性能，合理选择和正确使用光电倍增管对核测井技术推广应用具有重要作用。参考文献黄隆基.放射性测井原理.北京：石油工业出版社，1988现代测